книги из ГПНТБ / Никитин А.О. Теория танка учебник

При простой форме корпуса плавающего танка для вычисления толщин поправочного слоя можно пользоваться элементарными формулами, исходя из геометрических размеров чертежа попереч­ ного сечения танка.

В случае же сложной формы корпуса надо пользоваться спосо­ бами, излагаемыми в курсах теории корабля.

2. Определив для значения угла наклона танка 0 ,- величину толщины поправочного слоя е/:, проводят действующую ватерли­

ватерлинии справа от оси, перпендикулярной к пло­ скости чертежа и проходящей через точку О,;

— площадь действующей ватерлинии.

При сложной форме площади ватерлинии танка, обозначая че­ рез а( выходящие ординаты наклонной на угол 6 г площади дей­ ствующей ватерлинии и через bt — входящие, в общем виде значе­ ние т), может быть определено таким образом:

. и

2

-У { a ? - b . ? ) d x

зv

| (at + bj dx

2

где L' — длина корпуса танка по действующей ватерлинии;

J (al + b,)dx = Sl . v

2

В тех случаях, когда плавающие танки имеют постоянную ши­ рину корпуса по его длине, значение ги может быть определено по простой формуле

__ ai ~ bi

569

Зная положение центра тяжести площади действующей ва­ терлинии, определяют момент инерции этой площади Iх. относи­

тельно продольной оси, проходящей через ее центр тяжести, что по­ зволяет найти значение метацентрпческого радиуса f>,- при накло­ нении танка на угол О,-, т. е.

Определив значения метацентрическнх радиусов плавающего танка при различных углах крена О,, 0 ,, 6 3 и т. д., взятых после­ довательно через равное число градусов, пользуясь зависимостями (278) и (277) находят 11—плечи восстанавливающих при крене мо­ ментов. При выполнении данных подсчетов удобно пользоваться предложенным акад. А. Н. Крыловым [15] способом последователь­ ного заполнения специальной таблицы.

В случае необходимости аналогичным образом можно опреде­ лить плечи восстанавливающих моментов при исследовании про­ дольной остойчивости танка на больших углах наклонения.

4. Диаграмма статической остойчивости (диаграмма Рида)

Зная величину плеч остойчивости при различных углах на­ клонения танка li= y l cos 0 ,- -j- z; sin 0 (. —a sin 0 (., можно построить график функции l — f(d) в прямоугольной системе координатных осей (рис. 238), который называется диаграммой статической остойчивости.

Поскольку восстанавливающие моменты остойчивости равны

ви кривой, соответствует устойчивому положению равновесия. От­ клоняясь из данного положения на малый угол d<) как вправо, так и влево, танк всегда будет стремиться вновь вернуться в это поло­ жение. На нисходящей ветви кривой накрененный танк занимает неустойчивое положение, при выводе из которого на угол dO он к нему не возвращается. При отклонении влево танк будет стре­ миться вернуться в первоначальное устойчивое положение, при от­ клонении вправо танк опрокинется, так как восстанавливающий момент меньше кренящего. Поэтому для статической остойчивости

570

панка представляет интерес только восходящая ветвь привои стати­ ческой остойчивости.

5. Динамическая остойчивость

Если к танку приложить пару, момент которой с самого на­ чала имеет конечную величину /Йк , то танк начнет крениться н приобретать угловую скорость, которая будет увеличиваться, пока момент кренящей пары не станет равным восстанавливающему мо­ менту остойчивости, что соответствует точке А на рис. 239, на кото­ ром приведена диаграмма статической остойчивости танка.

Таким образом, танк придет в положение равновесия (при кото­ ром кренящий и восстанавливающий моменты равны), имея неко­ торую угловую скорость, поэтому он пройдет это положение равно­ весия и крен его будет продолжаться. Вследствие того, что при дальнейшем наклонении танка восстанавливающий момент больше кренящего, угловая скорость тапка будет уменьшаться и станет равней нулю тогда, когда работа восстанавливающей пары по­ глотит (помимо преодоления работы от продолжающегося действия момента кренящей пары) всю ту живую силу, которую приобрелтанк за первую половину размаха, т. е. до равенства кренящего и восстанавливающего моментов.

