CC BY
20
УДК 629.076 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-197-203
ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ В СОВРЕМЕННЫЙ КУРС ВОЖДЕНИЯ БОЕВЫХ МАШИН ЭЛЕМЕНТОВ ВНЕЗАПНОСТИ
В.Ф. Васильченков, А.В. Калыгин
В настоящей статье говорится о актуальности исследования на предмет включения новых элементов или отдельных учебных площадок в новый Курс вождения боевых машин. На основе теории управления боевых колесных машин и эргономики обоснованы требования к обеспечению безопасности вождения в ходе освоения военной техники.
Ключевые слова: автодром и танкодром, скоростное маневрирование, элементы внезапности, предсказание, предвидение, образ движения.
В настоящей статье под элементами внезапности понимается поворот боевой колесной машины (БКМ) на высокой скорости точным намеренным углом поворота рулевого колеса с целью объезда внезапно появляющихся препятствий, в том числе на поле боя.
Существующая система подготовки военных водителей БКМ не претерпела с давних пор значительных изменений, хотя и учит тому, что необходимо на войне.
В современном быстротечном бою механику-водителю (МВ) часто придется действовать на незнакомой местности, на высокой скорости, с большой вероятностью неожиданного появления препятствий и заграждений таких как воронки, надолбы, минные заграждения, разрушения, поврежденная техника и вооружение, в результате появится необходимость быстро маневрировать, объезжать препятствия, действовать в условиях ограниченной видимости, ослепления, задымлений и поражающих факторов. В этих условиях должна проявить себя способность МВ к быстрому и точному маневру. По формуле (2. 3. 4. 7), МВ должен знать реакции машины и воспринимать их при воздействии на органы управления. МВ должен хорошо «чувствовать машину» и обладать психофизиологической стойкостью. Кроме того, МВ как член экипажа должен не только выбирать необходимый маршрут движения, но и докладывать командиру обстановку на поле боя и информацию о замеченных огневых средствах противника.
С точки зрения эргономики, деятельность МВ происходит в системе «механик-водитель - боевая машина - среда» (МВ-БМ-С). Механик-водитель должен обладать предсказанием и предвидением [1. 2]. Предвидение предполагает некоторое вероятностное явление, полученное в ходе движения, и анализ статистических данных, полученных в идентичных и аналогичных ситуациях в прошлом. МВ должен уметь применять их в конкретных ситуациях.
«Предвидение» определяется зрительной информацией относительно дороги и участков местности, полученной до момента достижения БКМ точки, своеобразно воздействующей на систему «механик-водитель - боевая машина» (МВ-БМ). Эта точка, на которой МВ сосредоточивает взгляд. Расстояние до нее зависит от организации рабочего места МВ, скорости ее определения и обученности. Эта пара, МВ и точка сосредоточения взгляда механика-водителя, движется как единое звено. При этом ему помогает сформированный в процессе обучения и практики «образ движения», полученный в ходе освоения вождения. Механик-водитель включает этот образ и воздействует на органы управления, зная чувствительность БКМ и предвидя ее стабильное положение на местности через какое-то время. Таким образом, этот маневр должен включать значительное время упреждения и точную реакцию МВ.
Будучи зависимыми друг от друга, участвуя одновременно в повышении эффективности управления и безопасности движения, понятия «предсказание» и «предвидение» различны друг от друга и в тоже время едины, так как первое определяется подготовленностью, опытом и мастерством, второе - активностью МВ.
В связи с ограниченной возможностью человеческой памяти нельзя представить себе, что в мозгу МВ существует множество различных «образов движения». Можно предположить, что только важные и необходимые элементы, касающиеся «образа движения», хранятся в памяти длительное время, и МВ собирает единый «образ» из составных частей, когда необходимо. Какие «образы движения» следует формировать - это задача настоящего исследования. Она должна отражать теоретическую и экспериментальную основу работы. Можно с некоторой долей сомнения утверждать, что существующая система подготовки МВ этому не учит.
В то же время подобная система подготовки военных водителей в США предусматривает оснащение не только элементами, аналогичными нашим, в соответствии с Курсом вождения боевых машин (КВБМ) [3. 4. 5], но и на автодромах и танкодромах оборудуются площадки с оврагами, воронками, заграждениями, минными устройствами, создаются условия для ослепления и задымления. На площадках постоянно организуются взрывы, создаются новые воронки. Мы предлагаем такие же условия на современных автодромах, танкодромах и добавляем новые элементы выхода из заноса в результате маневра «рывок руля». Обучающиеся должны самостоятельно обходить эти препятствия на высокой скорости, при этом МВ, как и члены экипажа, постоянно должен докладывать командиру обстановку.
