1523

УДК 641.43

В.Н. Окунцев, В.И. Ладанов

ОБ АКТУАЛЬНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ СПЕЦИАЛЬНОЙ ПОЛИЦЕЙСКОЙ МАШИНЫ СПМ-3

Описываются вопросы актуальности и необходимости применения в силовых установках специальной полицейской машины нейтрализаторов токсических веществ отработавших газов, поставляемых для оснащения внутренних войск МВД России.

Ключевые слова: токсические вещества отработавших газов, нейтрализация, силовая установка специальной полицейской машины.

V.N. Okuntsev, V.I. Ladanov

ABOUT TOPICAL APPLICATION MEANS OF NEUTRALIZING TOXIC ENGINE EXHAUST SPECIAL POLICE CAR SPM-3

It describes the questions the relevance and necessity of application in power plants special police car converters toxic substances exhaust gas supplied to equip the Russian Interior Ministry.

Keywords: toxic substances exhaust gases neutralization, powerplant special police car.

Специальные полицейские машины СПМ-3 «Медведь» (ОКР «БТР-ВВ») являются новыми в подклассе бронетанковой техники, которые предназначены специально для внутренних войск МВД России и могут применяться в качестве транспортного средства для перевозки личного состав, носителя вооружения и других целей, обладают несущим бронированным корпусом капотной компоновки. СПМ-3 оснащается дизельной силовой установкой ЯМЗ-536 с эффективной мощностью 229 кВт по ГОСТ 14846-81 и имеет удельный расход топлива 217 г/(кВт·ч) при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя 2300 мин–1, соответствующей требованиям экологической безопасности стандарта «Евро-2». Однако нейтрализатором токсиче-

611

ских веществ отработавших газов, к сожалению, в соответствии с так- тико-техническим заданием заказчика на разработку данная машина не оснащается.

Всоответствии с законодательством на страже экологической безопасности на территории Российской Федерации стоят отечественные нормативно-правовые документы и действующие экостандарты «Евро», введенные Европейской экономической комиссией (ЕЭК) ООН, которые определяют регулирование содержания вредных токсических элементов в составе отработавших газов у военной автомобильной и специальной техники. Данные нормативы необходимо соблюдать на всех транспортных средствах специального назначения, независимо от ведомственной принадлежности.

Втребованиях экологических норм, начиная со стандарта «Евро-1», введенного в Европейском союзе (ЕС) в 1992 году, впервые

были предусмотрены размеры предельных выбросов двигателей с принудительным зажиганием: монооксида углерода (CO) – не более 2,72 г/км; сложных по строению и связям углеводородов (СН) – не более 0,72 г/км и различных по состоянию и свойствам соединений азота и кислорода (NOx) – не более 0,27 г/км. На смену данным нормам в 1995 году в ЕС пришел стандарт «Евро-2», в котором были ужесточены в несколько раз предельные нормы по содержанию в выхлопных газах углеводородов (СН), – не более 0,29 г/км. В РФ он вступил в силу только во второй половине 2005 года. В дальнейшем нормы «Евро-3», введенные в ЕС в 1999 году, были заменены в 2005 году стандартом «Евро-4». С начала 2008 года любые средства транспортирования грузов и пассажиров, которые были произведены или ввезены в Россию, должны были соответствовать требованиям экологическим нормам «Евро-3». В нормах этого стандарта были уменьшены на 30–40 % такие показатели, как монооксид углерода (СО), оксиды азота, сложные углеводороды, которые способствуют повышению канцерогенности отработавших газов, в частности в дизельных двигателях, кристаллические частицы в виде сажи, которые в первую очередь вызывают раковые поражения организма человека. В ЕС на начало 2005 года ввели эконормы «Евро-4», которые в 2009 году были заменены новым экостандартом «Евро-5», который ужесточил нормативные показатели на 65–70 %. В РФ с 1 января 2013 года все ТССН, которые производятся или ввозятся на территорию страны, должны удовлетворять требованиям экостандарта «Евро-4», однако дана возможность использования

612

шасси и базовых машин, соответствующих нормам «Евро-3», выпущенных до конца 2012 года. Требования стандарта «Евро-5» в России действительны с 1 января 2015 года. В них снижены нормы по содержанию основных токсических веществ: СН – до 0,05 г/км, CO – до 0,8 г/км и NOx – до 0,06 г/км. Следует отметить, что с начала 2015 года в Европе уже вступили в силу нормы стандарта «Евро-6», которые также ужесточают нормативные показатели по экологической безопасности; их со временем также придется соблюдать и на территории России.

