CC BY
87
Колунин Александр Витальевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Омск, Омский автобронетанковый инженерный институт,
Шудыкин Александр Сергеевич, канд. техн. наук, преподаватель, [email protected], Россия, Омск, Омский автобронетанковый инженерный институт,
Белокопытов Сергей Викторович, канд. техн. наук, преподаватель, [email protected], Россия, Омск, Омский автобронетанковый инженерный институт
DETERMINING THE STATUS OF THE CYLINDER GROUP OF ENGINES OF MILITARY VEHICLES FOR THE FLOW OF CRANKCASE GASES
A.V. Kolunin, A.S. Sudykin, S.V. Belokopytov
The blow-by gases are an integral component of the workflow engine. They have a negative impact on the condition of the engine oil. However, the activity of crankcase gases can determine the state of the cylinder-piston group, as well as the residual / life of the engines of military tracked and wheeled vehicles.
Key words: blow-by gases, the life of the engine, the diagnostic parameter.
Kolunin Alexander Vitalievich., candidate of technical sciences, docent, kolunin2003@mail. ru, Russia, Omsk, Omsk Automobile and Armored Engineering Institute,
Shudykin Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, teacher, kolunin2003@mail. ru, Russia, Omsk, Omsk Automobile and Armored Engineering Institute,
Belokopytov Sergey Viktorovich, candidate of technical sciences, teacher, kolunin2003@mail. ru, Russia, Omsk, Omsk Automobile and Armored Engineering Institute
УДК 629.114.078
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ МЕХАНИКОВ ВОДИТЕЛЕЙ ДЛЯ ВОИНСКИХ ЧАСТЕЙ ВДВ
И.Е. Кущев, Р.В. Гладков, В.В. Мочалов
Рассмотрены актуальные проблемы подготовки механиков водителей для воинских частей и военно-учебных заведениях ВДВ на тренажерах вождения.
Ключевые слова: тренажер вождения, учебно-тренировочные средства, динамические нагрузки, формирование и поддержание навыков вождения.
Согласно курсу вождения боевых и специальных машин Воздушно-десантных войск (КВБ и СМ ВДВ-2012) для формирования и поддержания навыков по вождению боевых машин в воинских частях и
588
военно-учебных заведениях используются тренажеры. Однако ни один тренажер не может заменить в полной мере реального вождения на объектах бронетанковой техники (БТТ). Для того чтобы наиболее рационально решить проблему качественного обучения профессиональной подготовки механиков-водителей, необходимо решить две относительно независимые задачи:
первая - технологическая, она заключается в создании требуемого уровня имитации объекта бронетанковой техники (а именно отделения управления интерьер которого максимально приближен к реальному объекту), корректно и логически правильно работающего программного обеспечения, позволяющего имитировать весь процесс деятельности механика-водителя в требуемом объеме и производить выработку у человека необходимых навыков по управлению как объектом БТТ в целом, так и его подсистемами,
вторая - учебно-методическая, рассматривающая вопрос эффективного применения тренажера как средства обучения [1]. Отдельно остановимся на первой - технологической проблеме обучения, а именно на создании динамической платформы, которая будет в полной мере передавать те возмущения и динамические нагрузки, которые испытывает механик-водитель при вождении реального объекта БТТ.
Это связано с тем, что на механика-водителя, расположенного, как правило, в передней части машины, действуют большие по своей величине вертикальные ускорения, чем на других членов экипажа. В результате механик-водитель, изменяя скорость движения машины, осуществляет формирование в известных пределах спектра возмущения, передаваемого через подвеску БМ на корпус, в выгодном для себя направлении (с точки зрения комфортабельности движения). Без специальной подготовки человек может выдержать кратковременные ускорения до 35 м/с2 на уровне «довольно неприятных ощущений», это ограничено физиологическими возможностями человека.
