CC BY
45
Оригинальная статья / Original article
УДК 621.86.032 : 62-526
DOI: 10.21285/1814-3520-2017-2-163-169
ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ПЕРСПЕКТИВНОЙ БУКСИРОВОЧНОЙ СИСТЕМЫ АВИАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ
© Д.Е. Дьяков1, Ю.В. Гусев2, Д.В. Лиховидов3, С.В. Дубец4
Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил
«Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», Российская Федерация, 394000, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54а.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. В данной работе проведено изучение тягового расчета при разработке унифицированных устройств буксировки воздушных судов. МЕТОДЫ. Неотъемлемой частью изучаемой проблемы является, прежде всего, влияние трансмиссии на динамику тягача, в результате чего буксировщику обеспечивается способность преодолевать максимальные для условий его эксплуатации внешние силы сопротивления движению. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Для достижения цели необходимо разработать аналитический метод определения нормальных реакций на ведущих колесах при работе аэродромной буксировочной системы, позволяющей передавать часть веса, приходящегося на переднюю стойку воздушного судна, колесам тягача. Изучены вопросы совместной работы двигателя и трансмиссии, приводящей к качению колеса по опорной поверхности, сопровождающемуся прямолинейным либо криволинейным перемещением буксировщика. ВЫВОДЫ. Таким образом, в проработке конструкции для осуществления буксировки воздушных судов необходимо тщательно подходить к прочностному и мощностному расчету для качественного функционирования буксировочной системы. Ключевые слова: буксировочная система, воздушное судно, трансмиссия, тяговый расчет, тягач.
Формат цитирования: Дьяков Д.Е., Гусев Ю.В., Лиховидов Д.В., Дубец С.В. Тяговый расчет перспективной буксировочной системы авиационных комплексов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 2. С. 163-169. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-2-163-169
TRACTION CALCULATION OF A PROMISING AIRCRAFT COMPLEX TOWING SYSTEM D.E. Diakov, Yu.V. Gusev, D.V. Likhovidov, S.V. Dubets
Military educational scientific center of Military and Air Forces "Military and Air Acad emy named after the Professor N.E. Zhukovskiy and Yu.A. Gagarin",
54a, Starykh Bolshevikov St., Voronezh, 394000, Russian Federation.
ABSTRACT. PURPOSE. The paper examines traction calculation in the development of unified aircraft tow vehicles. METHODS. The integral part of the problem under investigation is a transmission effect on tow vehicle dynamics resulting in the capability to overcome the external motion resistance forces maximum for tow vehicle operation conditions. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. An analytical method needs to be developed for goal achievement. It will determine normal reactions on the driving wheels under the aircraft tow system operation that enables to transmit a part of the aircraft nose gear weight to the wheels of the tow vehicle. The study is given to the problems of engine-transmission operation causing the wheel rolling along the supporting surface accompanied by a rectilinear or curvilinear movement of the tow vehicle. MAIN CONCLUSIONS. Thus, the design of the structure for aircraft towing implementation should meet the requirements of careful strength and power calculation to ensure qualitative operation of the towing system. Keywords: towing system, aircraft, transmission, traction calculation, tow vehicle
For citation: Diakov D.E., Gusev Yu.V, Likhovidov D.V., Dubets S.V. Traction calculation of a promising aircraft complex towing system. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no 2, pp. 163-169. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-2-163-169
1Дьяков Денис Евгеньевич, адъюнкт кафедры (автомобильной подготовки), e-mail: [email protected] Denis E. Diakov, Postgraduate student of the Department of Automotive Training, e-mail: [email protected]
2Гусев Юрий Владимирович, кандидат технических наук, доцент, начальник кафедры (автомобильной подготовки).
Yuri V. Gusev, Candidate of technical sciences, Associate Professor, Head of the Department of Automotive Training
3Лиховидов Дмитрий Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры (автомобильной подготовки), e-mail: [email protected]
Dmitriy V. Likhovidov, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automotive Training, e-mail: [email protected]
4Дубец Сергей Валерьевич, курсант учебного подразделения. Sergey V. Dybets, Cadet of a training unit.
Введение
Еще в 70-е годы ХХ века австралийские исследователи установили, что переход на дистанционное управление строительной машиной с выходом оператора за пределы кабины повышает ее производительность на 10-30% в зависимости от характера выполняемых технологических операций. Этот факт породил бум производства радиоуправляемых машин [1].
В основу разработок такой техники заложено отсутствие оператора в кабине и осуществление дистанционного управления процессом буксировки (рис. 1) [2].