Анализ требований экологической безопасности показывает, что переход от различных норм стандартов ЕЭК ООН имеет целый ряд проблем, на решение которых предполагается выделение огромных материальных и финансовых средств для инженерного и технологического обеспечения, так как более строгие регламенты требуют уменьшения содержания в отработавших газах основных токсических веществ: сложных оксидов азота NOx – более чем в четыре раза, а выбросов сажевых частиц – в три раза. Дополнительно законодательные органы требуют, чтобы силовые установки ТССН отвечали данным показателям стандартов в течение не менее семи лет эксплуатации, а также вводят обязательность проверок их соответствия на контролирующие органы.

Для выполнения требований норм экологической безопасности мировыми и отечественными конструкторами разработаны различные способы нейтрализации токсических веществ отработавших газов, соответственно, производителями предлагается многочисленный ряд систем, конструкций и приборов. Основные методы для дизельных силовых установок – это снижение за счет воздействия на рабочие процессы двигателя; конструктивные изменения камер сгорания, впускных и выпускных каналов; изменение физико-химических показателей топлива; конструктивные изменения систем топливоподачи и ее дозирования; применение водотопливных эмульсий для снижения температуры в конце процессов сжатия и сгорания; рециркуляция отработавших газов; применение специальных нейтрализаторов, сажевых фильтров и др.

В целях приведения выбросов токсических веществ отработавших газов силовой установки ЯМЗ-536 специальной полицейской машины СПМ-3 «Медведь» к нормативным показателям требований стандарта «Евро-5» предлагается внедрить в систему выпуска отработавших газов данной машины каталитический нейтрализатор системы

613

селективной обработки отработавших газов c добавкой мочевины AdBlue типа SCR и электронагреваемым сажевым фильтром для дополнительного дожигания сажевых частиц отработавших газов, особенно на режимах запуска и прогревания двигателя. В результате проверочного теплового расчета, анализа предлагаемой конструктивной схемы и технического решения экологические показатели силовой установки двигателя ЯМЗ-536 в соответствии с требованиями ГОСТ Р 41.96–2005 получили следующие данные: NОx = 2,12 г/кВт·ч; CH = 0,47 г/кВт·ч; CO = 1,5 г/кВт·ч; PM = 0,03 г/кВт·ч, что примерно согласуется с нормами стандарта «Евро-5».

Таким образом, предложенная модернизация силовой установки ТССН СПМ-3 позволит соблюдать содержание вредных веществ в отработавших газах у автомобилей и спецтехники внутренних войск МВД России в пределах установленных законодательством РФ норм.

Список литературы

1.РЭ 3924-0000010. Специальная полицейская машина. – М., 2011. – 254 с.

2.ТУ 1000300-20. Силовой агрегат ЯМЗ-7Э536-200 для специальной полицейской машины СПМ-3. Технические условия на опыт-

ные образцы 536. – М., 2009. – 23 с.

3.Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей: учеб. пособие для высш. шк. – М.: Академический проект, 2004. – 400 с.

Об авторах

Окунцев Вячеслав Николаевич – курсант факультета техни-

ческого обеспечения, Пермский военный институт внутренних войск МВД России.

Ладанов Владимир Ильич – доцент кафедры конструкций автобронетанковой техники факультета технического обеспечения, Пермский военный институт внутренних войск МВД России; e-mail: viladanov61@yandex.ru.

614

УДК 623.4

В.И. Ладанов

ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БРОНЕЗАЩИЩЕННОСТИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ГАЗ-5903

Описываются устройство и принцип действия энергопоглощающего элемента для повышения бронезащищенности транспортного средства специального назначения, поставляемого для оснащения внутренних войск МВД России.

Ключевые слова: транспортное средство специального назначения, бронезащищенность, энергопоглощающий элемент.