В качестве обучающего элемента мы предлагаем переработанный вариант известных маневров типа «переставка», «объезд внезапно возникшего препятствия», «быстрый маневр с возвращением БКМ в свою полосу движения» или заданный маршрут на пересеченной местности (рис. 1).
Рис. 1. Варианты объезда автомобилем (боевой машиной) внезапно возникшего
препятствия
□ □□□□□
Рис. 2. Схема участка местности в качестве учебной площадки «быстрый маневр» с траекториями движения автомобиля (боевой машиной) и параметрами оценки
качества навыка управления
198
В настоящем исследовании выполнялся предварительный эксперимент с задачей - установить актуальность исследования на предмет включения нового элемента или отдельной учебной площадки в новый Курс вождения боевых машин. В эксперименте БКМ двигалась к развилке полос движения. В точке А включалось направление движения: прямо, налево, направо или останавливаться. Это расстояние - ми-
нимально безопасное расстояние постепенно уменьшалось до тех пор, пока МВ не справлялся с маневром, изменялась и скорость до предельно максимальной устойчивости поворота. Названные два параметра принимались как оценочные факторы обучения. Учитывались также выезд за пределы полосы и чистота маневра, которая оценивалась характером изменения траектории движения после объезда.
Когда МВ поворачивал рулевое колесо БКМ, рулевой привод не реагировал в следствие упругости рулевого привода и шин мгновенно (рис. 3). Необходимо было определенное время для того, чтобы поворот достиг установившегося состояния. Эта задержка рассматривалась как «время реакции» в переменах угла поворота рулевого колеса и изменялась с помощью гироскопического датчика угла поворота БКМ.
Сш
а.
Ми
О.РТ1 0.РТ2
СРЛ СРТ2 | Л^Ч
МгР2
м сь
Ма
Сш
]рй МРГ,
Рис. 3. Упругая модель рулевого управления
С точки зрения теории управления, поворот рулевого колеса рассматривался как «вход» в систему управления машиной, поворот машины - как «выход».
При этом время поворота рулевого колеса Трк составляет:
Т = 1 рк Ж
Орк а
ук 1ру Ж г
(1)
рк рк
где Орк, ОуК - соответственно углы поворота рулевого колеса и управляемых колес,
рад; Жрк - угловая скорость поворота рулевого колеса, с-1; гру - передаточное число
рулевого управления.
Связь между средним углом поворота управляемых колес и углом поворота рулевого колеса учитывает упругость привода и имеет вид:
где
Л ■ г2 • С
I ру ру р
а рк г ру
Оук Мшкв
1
1
• 2 -2 л ру ■ ?ру ■ Срк 1 ру ■ Срк
(2)
/ 2 ■ С
I ру ' ру ~ ру ру ^ ру
суммарная податливость рулевого управления со сторо-199
1
1
ны управляемых колес, Н • м ] ру , Сру - коэффициент полезного действия и жесткость рулевого управления, Н • м 1; \ру - передаточное число рулевого привода; Мшкв - момент на шкворнях управляемых колес, Н • м.
Как видно, увеличение нормальной нагрузки на колеса при повороте вследствие действия центробежной силы и момента влияет на податливость рулевого управления и изменяет время реакции БКМ на поворот. Для МВ изменение времени реакции может быть неожиданным - этот факт МВ должен предвидеть и быть этому научен.
В целом под временем реакции машины в системе МВ - БКМ, следует понимать задержку угловой скорости поворота БКМ от угла поворота рулевого колеса (рис. 4).
ПЕРЕРЕГУЛИРОВАНИЕ «ЗАБРОС» СО у
0,95
0,632 си
,, Время, с
ПЕРЕХОДНЫЙ ПРОЦЕСС
Рис. 4. Переходный процесс поворота колесной боевой машины с учетом задержек в системе управления поворотом
По поводу подходящей реакции для МВ существуют различные мнения. Так, Э.С. Цыганков [6. 7] заявляет, что «реакция любого устройства, управляемого человеком, должна быть быстрой».
Действительно, если БКМ имеет маленькое время реакции по сравнению со временем БКМ, механик-водитель не в состоянии совершать правильно ответные действия. Хорошим результатом получится соответствие совмещаемых реакций механика-водителя и БКМ. Так как МВ является интегральной частью системы «МВ-БКМ-С», то единственный путь решения проблемы освоения вождения МВ, умение чувствовать БКМ особенно при быстром повороте, когда так важно время реакции механика-водителя Тв и машины Тм.