Определим тот динамический угол крена 6 Д||П, до которого вне­ запно приложенный кренящий момент Л'/Кр наклонит танк. Так как кренящий Мкр и восстанавливающий М0ст моменты имеютпротивоположные знаки, то, очевидно, угловая скорость танка ста­ нет равной нулю при равенстве работ этих моментов.

На основании сказанного можно написать равенство работ

571V

Если кренящий момент является величиной постоянной, то по­ следнее равенство примет вид

®днн

f MocrtfO = / И к 0Л|ш.

'о

I

На диаграмме статической остойчивости (см. рис. 239) рабо­ та восстанавливающего момента до угла крена 6 Я1Ш, . согласно выражению этого момента, будет равна площади, ограниченной кривой остойчивости, ординатой к кривой при угле 0 ЛНН и осью абсцисс. Поэтому значение угла динамической остойчивости

меньше угла динамической остойчивости 0 ЛИН, определяемого равенством работ: Лкр = Л0Ст.

Таким образом, величину угла 0Д|Ш можно определить по диа­ грамме статической остойчивости, но это довольно затруднительно. Поэтому, пользуясь диаграммой статической остойчивости, строят диаграмму динамической остойчивости, которая по отношению к первой представляет собой интегральную кривую, т. е. кривую ра­ боты восстанавливающего момента остойчивости.

При построении диаграммы динамической остойчивости на диа­ грамме статической остойчивости проводят ряд равноотстоящих

•ординат в масштабе моментов (или берут соответствующие значе­ ния плеч статической остойчивости, подсчитанные при построении диаграммы статической остойчивости, и умножают их на величи­ ну весового водоизмещения D = G) и, пользуясь правилом

572

трапеций, вычисляют ординаты диаграммы динамической остой­ чивости по форме, приведенной в табл. 19, в которой расстояние между ординатами АО выражается в радианах.

После заполнения табл. 19 по полученным в ней данным строят диаграмму динамической остойчивости, приведенную на рис. 240.

Для нахождения угла динамического крена танка на диаграммединамической остойчивости наносят график работы заданного по­

Пересечение этой прямой с диаграммой динамической остойчи­ вости определит искомый угол 0 ДИИ) до которого внезапно прило­ женный момент /И,.р наклонит танк, так как в точке пересечения работы кренящего и восстанавливающего моментов равны.

Величину предельного внезапно приложенного постоянного мо­ мента, при котором танк опрокинется, можно определить, если из: начала координат провести касательную к кривой динамической остойчивости (рис. 241). Тогда ордината Л4кРтах при абсциссе

573:

■4j — 57,3° даст величину искомого момента, а абсцисса точки ка­ сания— угол крема 6ДП)',т а 1 .

i

§ 5. СОПРОТИВЛЕНИЕ ВОДЫ ДВИЖЕНИЮ ТАНКА

Резкое возрастание сопротивления воды движению танка на плаву с увеличением скорости препятствует достижению высокой скорости, необходимой для успешного решения различных задач во время боевых действий.

В этом отношении исследование сопротивления движению тан­ ка на плаву является весьма важным, так как оно позволит не толь­ ко оценить величину сопротивления, равного потребной силе тяги, развиваемой водным движителем при данной скорости, но и вы­ яснить факторы, от которых зависит сопротивление движению, и тем самым определить возможные пути его снижения.

Сопротивление движению плавающего тела со стороны воды может быть представлено в виде следующих составляющих:

1. Сопротивления трения, возникающего вследствие сил тре­ ния между смоченной поверхностью плавающего танка и жидко­ стью и обусловленного вязкостью жидкости.

2. Сопротивления формы, представляющего собою разность дей­ ствующих в направлении движения тела давлений воды на его но­ совую и кормовую части.

Данный вид сопротивления движению обусловливается свой­ ствами вязкости жидкости. А так как в вязкой жидкости возникно­ вение такого различия в давлениях на разные части плавающего тела определяется формой тела, то этим и объясняется название данного вида сопротивления. Физическая сущность этого сопротив­ ления состоит в образовании за плавающим телом области пони­ женного давления и в возникновении завихрений, вследствие чего этот вид сопротивлений называют иногда в и х р е в ы м .

■574

3. Волнового сопротивления, вызванного затратой части энер гии при обеспечении движения плавающего тела по свободной по­ верхности воды на образование волн. Свойством жидкости, по­ рождающим волновое сопротивление, является весомость.