Анализ патентных разработок иностранных государств показывает большой потенциал и разнообразие применения радиотехнических возможностей для средств буксировки воздушных судов.
Министерством обороны Российской Федерации (МО РФ) активно взят курс на реализацию инновационной политики государства. В рамках реализации проводимых реформ утвержден план деятельности Минобороны России на 2013-2020 гг., в котором заложены основы по созданию системы перспективных исследований и разработок для военно-научного комплекса.
В настоящее время имеются некоторые сложности при осуществлении данной деятельности. Они заключаются в том, что механизмы взаимодействия МО РФ и других федеральных органов исполнительной власти, Российской академии наук, высшей школы, государственных корпораций и фондов в целях эффективного использования инновационных разработок при создании перспективного вооружения требуют совершенствования. Разработка многофункциональных роботов влечет за собой значительное увеличение затрат, поэтому при создании данного типа устройств необходимо автоматизировать не управление самим роботом, а управление отдельными операциями, выполняемыми устройством, т.е. важно создавать не системы, а отдельные элементы средств дистанционного контроля и управления.
В общем случае системы радиоуправления делятся на две группы по типу передаваемых команд: дискретные и пропорциональные. Дискретные системы предназначены для включения и выключения различных устройств (например, освещения).
Рис. 1. Патентная разработка буксировщика с дистанционным управлением Fig. 1. Patent development of the remotely controlled towing vehicle
Вторая группа систем предполагают возможность плавного изменения какого-либо параметра модели пропорционально отклонению управляющего органа от нулевого (базового) состояния. Например, можно задать любые обороты двигателя (от нуля до максимальных), передвигая стик
(джойстик) газа из нижнего положения в верхнее.
Один из предложенных вариантов управления моделью какого-либо робото-технического комплекса наглядно показан на рис. 2.
Рис. 2. Схема дистанционного управления Fig. 2. Remote control scheme
Преимущества разрабатываемого малогабаритного буксировщика
Целью исследования является разработка перспективной аэродромной малогабаритной буксировочной системы дистанционного управления. Важно отметить, что основными исходными данными необходимо считать: массу воздушного судна (ВС), мощностные характеристики трансмиссии и состояние аэродромной поверхности.
Преимуществами разрабатываемого малогабаритного буксировщика являются:
- эффективность при минимальных размерах устройства и парковочного пространства;
- полный визуальный контроль за всеми частями самолета при буксировке, исключая возможность столкновения;
- унификация и аэромобильность, позволяющая использовать буксировочное
устройство для всех типов самолетов без переналадки и дополнительного оборудования;
- расширение функциональных возможностей устройства путем его оборудования высокотехнологичным дистанционным радиоуправлением, удовлетворяющим общемировым стандартам безопасности.
К перечисленному выше можно добавить, что возможности дистанционного управления позволяют использование такого устройства на зараженной местности для проведения эвакуации воздушных судов.
На рис. 3 изображен перспективный малогабаритный буксировщик воздушных судов с дистанционным управлением.
Методика разработки аэродромной малогабаритной буксировочной системы дистанционного управления
Неотъемлемой частью изучаемой проблемы является, прежде всего, влияние трансмиссии на динамику тягача, в резуль-
тате чего буксировщику обеспечивается способность преодолевать максимальные для условий его эксплуатации внешние
Рис. 3. Конструкция буксировочной системы Fig. 3. Towing system design
силы сопротивления движению. Аэродромная малогабаритная буксировочная система представляет собой сложное механическое устройство, что формирует достаточно трудный характер процесса взаимодействия шин буксировщика с опорной поверхностью и воздействие на нее сил, которые зависят от множества факторов, возникающих при работе колесного движителя [3].Сегодня имеется обширный материал по исследованию тяговых качеств тягачей, созданию тяговой механики и теории колесного движителя. Разработаны основные методы тягового расчета колесных машин, изучены вопросы совместной работы двигателя и трансмиссии, приводящей к качению колеса по опорной поверхности, сопровождающемуся прямолинейным либо криволинейным перемещением буксировщика.
Уравнение прямолинейного движения тягача по опорной поверхности с твердым покрытием подробно рассмотрено у А.Н. Мирошниченко, который утверждает, что в конечном счете при стационарном движении колес тягача оно (уравнение) приобретает вид уравнения тягового баланса [4]:
Рмо = Ъм + Рш + Рк + Ркр + Рп + Ра > (1)
где Fмо - сила, подведенная к ведущим колесам; Ffм - сила сопротивления качения; Fш - сила сопротивления воздуха; Fh - сила сопротивления подъему; Fкр - сила тяги на крюке; Fп - сила сопротивления в подвеске при колебаниях; Fa - сила инерции, при движении по абсолютно ровной дороге
^п = 0).