Таким образом, для компенсации запаздывания системы управления и в целом, поворота шасси машины, механик-водитель должен поворачивать рулевое колесо или другой орган управления с точно намеренным упреждением. С точки зрения восприятия МВ поворота БКМ достаточно, чтобы при поворотах управляемых колес на угол Qук скорость изменения углового отклонения Ж/ продольной оси БКМ, которую
воспринимает МВ соответствовала формуле:
Жг= Е • Q ук, (3)
где V- скорость машины, м • с-1; Е- расстояние до препятствия, м; Qук - угол поворота управляемых колес, рад.
Скорость изменения У координат бокового отклонения машины У от препятствия, которую воспринимает МВ, пропорциональна углу отклонения поворачивающейся машины р, так что:
У = V -ф, (4)
Двойным интегрированием находим связь между угловым и боковым отклонением:
ф = ^ (а-йг, (5)
V 2
У = —\\odt - йг, (6)
Е
Как видно, для оценки углового и линейного отклонения машины от препятствия (в нашем исследовании от края воронки) необходимо время. Это то, что здесь названо «временем реакции» системы «механик-водитель - боевая машина». Следует также иметь ввиду, что при вождении БКМ и учитывая факторы (изменения давления воздуха в шинах, изменения нормальных нагрузок из-за развесовки машины) последняя проявляет избыточную или недостаточную поворачиваемость. Таким образом, реакции БКМ при неправильном маневрировании могут быть неожиданными для МВ. Так, чувствительность к управлению БКМ с недостаточной поворачиваемостью имеет зависимость:
Жг = V Г п " 4 ^
О ук ' ру - Ь
0 ук+ (у V )+а
несоотв
(7)
°ук
где Ь - база машины (расстояние между передними и задними колесами) м; VI, V2 -угол увода передних и задних колес; анесоотв - влияние углов установки управляемых
колес, зависит от схем управления машиной.
Когда МВ движется до поворота, он улавливает основные признаки поворота раньше, чем включает так называемый «образ движения» - это способствует уменьшению времени реакции. Но как только система «человек-машина» достигнет расстояния 5, (рис. 1) - это должно проявлять себя как сигнал на начало поворота.
Исходя из ранее приведенных зависимостей, можно представить себе, что величина (рис. 1) зависит от условий движения , рефлекторных характеристик МВ и управляемости БКМ. Это расстояние образно как бы движется (в зависимости от скорости) впереди БКМ и, когда препятствие попадает внутрь дистанции «образ движения» должен быть собран, организован и своевременно включен. Этот «образ движения», собранный из элементов предсказания и предвидения, требует образования в памяти МВ блока его хранения, что обеспечивается соответствующей тренировкой.
Очень сложным является и вторичный маневр (рис. 2) по восстановлению заданного курса движения после объезда препятствия. Это маневр характеризуется колебательностью,
Г А2. + Аз + Ап + 2 Л
С = ^ А1 А2--100% (8)
N
где А - амплитуда колебания, м; N - число полупериодов колебаний и демпфированием D, % так что
В =
1 ^2Л
V у
-100%, (9)
где , - угловые скорости колебаний автомобиля, с-1.
201
Внешним проявлением подготовленности и психофизиологической стойкости МВ в этой экстремальной ситуации является:
ДО, 8Уп - минимальная дистанция безопасности, необходимая для объезда
неожиданного препятствия, а также коэффициенты С и D, характеризующие точность управляемых действий и устойчивость поворота.
Следует ожидать, что машины с увеличенной базой, с большим значением Ь и передаточных чисел рулевого управления г ру обладают меньшей чувствительностью к
повороту и наоборот.
По расчетам на примере военных и боевых колесных машин время реакции различается по конструктивным и эксплуатационным причинам и составляет 0,45... 0,8 с.
Угол поворота управляемых колес Оук будет откорректирован после завершения экспериментов.
Следует экспериментально проверить и точность при подходящих для МВ и БКМ значений С и D.
В наших теоретических и экспериментальных исследованиях с точки зрения теории управления боевыми колесными машинами и эргономики обоснованы требования к обеспечению безопасности вождения боевых колесных машин, и на этой основе необходимость корректирования современных Курсов вождения боевых машин.
Список литературы
1. Васильченков В.Ф. Совершенствование методов и средств подготовки водителей армейских машин на основе исследования показателей работоспособности в системе "водитель-автомобиль-дорога". Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. ВОЛАТТ. Ленинград, 1979. 304 с.