Таким образом, сопротивление воды движению танка при пла­ вании его на свободной поверхности состоит из трех составных ча­ стей

R\V=Rf + R c + Rao.n>

где R f — сопротивление трения;

Rc —- сопротивление формы (вихревое); / ? „ 01 — волновое сопротивление.

Наиболее изученным видом сопротивлений является сопротив­ ление трения. Оно пропорционально смоченной поверхности пла­ вающего тела, зависит от шероховатости этой поверхности и воз­ растает по нелинейной зависимости с увеличением скорости движе­ ния.

Сопротивление формы для судов, имеющих плохо обтекаемые формы, к которым можно отнести и плавающие танки, составляет основную часть полного сопротивления движению и в еще большей степени, нежели сопротивление трения, возрастает с увеличением скорости.

Поэтому приданию обтекаемой формы танку на плаву должно быть уделено серьезное внимание при решении задачи повышения его скорости движения в данных условиях.

Волновое сопротивление, так же как и два других вида сопро­ тивлений, зависит ст скорости движения. На величину волнового со­ противления оказывает влияние отношение ширины плавающего танка к его осадке. Так, уменьшение ширины за счет увеличения осадки (при постоянном водоизмещении и постоянной длине), обычно способствует уменьшению волнового сопротивления.

Если сопротивление Rf для корпуса танка может быть опреде­ лено (с достаточной степенью точности) расчетом при помощи за­ висимостей, полученных в результате многочисленных испытаний

путем модельных испытаний. Вследствие же большого различия между формами судов и плавающих танков полученные для су­ дов зависимости для Rc и RB0„ только в самом грубом приближе­ нии могут быть использованы при определении этих сопротивле­ ний для танков.

Кроме того, применяемые в судостроении формулы по опреде­

выступающих частей, поскольку для обычных судов сопротивления выступающих частей (рулей, кронштейнов, гребных валов и т. д.)

•составляют небольшую величину от общего сопротивления корпу­ са. У плавающих же танков наличие гусеничного движителя с весь­

575

ма несовершенной в отношении обтекаемости формой приводит к тому, что сопротивления выступающих частей могут составлять, более половины общего сопротивления. В связи с этим иногда об­ щее сопротивление движению танка на плаву подсчитывают расчлененно, а именно: пользуясь зависимостями по сопротивлению' судов, типы которых по своим формам наиболее приближаются к танкам, определяют сопротивление корпуса танка и- отдельно, на основании результатов ранее проведенных испытаний плавающих

гусеничных машин, подсчитывают сопротивление ходовой части танка.

При расчетах по такому методу для подсчета сопротивлений корпуса танка может быть рекомендована формула Карапетова, полученная для тупоносых судов со слабо скругленными формами,

/—коэффициент трения, принимаемый в этой формуле рав­ ным /=0,17:

®— коэффициент формы, изменяющийся в зависимости or формы корпуса в пределах ® = 1 2 - н 2 0 .

Сопротивление ходовой части танка па плаву (при неподвижных гусеницах) можно подсчитать по формуле, предложенной проф. Н. С. Ветчинкиным, которая по своей структуре аналогична зави­ симости (279), но имеет другие значения расчетных коэффициентов

Поскольку формы погруженных в воду частей корпусов совре­ менных плавающих танков, как и агрегатов их ходовой части, от­ личаются незначительно, то с достаточно высокой степенью точно­ сти при определении сопротивления воды движению танка можно пользоваться эмпирической зависимостью, полученной доцентами

576

Л. Г. Бархударовым и В. В. Киселевским в результате испытаний

§ 6. О Б Е С П Е Ч Е Н И Е С И Л Ы Т Я Г И Н А П Л А В У

Плавающие гусеничные машины для обеспечения движения на плаву оборудуются водоходным (водным) движителем, предна­ значенным для создания силы тяги.

В качестве водоходных движителей у гусеничных машин приме­ няются: гребные винты, гусеничные цепи и водометы.