Анализ, проведенный в Рязанском ВВДКУ на кафедре ЭВВТ при эксплуатации объекта бронетанковой техники БМД-2 и тренажеров таких, как ТТВ-915К, ТВ-БМД, и ТВК-916Д, имитирующих отделение управления БМД-2, показал, что при выполнении зачетного упражнения преподавателями кафедры, а также курсантами училища средняя скорость при выполнении зачетного упражнения в среднем на 3-4 километра выше на тренажерах, чем на боевых машинах. Так, при выполнении зачетного упражнения на тренажерах максимальная скорость движения на прямых «скоростных» участках может доходить до 40-45 км/ч по пересеченной местности, что, в свою очередь, при вождении на реальной БМ привело бы к «пробою» подвески, отрыва катков от грунта, потерей управления и поломкой боевой машины.
Исходя из этого, можно понять, что тренажер не в полной мере передает те возмущения и нагрузки, которые испытывает механик-водитель при вождении реальной боевой машины. В результате некорректной передачи динамических нагрузок на обучаемого, приводит к формированию неправильных навыков в управлении боевой машины. Так при выполнении на тренажере зачетного упражнения механик-водитель при подходе к препятствию слишком рано переключается на пониженную передачу, преодолевает препятствие на пониженной передаче при минимальных оборотах двигателя, что ведет к потере времени, но за счет высокой скорости между препятствиями (которая может доходить до 40-45 км.) выполняет и перевыполняет норматив по скорости. Это формирует не правильные навыки, которые влияют на выполнение зачетного упражнения на реальной БМ, а это уже учебно-методическая задача. Решив проблему с корректной передачей на механика-водителя возникающих возмущений и динамических нагрузок можно и решить учебно-методическую задачу.
Таким образом, добиться повышения эффективности тренажеров вождения объектов БТТ можно с помощью развития и совершенствования математической модели движения объектов БТТ, за счет повышения ее адекватности, а именно включение наиболее полно отвечающих ударных динамических нагрузок, которые будут возрастать с увеличением скорости движения по пересеченной местности.
В дальнейшем рассмотрим возможность определить величины динамических нагрузок передающихся на корпус машины и подвеску сиденья механика-водителя. Исследовать показатели плавности хода и нагру-женность элементов ходовой части в зависимости от характеристик системы подрессоривания и гусеничного движителя, скорости движения машины и профиля дорожного полотна. И таким образом определить те динамические нагрузки, которые необходимо передать на подвеску сиденья механика водителя в тренажере, в зависимости от скорости движения, для повышения эффективности тренажера и его дидактической ценности.
Точное математическое описание явлений, протекающих в гусеничном движителе, связано с большими трудностями. Поэтому необходимо сделать предварительно ряд допущений, упрощающих математические выкладки. Будем считать, что:
- механическая система, состоящая из звеньев, опорных катков, направляющих и ведущих колес, рычагов подвески, элементов амортизаци-онно-натяжного устройства, совершает плоскопараллельное движение;
- звенья, опорные катки, рычаги, колеса являются абсолютно жесткими, недеформируемыми элементами;
- связь между элементами гусеничного движителя реализуется в виде абсолютно жесткого контакта;
- диссипативные силы в фрикционных связях пренебрежительно
малы;
- между звеньями гусеничного движителя и грунтом реализуется в упругопластическую связь [2].
Имитационная математическая модель представляет собой модель, описывающую свободное падение машины с массой, приведенной к одной точке колебательной системы с заданной высоты (рис. 1) [4].
///////////// Рис. 1. Схема одномассной системы: т -масс груза;/п =/н -/к- полный ход подвески; к - высота падения; Ру - сила упругого сопротивления; Яд - сила неупругого сопротивления
Поведение системы описывается уравнением:
т£ = Ру + Кд-п^, (1)
где т — масса системы, кг; ъ — ускорение, воспринимаемое массой, м/с2; Ру — сила упругого сопротивления, Н; Яд — сила неупругого (диссипатив-ного) сопротивления, Н.
Таким образом, демпфирующая характеристика системы демпфирования формируется как разность между суммарной силой, зависящей от допустимой перегрузки, и упругой силой от системы демпфирования. В общем виде выражение, описывающее вид демпфирующей характеристики, можно записать как:
ЯдОО =
при ЯдОО + Ру < тг — тд
(2)
тг — тд — Ру при #Д(Ю + Ру > тг — тд
где V - скорость; - коэффициент сопротивления демпфера, Н • с /м2.