V.I. Ladanov

ENERGY-ABSORBING ELEMENT FOR INCREASING

OF ARMOUR PROTECTION OF SPECIAL PURPOSE

VEHICLES GAZ-5903

It describes the design and function of the energy absorbing element to enhance armour protection special-purpose vehicle, supplied equipment for the Russian Interior Troops.

Keywords: special purpose vehicle, armour protection, energy-absorbing element.

Бронезащищенность является основной тактико-технической характеристикой транспортного средства специального назначения (ТССН), определяющей возможности использования его по штатному предназначению.

Предлагаемые для усовершенствования уровня бронезащиты ТССН энергопоглощающие элементы (ЭПЭ) представляют собой контейнеры из бронированной стали со следующими линейными показателями образца: длина – 250 мм, ширина – 200 мм и высота – 50–75– 100–150–200–250 мм с наполнителем из композиционного материала. Общий вид ЭПЭ в двухвариантном исполнении показан на рисунке.

615

В качестве наполнителя предлагается линейка различных композиционных материалов, моделирующую решетку которых составляют элементы в виде полимерных и углеродсодержащих волокон, нитей или дисперсных частиц. В данной моделирующей решетке индивидуальные свойства составляющих элементов аккумулируются и повышают эффективность композиции в целом. Широкоизвестными примерами высокоэффективных композиционных материалов являются железобетонные или пластиковые изделия, моделирующую решетку которых составляют стальные, углеродные, борные, стеклянные волокна или комбинации на их основе. Варьируя объемное содержание составляющих компонентов, возможно получать изделия из композиционных материалов с требуемыми характеристиками.

а

б

Рис. Общий вид энергопоглощающего элемента: 1 – броневой корпус ЭПЭ; 2 – стеклопластиковыйстерженьпоперечногорасположения; 3 – стеклопластиковый стержень продольного расположения; 4 – наполнитель; 5 – стеклопластиковый стержень вертикального расположения; а – вариант моделирующей решетки в двух плоскостях; б – вариант моделирующей решетки в трех плоскостях

Предлагаемый вариант применения в качестве композиционного материала, который используется для производства энергопоглощающего элемента с целью повышения уровня защищенности бронированного корпуса ТССН, представлен стеклопластиком, в котором

616

моделирующая решетка выполнена из стеклянных волокон в стрежневом виде, диаметр которых может составлять от 4 до 10 мм. Композиционная моделирующая решетка, выполненная в двухвариантном исполнении, показана на рисунке. Корпус ЭПЭ с моделирующей решеткой из стеклопластика заполняется быстрозатвердевающими связующими наполнителями, в данном варианте – эпоксидной смолой марки ЭК-20.

Известно, что плотность стеклопластиковых материалов в несколько раз меньше плотности основных марок сталей, но по прочностным характеристикам они не уступают броневым маркам стали, а некоторые образцы даже превосходят их. Основной особенностью характеристик стеклянных волокон является анизотропность, которая обусловливает неоднородность физико-молекулярных свойств в строении материала. Из-за данного свойства значительно и резко изменяются показатели стойкости к разрушению при ударноволновом действии кинетических и кумулятивных боеприпасов и кумулятивной струи под различными углами к цилиндрической форме поверхности [2–4].

Природа снижения эффективности кинетических и кумулятивных боеприпасов происходит по нескольким причинам. Во-первых, преодоление первой преграды кинетическим снарядом (пулей) может вызвать его разрушение или по крайней мере частичное срабатывание. При этом на основную броневую преграду будут воздействовать оставшаяся часть сердечника и осколки ЭПЭ. Во-вторых, при воздействии снаряда (пули) в ЭПЭ происходит изменение взаимного углового положения цилиндрических стержней композиционной решетки. В результате, если снаряд (пуля) пробил первый слой преграды и не разрушился, со вторым или последующим слоем преграды он будет взаимодействовать уже в других условиях, т.е. при другой скорости и ином угле встречи.