Г р е б н ы е в и н т ы получили наиболее широкое применение в танках для обеспечения силы тяги на плаву. Еще первые плаваю­ щие танки (амфибии) оборудовались гребными винтами, которые и н настоящее время продолжают весьма часто использоваться в ка­ честве водоходного движителя на гусеничных и колесных машинах различного назначения. При этом на машинах устанавливаются либо один, либо два гребных винта. В случае установки одного вин­ та под влиянием реактивного момента происходит крен корпуса в сторону, противоположную вращению винта. В результате машина сбивается с курса, не выдерживает направления своего движения, отклоняясь в сторону крена. При наличии двух винтов повышает­ ся маневренность и устойчивость движения на курсе, так как путем применения винтов с противоположным направлением вращения (для создания силы тяги в одном направлении) исключается крен машины от действия реактивного момента.

Сила тяги гребным винтом создается посредством отбрасывания вращающейся лопастыо воды по направлению оси винта, в резуль­ тате чего возникает реакция со стороны воды, толкающая машину вперед или назад. С увеличением скорости и количества отбрасы­ ваемой воды возрастает развиваемая винтом сила тяги.

Эффективность водоходного движителя у судов и плавающих машин оценивают так называемым общим пропульсивным коэффи­ циентом полезного действия ^„р-Он выражается отношением бук­ сировочной мощности, затрачиваемой на преодоление всех сил со­ противления движению на плаву при данной скорости (или мощно­ сти полезной тяги винта), к мощности, подводимой к движителю.

Эффективность гребного винта повышают правильным профили­ рованием лопасти, точной обработкой и полировкой рабочих по­ верхностей, тщательной балансировкой, установкой обтекаемого насадка. Уменьшение диаметра винта приводит к снижению его к. п. д.

Повышение пропульсивного к. п. д. гребного винта на машине, помимо улучшения качеств его, достигается обеспечением наилуч-

шего подтекания воды к винту/, правильным размещением вннга относительно корпуса машины и выступающих частей.

С удалением винта от кормы п увеличением глубины погруже­ ния к. п. д. его повышается, но при этом возрастает опасность по­ ломки винта при движении по неровной местности на суше, а также при входе машины в воду и выходе из воды. Для устранения этой опасности применяют откидные пли убирающиеся винты. Иногда для повышения эффективности работы и защиты от поломок винт \станавливают в специальном тоннеле.

Особенности условий работы и установки гребных винтов на плавающих гусеничных машинах обусловливают низкое значение общего пропульсивного к. и. д. такого водоходного движителя, рав­ ного 0,25 —0,50, в то время как на судах величина пропульсивного к. п. д. гребного винта составляет 0,50 4- 0,70.

Расчеты гребных винтов, обеспечивающие получение необходи­ мой силы тяги, излагаются в специальных курсах н здесь пе приво­ дятся.

Г у с е н и ч н ы е це пи у плавающих машин иногда использу­ ются и в качестве водоходного движителя для создания силы тяги при движении на воде. В этом случае реализация силы тяги осно­ вывается на тех же принципах, на которых работали гребные коле­ са старинных речных судов. Для отбрасывания воды к тракам гу­ сеничных цепей прикрепляются специальные лопатки, либо обыч­ ные серийные траки изготовляются с развитыми для этой цели по­ перечными выступами, выполняющими роль лопаток.

При перематывании погруженных в воду гусеничных цепей вода нижними и верхними ветвями гусениц отбрасывается в противопо­ ложные стороны, что значительно снижает развиваемую гусенич­ ным движителем результирующую силу тяги. Нейтрализация вред­ ного воздействия верхних ветвей гусениц при движении на плаву достигается или расположением верхних ветвей выше уровня по­ верхности воды, что приводит к увеличению высоты гусеничного об­ вода и веса ходовой части, или изолированием верхних ветвей (в случае их погружения в воду) от окружающей среды путем при­ крытия гусениц сверху и с боков специальным кожухом, крепящим­ ся к корпусу машины. Кожух также частично перекрывает участки цепей, расположенные на ведущих и направляющих колесах.

Поворот машины на воде при данном движителе осуществляет­ ся уменьшением скорости перематывания одной из гусениц.

Преимущества такого водоходного движителя перед другими заключаются в его простоте, так1как он не требует сложных изме­ нений по сравнению с конструкцией гусеничного движителя, пред­ назначенного для обеспечения движения на суше.

Недостатком данного движителя является быстрый выход из строя лопаток при движении машины по твердым грунтам.

Расчета силы тяги, развиваемой гусеничным движителем при движении на плаву, пока нет, в связи с чем отработка движителя

578