Силы Ру и Яд возникают только после преодоления системой заданной высоты падения И и перестают действовать при отрыве системы от опорного основания (критерий прекращения действия силы - нулевой ход подвески).
Значение суммарной удельной потенциальной энергии подвески ограничено предельно допустимым ускорением и одновременно позволяют ввести связь между полным ходом подвески ^ и ее энергоемкостью И:
и = Мп 7 ^ (3)
где Мп - подрессоренная масса машины, кг; 7 - предельно допустимые ускорения, м/с2.
В то же время при известном полном ходе подвески и известных допускаемых ускорениях можно определить предельную высоту единичной неровности, падение с которой будет сопровождаться ускорениями, не превышающими допустимых:
Ь = ■ ^ / в. (4)
Иными словами, если выразить ускорения 7 в долях от ускорения свободного падения, можно сказать, что предельная высота падения машины равна значению относительного замедления, умноженному на полный ход подвески. Так, предельная высота падения составляет 3^ для допустимых перегрузок 3в и 3,5Гп - для перегрузок 3,5в [4]. Так полный ход подвески для БМД-2 составляет 35 см.
Таким образом, можно подобрать систему демпфирования для достаточно точного сближения характеристик боевой машины и тренажера вождения в виде двухмассной системы, представленной на рис. 2 [2]. В данном случае массой механика-водителя его положением в процессе вождения пренебрегают, что может привести к формированию ошибочных навыков управления при движении по пересечённой местности.
Рис. 2. Схема двухмассной колебательной системы: 1 - машина; 2 - подвеска
В тренажере вождения схема взаимодействия механика-водителя с объектом БТТ как объектом управления и внешней средой, включающая решение различных задач, должна совпадать со схемой взаимодействия
592
механика-водителя с реальным объектом БТТ и внешней средой, однако из-за несоблюдения каких-либо условий адекватности могут иметь место определенные, иногда существенные отличия. Эти отличия могут сказаться на каждом этапе алгоритма деятельности механика-водителя, а, следовательно, и на качестве приобретаемых им навыков. Одним из важнейших условий динамической адекватности является точность воспроизведения параметров процессов, от реализации которой напрямую зависит эффективность тренажера и его дидактическая ценность, поэтому необходима разработка концепции оценки тренажеров по критерию учёта положения механика-водителя на стадии их проектирования с целью обоснования их конструктивного исполнения и задания динамических характеристик, а также интенсивности применения, предполагающая функционирование методологического аппарата описания и сравнения потенциально возможных показателей процесса освоения БТВТ механиками водителями с ранее достигнутыми в существующих реальных образцах и тренажерах.
Математическая модель для оценки уровня навыков вождения экипажа БТВТ с учётом реальных сил в сторону увеличения кинематических параметров, действующих на механика водителя, больше, чем на машину, представлена на рис. 3.
Рис. 3. Схема трёхмассной колебательной системы (кинематические параметры, действующие на механика водителя больше, чем на машину): 0 - механик-водитель; 1 - машина; 2 - подвеска
Соответственно математическая модель для оценки уровня навыков вождения экипажа БТВТ с учётом реальных сил в сторону уменьшения кинематических параметров, действующие на механика-водителя, меньше, чем на машину представлена на рис. 4.
Основным отличием моделей динамических тренажёров представленных на рис. 3 и 4, является различие положений механика-водителя 0 и машины 1 относительно центра качания, расположенного точке С На схеме 3 механик-водитель расположен дальше от центра качания в Rh/Ri раз. Причём на кинематические параметры механика-водителя будет влиять только проекция этого отношения перпендикулярная направлению Соответственно в параллельном направлении ^ будет происходить изменение кинематических параметров, сдвинутое по фазе, за счёт упругой связи.
