"СОЗДАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ГЛИССИРУЮЩЕГО СНЕГОХОДА-АМФИБИИ"

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования

 «Центр внешкольной работы»

Юридический адрес: 629001, Ямало-Ненецкий автономный округ, г.Салехард ул. В. Подшибякина, д.53

Фактический адрес: 629003, ЯНАО, г. Салехард ул. Маяковского, д.26; тел./факс [phone]; 4-23-03;

E-mail:[e-mail],ОКПО 39346387, ОГРН 1028900508636, ИНН8901006845, КПП 890101001

Куманёв Егор

Сергеевич

Название работы	«Создание экспериментальной модели глиссирующего снегохода-амфибии»
Секция	«Инженерные науки в техносфере настоящего и будущего» 2(С) «Транспортные машины, системы и оборудование»
Образовательное учреждение	Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования "Центр внешкольной работы"
Класс	11
Ф.И.О. руководителя организации	и. о. директора Куготова Татьяна Анатольевна
Ф.И.О. научного руководителя, должность, телефон	Доронин Александр Владимирович, педагог дополнительного образования, 89678942640

С порядком проведения конференции, правилами оформления докладов и документов ознакомлен(а).

Подпись участника______________________________

Дата___________________

Содержание

1. Краткая аннотация ………………………………………………...........................................5
2. Аннотация…………………………………………………………..........................................6
3. Описание работы:

3.1   Теоретическая часть……………..…………….......................................................................7

3.2   Практическая часть……………………………….................................................................9

4. Заключение………………………………………………………..........................................10
5. Литература………………………………………………………...........................................11
6. Приложения.............................................................................................................................12

«Создание экспериментальной модели глиссирующего снегохода-амфибии»

Куманёв Егор Сергеевич

Ямало-Ненецкий автономный округ, город Салехард

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования

"Центр внешкольной работы", 11 класс

Summary

The need to create a universal amphibian for the territories of the Far North, the Far East and the Arctic region comes from its vast territories with a large number of settlements located along the banks of various reservoirs, where for most of the year the communication is hampered by harsh climatic conditions. However, at present, enthusiasts with insufficient education, production facilities, hands and resources are engaged in this. As a result, their projects are characterized by an insufficient level of theoretical elaboration.

«Создание экспериментальной модели глиссирующего снегохода-амфибии»

Куманёв Егор Сергеевич

Ямало-Ненецкий автономный округ, город Салехард

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования

"Центр внешкольной работы", 11 класс

Краткая аннотация

Необходимость создания универсальной амфибии для территорий Крайнего Севера, Дальнего Востока и Заполярья исходит из ее обширных территорий с большим количеством населенных пунктов, расположенных по берегам различных водоемов, где большую часть года сообщение затруднено суровыми климатическими условиями. Однако, в настоящее время этим занимаются преимущественно энтузиасты с недостаточным образованием, производственной базой, рабочих рук и количеством ресурсов. Вследствие чего, их проекты характеризуются недостаточным уровнем теоретической проработки.

Цель:

Создание экспериментальной модели глиссирующего снегохода-амфибии (ГСА), для подтверждения наиболее эффективной работы выбранной конструкции днища ГСА при движении по снегу и водной поверхности.

\

«Создание экспериментальной модели глиссирующего снегохода-амфибии»

Куманёв Егор Сергеевич

Ямало-Ненецкий автономный округ, город Салехард

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования

"Центр внешкольной работы", 11 класс

Аннотация

Цель:  создание модели глиссирующего снегохода-амфибии (ГСА) для проверки работоспособности выбранных инженерных решений в модели ГСА при движении по снегу, льду и водной поверхности.

Задачи: сбор теоретической и практической информации о ГСА, анализ собранной информации,  выбор формы опорной поверхности на основе собранной информации, создание 3D-модели и чертежей ГСА., компоновка модели ГСА, выбор расположения кабины, винтомоторной установки и рулей,  проведение испытаний и анализ полученных результатов.

Гипотеза:

Исходя из выбранной формы опорной поверхности, ГСА имеет высокие ходовые качества при движении по воде и по снегу.

Основные методы работы:

Теоретические (изучение и анализ литературы по гидродинамике и конструированию ГСА) и эмпирические (проведение испытаний ГСА и наблюдение).

Основные источники:

Научно-популярная литература, учебные пособия для конструкторов ГСА, интернет – ресурсы.