Вследствие заполнения промежутка между слоями композиционной моделирующей решетки и броневым корпусом эпоксидными смолами с отвердителем конструкция ЭПЭ приобретает монолитность. При разнесенном способе расположения корпуса ЭПЭ и основой бронированного корпуса ТССН бронезащита превращается в комбинированную. Такая броня обладает также и повышенной противокумулятивной стойкостью. Глубина проникания b кумулятивной струи согласно формуле [1]

617

где l0 –эффективная длина струи, зависящая от длины облицовки заряда (от калибра боеприпаса и угла при вершине конуса кумулятивной выемки); σтс – предел текучести под нагрузкой материала облицовки кумулятивной выемки; σтn – предел текучести под нагрузкой материала преграды.

Это значит, что при заданной массе преграды можно получить лучшую защиту, если использовать материал с различным пределом текучести под нагрузкой. Например, глубина проникания кумулятивной струи, имеющей эффективную длину l0 = 200 мм (материал облицовки знаменитого РПГ-7 – медь с текучестью под нагрузкой σтс = 380 МПа), в преграду из стеклопластика (σтn = 12 000 МПа) составит b =

= 200 380/1200 = 111,2 мм, а глубина проникания в броневую сталь составляет примерно 168,3 мм, т.е. у стеклопластикового композитного ЭПЭ эффективность выше на 51 %. В то же время такой ЭПЭ исходя из плотности материалов, несмотря на большую толщину, будет в (213,6 · 7,8) : (370 · 2,6) = 1,73 раза легче.

Важным обстоятельством является также то, что некоторые сравнительно легкие материалы (стеклопластик, керамика и др.) в силу специфических физико-молекулярных свойств обладают повышенной струегасящей способностью. Проведенные испытания в форме натурных экспериментов по методике ГОСТ Р 50963–96 показали, что ЭПЭ толщиной 200 мм выдерживают кумулятивное воздействие боеприпаса гранатомета РПГ-26, при этом не происходит пробития основной брони корпуса ТССН ГАЗ-5903 за счет особенностей гидродинамического процесса отклонения кумулятивного песта гранаты в ходе проникновения в структуру композиционной моделирующей решетки ЭПЭ.

Список литературы

1.Бронетанковая техника: учеб. – М.: Изд-во Воен. акад. броне-

танк. войск, 1989. – 420 с.

2.ТО ГАЗ-5903-0000010. Бронетранспортер БТР-80. – М., 2010. – 377 с.

3.Защита танков / под ред. В.А. Григоряна. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 326 с.

618

4. Балаганский И.А., Мержиевский Л.А. Действие средств поражения и боеприпасов: учеб. – Новосибирск: Изд-во Новосиб. гос.

техн. ун-та, 2004. – 408 с.

Об авторе

Ладанов Владимир Ильич – доцент кафедры конструкций автобронетанковой техники факультета технического обеспечения, Пермский военный институт внутренних войск МВД России, аспирант Ижевского государственного технического университета им. М.Т. Ка-

лашникова, e-mail: viladanov61@yandex.ru.

619

УДК 629.36

Е.А. Козлюк, В.И. Ладанов

О ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ АККУМУЛЯТОРНОГО ТИПА В СИЛОВОЙ УСТАНОВКЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ГАЗ-5903

Описывается усовершенствование системы топливоподачи силовой установки транспортного средства специального назначения (ТССН), поставляемой для оснащения внутренних войск МВД России.

Ключевые слова: транспортное средство специального назначения, усовершенствование, система топливоподачи аккумуляторного типа.

Е.А. Kozlyuk, V.I. Ladanov

THE POSSIBILITY OF FUEL BATTERY TYPE PROPULSION

SPECIAL PURPOSE VEHICLES GAZ-5903

It describes the improvement of the system of fuel power plant specialpurpose vehicle (TSSN) supplied equipment for the Russian Interior Troops.

Keywords: special purpose vehicle, the improvement of, the system fuel battery type.

На современном этапе силовые структуры Российской Федерации должны являться высокомобильными, профессионально подготовленными, оснащенными современным вооружением, военной и специальной техникой, должны находиться в постоянной готовности, быть способными эффективно участвовать в обеспечении национальной обороны, государственной и общественной безопасности Российской Федерации.

Развитие и структурные изменения всех компонентов силовых структур осуществляются на научной основе, с учетом решаемых ими задач, принципов их устройства и служебно-боевого применения.

Одним из основных направлений развития силовых структур является оптимизация их организационно-штатных структур, определение порядка их оснащения новейшими вооружением, военной и спе-

620