Рис. 4. Схема трёхмассной колебательной системы (кинематические параметры, действующие на механика водителя, меньше, чем на машину): 0 - механик-водитель; 1 - машина; 2 - подвеска
Расчет процесса освоения механиком-водителем модели тренажёра показанной на рис. 2 можно рассчитать по формуле, в которой определяется математическое ожидание средней скорости движения М (V ср) [5]:
594
где Амв — энергозатраты механика-водителя танка для основных видов операции при управлении движением с заданной средней скоростью; Асо — расход энергии механика-водителя на самообслуживание организма (для отдыха сидя Асо = 1,37 ккал/кг-ч); m — масса механика-водителя, кг; Т1оп — время выполнения операции /-го вида с учетом когнитивного периода, с; кзмв — загруженность механика-водителя по времени выполнения операций управления; юс — суммарная интенсивность потока операций по пути движения; к — коэффициент перевода единиц измерения энергозатрат в килокалории (к = 2,39-10"4); Р1 — усилие, прилагаемое механиком-водителем для перемещения i-го органа управления, Н; L1 — величина перемещений /-го органа управления (рабочий ход органа управления), м; B1 — вероятность выполнения операции /-го вида; ^ — коэффициент, характеризующий уровень исполнения и дидактические возможности УТС.
Полученное выражение в достаточной степени характеризует операционную деятельность механика-водителя в процессе управления движением боевой машины на определённой средней скорости при заданном уровне динамического воздействия. Использование выражения (5) на этапах разработки технического проекта и рабочей конструкторской документации позволит провести прогнозирование возможности обеспечения УТС освоения БТВТ в части вождения до требуемого уровня при благоприятных условиях вождения. Однако, выбранные усредненные значения показателей, характеризующих возможности и способности человека, исходят из упрощённой модели (рис. 2) проведенных экспериментальных исследований с использованием регистрирующей аппаратуры.
На основании вышеизложенного приходим к следующим выводам. Раскрыта актуальная проблема подготовки механиков водителей на основе различных методов обучения, предложен наиболее эффективный способ подготовки обучаемых путем внедрения в существующие тренажеры вождения наиболее полно отвечающих ударных нагрузок, которые будут возрастать с увеличением скорости движения.
Список литературы
1. Сергеев С.Ф., Захаревич М.А., Соколов В.Н. Проблема подобия в тренажерах // Российский научный журнал, 2011. № 6 (25). С. 102.
2. Баглайчук С.В., Нехаев В. А., Николаев В. А. Кинематические связи между элементами гусеничного движителя военно гусеничной машины. Вестник СибАДИ, 2015. Вып. 2 (42).
3. Дмитриев А.А., Чобиток В. А., Тельминов А.В. Теория и расчет нелинейных систем подрессоривания гусеничных машин. Москва, Машиностроение, 1976. С. 207.
4. Ципилев А.А., Васильев А.Б., Кибизов Д.Г. Метод выбора демпфирующей характеристики системы подрессоривания гусеничной машины. Инженерный журнал: Наука и инновации, 2017. № 6.
5. Кутовой С.С., Завидов С.А. Москаленко В.А. Методы и модели оценки комплектов учебно-тренировочных средств для бронетанкового вооружения и техники. Военная мысль, 2017. №6. С. 69-77.
Кущин Иван Евгеньевич, д-р техн. наук, доцент, gladkov-80@mail. ru, Россия, Рязань, Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище имени генерала армии В. Ф. Маргелова,
Гладков Роман Викторович, канд. техн. наук, доцент, gladkov-80@mail. ru, Россия, Рязань, Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище имени генерала армии В. Ф. Маргелова,
Мочалов Виталий Васильевич, начальник учебной лаборатории, [email protected], Россия, Рязань, Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище имени генерала армии В. Ф. Маргелова
ACTUAL PROBLEMS OF TRAINING OF MECHANICS AND DRIVERS FOR MILITARY AIRBORNE UNITS
I.E. Kuschev, R. V. Gladkov, V. V. Mochalov
In this article the actual problems of training of mechanics of drivers for military units and military educational institutions of airborne forces on simulators of driving are considered.
Key words: Driving simulator, training devices, dynamic training, formation and maintenance of driving skills.
Kuschev Ivan Evgenievich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Ryazan, Ryazan higher airborne command school named after army General V.F. Margelov,
Gladkov Roman Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, gladkov-80@mail. ru, Russia, Ryazan, Ryazan higher airborne command school named after army General V.F. Margelov,
Mochalov Vitaly Vasilyevich, head of educational laboratory equipment, gladkov-80@mail. ru, Russia, Ryazan, Ryazan higher airborne command school named after army General V.F. Margelov