Вывод: в результате изучения теоретической части проектирования опорной поверхности  ГСА, удалось выбрать оптимальную конструкцию обводов корпуса, которая в результате испытаний показала хорошие ходовые качества, что обеспечивает работе дальнейшее развитие.

«Создание испытательной модели глиссирующего снегохода-амфибии»

Куманёв Егор Сергеевич

Ямало-Ненецкий автономный округ, город Салехард

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования

"Центр внешкольной работы", 11 класс

Описание работы

Теоретическая часть

 Моделирование движения ГСА по разным средам и способы улучшения ходовых характеристик

Один из режимов движения ГСА (глиссирующего снегохода-амфибии) - глиссирование.  Глиссирование — это движение по воде, при котором предмет удерживается на её поверхности только за счёт скоростного напора среды, т.е. он скользит по поверхности.

Учитывая, что задачей данной работы является создание модели глиссирующего снегохода-амфибии (ГСА), которая будет испытываться в движении по снегу и водной поверхности, повышенное внимание в работе будет уделяться описанию опорной поверхности модели, т.е. поверхности днища.

Возможность исследования движения ГСА по снегу, разработка оптимальной формы днища и ряд других проблем во многом определяется наличием адекватной модели деформации снега. Если с водной средой движения ГСА у конструкторов не возникает разногласий, то на счёт снежной среды такого сказать нельзя. Практика показала, что поведение снега при деформации наиболее точно описывается моделью неньютоновской жидкости.

Также очень важен выбор подходящего материала опорной поверхности, т.к. при движении на опорную поверхность может налипнуть снег, а при стоянке машина может просто примёрзнуть. Практика показывает, что наиболее подходящими являются опорные поверхности из фторопластов и полиэтилена низкого давления (). Опорные поверхности из дюраля (Д16АТ) и углеродистой стали (УС) являются гораздо менее подходящими материалами, вследствие более высокого коэффициента трения при движении по снегу, а также повышенной склонности к примерзанию после длительной стоянки, потому не должны применятся для ГСА.

После выбора модели поведения снега и материалов опорной поверхности необходимо отметить некоторые особенности управляемости ГСА при движении.

Первой составляющей управляемости ГСА является путевая устойчивость. Как показали исследования, устойчивость ГСА во всём диапазоне скоростей хорошая, если:

- правильно выбрана центровка машины по длине и высоте (последнее необходимо для обеспечения устойчивости на склонах и волнах);

- обеспечено достаточное значение тяговооружённости (отношение тяги к массе);

- установлены коньки-подрезы на днище, которые при движении по воде также могут играть роль плавников. Однако, необходимо отметить, что попадание конька-подреза в трещину во льду приводит к резкому падению управляемости.

Второй составляющей управляемости ГСА является поворотливость. Обычно она характеризуется скоростью движения при повороте и радиусом поворота. Чем выше допустимая скорость и меньше радиус, тем поворотливость лучше. Для глиссирующих судов радиус поворота рекомендуется обеспечивать в пределах 10-15 длин корпуса. Это может быть достигнуто за счёт:

- установки плавников (они же коньки-подрезы) таким образом, чтобы на них приходилось 75% всей нагрузки, т.е. необходимо устанавливать на днище под грузовым отсеками, кабиной. Увеличение длины до размеров всего корпуса неприемлемо из-за падения путевой устойчивости;

- установки продольных реданов;

- повышения скорости движения (с учётом рельефа среды движения);

 - увеличение площади пера руля или угла его отклонения (не более 30-35 градусов из-за роста сопротивления руля воздушному потоку, идущему от винтов);

- срезание киля в кормовой части, что сдвинет площадь погруженной части днища к носовому отсеку.

Анализ обводов корпуса ГСА

Обеспечение оптимальных условий эксплуатации ГСА прежде всего стоит описывать путём оптимизации обводов опорной поверхности его корпуса, непосредственно контактирующей со снежной и водной средами.

Для обеспечения снегоходных качеств ГСА обводы должны иметь лыжеобразную глиссирующую поверхность вдоль центрального киля. Известно, [4] что такая лыжа позволяет создать на небольшом участке днища значительную гидродинамическую подъёмную силу и повысить мореходность корпусов. Такие обводы обладают большинством достоинств вогнуто- и выпукло-вогнутых обводов. При этом не рекомендуется сохранять выпуклость до транца (кормовая часть), т.к. это приводит к подъёму брызговых струй, и замыванию бортов что несколько снижает ходовые качества.