2. Васильченков В.Ф. Автомобильная эргономика как научная и учебная дисциплина об управлении в системе «водитель-автомобиль-дорога» и как методология исследования: монография. Рязань. РВАИ, 2005. 160 с.
3. Курс вождения боевых и специальных машин Воздушно-десантных войск. Изд. 2-е, испр. и доп. М.: МО РФ, 2017.
4. Курс вождения боевых и специальных машин воздушно-десантных войск. М.: Красная звезда, 2012.
5. Курс вождения боевых и специальных машин сухопутных войск (КВБСМ СВ-2011). М.: Воениздат, 2014.
6. Цыганков Э.С. 120 приемов контраварийного вождения. М.: Престиж книга: РИПОЛ классик, 2006. 320 с.
7. Цыганков Э.С. Исследование и разработка методов повышения надежности водительско состава: дис. ...канд. тех. наук. М.: МАДИ, 1981.
Васильченков Василий Федорович, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Рязань, Рязанское гвардейское высшее воздушно-десантное ордена Суворова дважды Краснознаменное командное училище имени генерала армии В. Ф. Маргелова,
Калыгин Александр Владимирович, гвардии майор, адъюнкт, aleksandrkalyginl3@ mail.ru, Россия, Рязань, Рязанское гвардейское высшее воздушно-десантное ордена Суворова дважды Краснознаменное командное училище имени генерала армии В. Ф. Маргелова
JUSTIFICATION OF THE NEED TO INCLUDE ELEMENTS OF SURPRISE IN THE MODERN COURSE OF DRIVING COMBAT VEHICLES
V.F. Vasilchenkov, A.V. Kalygin
The article discusses the relevance of the study for the inclusion of new elements or individual training sites in the new - Course - driving combat vehicles. On the basis of the theory of control of combat wheeled vehicles and ergonomics, the requirements for ensuring the safety of driving during the development of the military technicians.
Key words: motor racing and tank racing tracks, high-speed maneuvering, elements of surprise, prediction, foresight, movement image.
Vasilchenkov Vasily Fedorovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Ryazan, Ryazan Guards Higher Airborne Order of Suvorov twice Red Banner Command School named after General of the Army V.F. Margelov,
Kalygin Alexander Vladimir ovich, guard major, adjunct, aleksan-drkalygin13@,mail.ru, Russia, Ryazan, Ryazan Guards Higher Airborne Order of Suvorov twice Red Banner Command School named after General of the Army V.F. Margelov
УДК 623.437 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-203-213
МОДЕЛИРОВАНИЕ УДАРНО-СИЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИЗЕМЛЕНИЯ ПАРАШЮТНОЙ ПЛАТФОРМЫ С ВОЗДУШНЫМИ АМОРТИЗАТОРАМИ
С.С. Волков, А.В. Янкавцев, И.И. Бухтояров
В работе выявлено возможное уменьшение давления в воздушных оболочках амортизаторах парашютных платформ при их сдавливании в зависимости от их исходной формы. Показано, что действие амортизаторов цилиндрической формы эффективно при исходной высоте цилиндра меньше его диаметра. Экспериментальные испытания платформы со снаряженной массой 18 тонн показали концентрацию силовых напряжений на швах стенок с верхней плоскостью цилиндрических оболочек.
Ключевые слова: десантирование, парашютная платформа, воздушный амортизатор, форма, давление система, задача Коши, преобразование Лапласа, воздушная амортизация.
При десантировании многотонных грузов и бронетехники основной проблема снижения ударных нагрузок, воздействующих на десантируемый груз при приземлении, до уровня допустимых значений становится главной. Это решается несколькими путями: снижением скорости движения парашютной системы при приземлении путем увеличения площади купола (куполов), повышением ударостойкости десантируемых объектов, уменьшением величины ускорения торможения при ударе [1, 2]. В соответствии с теорией удара нужно увеличивать длительность ударного импульса, приближая при этом силу воздействия к средним значениям за время удара [3]. Наиболее распространенным техническим решением при этом является использование устойчивых парашютных платформ в качестве единого защитного основания для десантируемой техники и грузов с воздушными амортизаторами в виде мягких тканевых цилиндрических оболочек с жесткими основаниями, исходно компактно упакованных внутри складной платформы [4-6]. Под действием усилия в подвесной системе, созданного при наполнении парашютной системы, складная платформа разворачивается, тканевые оболочки освобождаются, разворачиваются под действием веса их оснований и наполняются
203