При разработке дистанционного устройства важным аспектом является анализ отклонения тягового усилия в корреляционной зависимости от нормальных реакций ведущих колес при работе аэродромной малогабаритной буксировочной системы, которая выполняет догрузку буксировщика за счет веса приходящегося на переднюю стойку буксируемого ВС при прямолинейном и криволинейном движении.
Особое значение имеет характер перераспределения величин нормальных реакций на колесах при оценке поперечной устойчивости буксировочной системы для формирования радиусов качения и, соответственно, изменения окружных сил на ведущих колесах. Распределение нормальных реакций по осям колес зависит как от конструктивных особенностей устройства, так и от условий его движения. Для
достижения цели необходимо разработать аналитический метод определения нормальных реакций на ведущих колесах при работе аэродромной буксировочной системы, позволяющей передавать часть веса, приходящегося на переднюю стойку ВС, колесам тягача. Для решения намеченных задач необходимо также учитывать и нормальные реакции дороги на ведущие колеса тягача при повороте.
В целом для буксировочной системы тягово-сцепные возможности колесного движителя количественно определяются суммой моментов сцепления ведущих колес с поверхностью качения5:
Мр = М(0лев + М(Опр ,
гтах рлев pup >
Мфлев = ^2пев " ^лев " гд>
М<р пр = R
Zop ■ ^пр ■ ГД
(2)
где Мртах - суммарный момент сцепления на ведущих колесах; Мфлев и флев - момент и коэффициент сцепления левого ведущего колеса с дорогой; Мфпр и фпр - момент и коэффициент сцепления правого ведущего колеса с дорогой; гд - динамический радиус колеса; Нгпев - нормальные реакции дороги соответственно на левом и правом колесах.
Уравнение (2) выражает такое требуемое распределение крутящих моментов по колесам автомобиля, при которым достигается полная реализация сцепных возможностей его движения. При этом наибольший суммарный момент Мртах, фактически реализуемый на ведущих колесах автомобиля и характеризующий его тя-гово-сцепные качества, в значительной степени зависит от нормальных реакций дороги на ведущие колеса, что не позволяет достигнуть теоретически возможного значения.
Великанов А.В. Повышение тяговых качеств аэродромных колесных тягачей: дис. ... канд. техн. наук. Воронеж, 1999. 176 с. / Velikanov A.V. Increasing traction qualities of airfield wheeled tractors. Candidate's Dissertation in technical sciences. Voronezh, 1999. 176 p. (In Russian)
Безразмерным критерием оценки качения колеса, учитывающим движущие силы и сопротивление, в теоретических аспектах движения машин принят коэффициент сопротивления качению fk.
В зависимости от типа и состояния опорной поверхности, а также режима качения колеса изменяется доля различных составляющих потерь. При качении ведомого колеса по асфальто- или цементобе-тонному покрытию 90-95% общих потерь составляют гистерезисные потери; 3-5 % -потери на трение шины об опорную поверхность; 2-3 % - потери на деформацию опорной поверхности (абсолютно твердых материалов не существует); остальные -это аэродинамические потери вращающегося колеса.
У ведущего колеса в тех же условиях потери возрастают, главным образом, вследствие трения в зоне контакта шины с опорной поверхностью, причем чем значительнее тяговый момент, тем больше потери. При тяговом моменте, равном половине максимального, они составляют около 50% всех потерь. А при максимальном тяговом моменте потери на трение шины в контактной зоне в несколько раз превышают ги-стерезисные потери. Величина приращения коэффициента сопротивления качению A/M ведущего колеса под действием тягового момента определяется по формуле
Мм =
м2
CxRzrt
(3)
где МТ - тяговый момент, Н м; Ст - тангенциальная жесткость шины, Н/м; ^ - нормальная реакция опоры, Н; гк - радиус колеса, м.
При движении колесной машины любого типа по горизонтальной твердой опорной поверхности величиной Afм можно пренебречь. Существенное значение эта составляющая имеет только при больших тяговых моментах, необходимых для движения колесных машин по плохим дорогам или на крутом подъеме. Сопротивление ведущих колес при этом возрастает на 1015% по сравнению с ведомыми.