Однако, наилучшим вариантом будут являться обводы ГСА, выполненные на основе комбинаций выпукло-вогнутых форм и обводов кафедрал в одно целое с лыжеобразной глиссирующей поверхностью по всей длине днища вдоль центрального киля.

Всё вышеописанное указывает на то, что наиболее подходящими являются обводы ГСА В.Г. Осташова (рис 2).

Выбор формы днища корпуса ГСА

- В качестве материала корпуса модели будет применён пенополистирол, более доступный материал.

- Опорная поверхность изготовлена в виде монолыжи, которая будет выступать на несколько миллиметров, и боковые кромки будут выполнять роль продольных реданов. Обводы корпуса представляют собой комбинацию выпукло-вогнутых и обводов "кафедрал".

- Носовая часть будет иметь закругление.

В модель добавлено ограждение винтомоторной группы для обеспечения безопасности при проведении испытаний.

3D модель ГСА выполнена в программе трёхмерной анимации "Cinema 4D". На основе которой изготовлены чертежи будущей модели в системе автоматизированного проектирования  "Компас 3D".

Практическая часть

Создание модели осуществлялось в два этапа.

Первый этап - создание корпуса ГСА. Он выполнен из пенополистирола. Процесс изготовления корпуса осуществлялся на фрезерно-копировальном станке CNC-S1325-7.5, для получения симметричных обводов, точно соответствующих чертежам, после чего обводы дополнительно обработаны мелкой наждачной бумагой. К поверхности монолыжи приклеена пластмассовая пластина для улучшения скольжения по снегу, изготовленная при помощи лазерного комплекса. В корпусе вырезаны отсеки для размещения оборудования радиоуправления.

Второй этап - изготовление моторамы (элемент крепления мотора), рулей управления и защиты винта, вырезанные на лазерном комплексе.

Винтомоторная группа состоит из электродвигателя PowerHD 3530 – 1380KV и воздушного винта 8х4.

Оборудование радиоуправления: приёмник, регулятор оборотов, серво- машинка (элемент управления рулями) и передатчик SPECTRUMDX-6i частота 2,4 ГГц.

- Кабина выполнена на фрезерно-копировальном станке CNC-S1325-7,5.

После сборки модели и проверки работы радиоуправления и силовой установки проведены испытания на рыхлом и неровном снегу. В результате испытаний выяснилось, что: при малой скорости у модели ГСА было затруднено движение, однако при увеличении скорости вращения винта модель «всплывала» на монолыжу, вследствие чего площадь опорной поверхности, а соответственно и сопротивление - уменьшалось и в результате ходовые качества возросли.

К сожалению, из-за зимнего времени года провести испытания модели ГСА на воде не представилось возможным.

Заключение

В результате проведённых испытаний, модель показала хорошие ходовые качества.

Выбранная конструкция и форма обводов днища ГСА, с опорой на монолыжу, работают в соответствии с теоретическими выводами. Возможны конструктивные доработки данной модели, для улучшения эксплуатационных качеств.

Список используемой литературы

1. Мигиренко Г.С., Сбоев В.В., Осташов В.Г. и др. Некоторые особенности универсальных глиссирующих средств//Проблемы динамики механических систем: Сб. трудов НЭТИ (нынешний НГТУ) – Новосибирск, 1985. – С. 22-29.

2. Мигиренко Г.С., Осташов В.Г. Устойчивость продольного движения универсальной глиссирующей поверхности//Управляемые механические системы: Сб. трудов ИПИ. – Иркутск, 1985. – С 23-28.

3. Мигиренко Г.С., Осташов В.Г. Управление движением универсальных глиссирующих аппаратов// Гидродинамика больших скоростей: Сб. трудов КПИ. – Красноярск, 1986. – С. 170-175.

4. Мордвинов Б.Г. Справочник по малотоннажному судостроению – Л.: Судостроение, 1988. С 576.

Интернет источник

1. Глиссирование// http://ru.wikipedia.org/wiki/.

.

Приложение

Рис. 1. Профили обводов

 

Рис. 2. Теоретический чертёж ГСА "Карибу"

 

Рис. 3. Процесс создания физической модели ГСА "Карибу"

 

Рис. 4. Сборочный чертёж ГСА "Карибу"

 

Рис. 5. Анимационная модель ГСА "Карибу"

 

Рис. 4. Анимационная модель ГСА "Карибу"

Рис. 6. Модель ГСА "Карибу"