Существует несколько выражений для расчета коэффициента сопротивления качению. Наиболее часто используют зависимость Гранвуанэ - Горячкина:
* = О'8® (4)
где k - коэффициент, характеризующий объемное сжатие поверхности, Н/м3; Dк, Ьш - соответственно наружный диаметр и ширина обвода колеса, м; Gн - (произведение давления штампа qш на ширину обвода колеса Ьш и расстояния I) значение нормальной нагрузки на колесо (грузоподъемность шины), Н.
Данная формула дает довольно точное значение расчета сопротивления качения, возникающего при буксировке ВС по различным типам аэродромных покрытий.
В ходе проведения экспериментальных исследований значительная роль отводится тягово-динамическому расчету, определениям значений сопротивления качению и рекомендациям по компоновке оборудования с учетом инерционности вращающихся масс трансмиссии машины при ее движении для оптимального распределения веса передней стойки на аэродромной малогабаритной буксировочной системе с дистанционным управлением. Исследования по уменьшению действия сопротивления на качение колеса по опорной поверхности, в том числе и опорным поверхностям, имеющим различный коэф-
фициент сцепления, в процессе буксировки воздушного судна имеют важный акцент.
Изучение источников литературы позволило обнаружить отличия представленной работы относительно ранее проводимых исследований. В ней немаловажным является анализ отклонения тягового усилия в корреляционной зависимости от нормальных реакций ведущих колес при работе аэродромной малогабаритной буксировочной системы, выполняющей догрузку буксировщика за счет веса, приходящегося на переднюю стойку буксируемого ВС при прямолинейном и криволинейном движении.
Особое значение имеет характер перераспределения величин нормальных реакций на колесах при оценке поперечной устойчивости буксировщика для формирования радиусов качения и соответственно изменения окружных сил на ведущих колесах. Распределение нормальных реакций по осям колес зависит как от конструктивных особенностей устройства, так и от условий его движения. Для достижения цели работы необходимо разработать аналитический метод определения нормальных реакций на ведущих колесах при работе аэродромной буксировочной системы, позволяющей передавать часть веса, приходящегося на переднюю стойку ВС, колесам тягача. Для решения намеченных задач необходимо также учитывать и нормальные реакции дороги на ведущие колеса тягача при повороте, с этой целью следует разработать метод их аналитического определения.
Заключение
Важно отметить, что в приведенных источниках достаточно глубоко рассмотрены многие вопросы тяговых свойств тягачей, и главной задачей является выбор правильной методики расчета. В частности, в проработке конструкции для осуществле-
ния буксировки ВС необходимо тщательно подходить к прочностному и мощностному расчету для качественного функционирования аэродромной малогабаритной буксировочной системы.
Библиографический список
1. Котровский М.Н., Тараканов А.Н. Дистанционно- ная промышленность. 2004. № 4. С. 2-4.
автоматизированное управление машинами // Гор- 2. Schieder J. Tugbot. Patent of USA,
по. 201202215393, 2012.
3. Кнорроз В.И., Петров И.П. Оценка сцепления автомобильного колеса с опорной поверхностью // Сб. трудов МАМИ. Москва, 1962. № 54. С.25-39.
4. Мирошниченко А.Н. Основы теории автомобиля и трактора. Томск: Изд-во Томского государственного архитектурно-строительного. университета, 2014. 490 с.
References
1. Kotrowski M.N., Tarakanov A.N. Distanczionno-avtomatizirovannoe ypravlenie mashinami [Remote automated control of machines]. Gornaya promyshlen-nost [Mining industry ]. 2004, no. 4. pp. 2-4. (In Russian)
2. Schieder J., Tugbot. Patent of USA, no. 201202215393, 2012.
3. Knorroz V.I., Petrov I.P. Oczenka sczepleniya avto-
mobilnogo kolesa s opornoi poverchnostiu [Evaluation of vehicle wheel traction on the supporting surface]. In "Sb. trudov MAMI"[MAMI Proceedings]. Moscow, 1962, no. 54. pp. 25-39. (In Russian) 4. Miroshnichenko A.N. Fundamentals Osnovy teorii avtomobilya i traktora. Uchebnoe posobie [The fundamentals of the theory of automobile and tractor. Textbook]. Tomsk, 2014, 490 p. (In Russian)
Критерии авторства
Дьяков Д.Е., Гусев Ю.В., Лиховидов Д.В., Дубец С.В. имеют равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Authorship criteria
Diakov D.E., Gusev Y.V., Likhovidov D.V., Dubets S.V. have equal authors rights and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interest
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
Статья поступила 14.12.2016 г.
The article was received 14 December 2016
