РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АЭРОСАНЕЙ

Проектирование аэросаней следует начинать с расчета основных характеристик, позволяющих судить о ходовых и эксплуатационных качествах. Но для этого необходимо иметь тактико-технические требования (ТТТ) на данную машину. Они и закладываются в основу расчета. Предположим, что ТТТ сводятся к следующему:

1. Аэросани должны обладать хорошей проходимостью при дорожных условиях средней трудности.

2. Желательная нагрузка — 100 кг без водителя.

3. Мы хотим иметь сани закрытого типа, с отапливаемым корпусом, удобным размещением сидений, свободой входа и выхода, тепло- и звукоизоляционной обшивкой.

4. Дальность хода их без дозаправки топливом — не меньше 100 км.

На основании этих данных производим расчеты характеристик.

Степень проходимости аэросаней характеризуется отвлеченным коэффициентом качества — «К». Чем он больше, тем выше проходимость машины. Для серийных аэросаней К = 0,24. Этот коэффициент определяется по формуле:

К=Т/С1х

где Т — тяговое усилие, развиваемое воздушным винтом при работе на месте, C1x — полный ходовой вес.

Из этой же формулы можно найти:

Т = C1x · К или C1x = Т/К

Величину тягового усилия воздушного винта получим по формуле Т = N • 3,5, где N — мощность двигателя в л. с., а 3,5 — величина удельной тяги (тяговое усилие в кг, приходящееся на одну л. с.).

Мощность двигателя. Обычно аэросани делаются под имеющийся двигатель, мощность которого известна. Для одноместных аэросаней (рис. 1) она должна быть не менее 10—12 л. с., для двухместных — не менее 20 л. с.

Наиболее подходят двигатели М-61, М-62, К-750 — по 28 л. с. Для увеличения ресурса работы расчет ведется на мощность, равную 85% мощности двигателя. Тогда имеем: 0,85 N дв=0,85 · 28=23,78 (округленно— 24 л. с.). По приведенной выше формуле определяем величину тяги: Т = 24 • 3,5 = 84 кг. Зная эти величины, находим полный ходовой вес аэросаней: C1x = Т/К= 84/0,24=350 кг.

Влияние материала подошв лыж на качество. Формула качества не учитывает сопротивления движению, которое снижается при применении новых материалов — пластиков. Они имеют пониженный коэффициент трения о снег по отношению к углеродистой стали, коэффициент которой принимается за исходную величину (см. таблицу 1).

Таблица 1

Таким образом, если вы покроете подошвы лыж полиэтиленом, вес машины — при сохранении величины качества — может быть увеличен.

С1х= 350/0,735= 476 кг.

Вес конструкции обычно составляет 45—50% от ходового веса. Для удобства принимаем его равным 50%. Тогда

C1x = (476х50)/100= 238 кг.

Коммерческая нагрузка согласно ТТТ будет 180 кг (водитель — 80 кг, пассажир — 80 кг и личный груз — 20 кг).

Запас топлива и масла

C1гap. = С1х - (238 + 180) = 476 - 418 = 58 кг.

10% топлива идет как аварийный запас и в расчет не принимается, 5% веса — масло для смазки двигателя.

Тогда расчетный вес горючего будет:

Р = 58х0,85 = 49,3 ≈ 50 кг.

Дальность хода аэросаней подсчитывается, исходя из режимов работы двигателя, которые по времени распределяются:

1) на максимальной мощности—15%,

2) на расчетной эксплуатационной — 80%,

3) на малом газу, на стоянках—5%.

Средний часовой расход топлива по кривым характеристик двигателей:

1) 28х0,320 = 8,95 = (8,9х15)/100 = 1,34 кг/час,

2) 24х0,275 = 6,9 = (6,9х15)/100 = 5,5 кг/час,

3) 10х0,250 = 2,5 =(2,5х15)/100 = 1,25 кг/час.

Числа 0,320; 0,275 и 0,250 — расход топлива в граммах на л. с. в час по указанной мощности.

Тогда Gсум.≈8,0 кг/час.

Запаса топлива хватит для работы двигателя на 6 час. По ТТТ дальность была задана =100 км При этом скорость — V = 100 : 6 = 16,5 км/час.

Практика эксплуатации показывает, что средняя скорость составляет 35—40 км/час. Если принять ее равней 35 км/час, то возможная дальность хода будет: 35х6 = 210 км.

Далее следует решить схему моторной установки. При передаче без редуктора воздушный винт будет работать на 4000—6000 об./мин. По условию ограничения окружной скорости на концах лопастей его диаметр 1,1 — 1,2 м. При передаче через редуктор диаметр можно увеличить, это выгодно, так как возрастет тяговое усилие. Для расчета берем установку трансмиссии с коробкой передач. При этом сохраняется механизм сцепления, позволяющий отключать винт, не останавливая двигатель. Принимаем диаметр винта равным 2 м. Число оборотов 2500 об./мин для винтов с деревянными лопастями и 2800 для винтов с металлическими.

Определение ширины аэросаней. Зная диаметр винта, определяем габаритную ширину машины. Она должна быть больше диаметра на 50—100 мм. Габарит аэросаней по ширине будет 2,050 мм.

Расчет размеров лыж. Рекомендуемое удельное давление на снег р = 600 кг на квадратный метр площади. При весе аэросаней 476 кг площадь лыж S = 476 : 600 = 0,8 м. Принимая трехлыжную схему, определяем площадь каждой лыжи: 0,8: 3= 0,267 м². При длине рабочей (соприкасающейся со снегом) поверхности, равной 1,65 м, имеем ширину лыжи:

0,267:1,65=163 мм.

Колея аэросаней определяется расстоянием между осями лыж. Она будет 2,050 - 0,16= 1,890 мм.

База аэросаней. Для хорошей устойчивости необходимо обеспечить соотношение размеров колея /база l/b = 1890:0,65 = 2900 мм, или, округляя, 3 м.

Клиренс аэросаней. Это расстояние от низшей точки корпуса до поверхности снега должно быть не менее 300 мм.

Размеры по оси винта. Зная величины клиренса — 300 мм и диаметр воздушного винта, определяем расстояние от земли до оси двигателя: 2000 : 2 + 300 + 50 = 1350 мм, где 50 мм — расстояние от конца лопасти до нижней поверхности корпуса.

Компоновка аэросаней. Получив основные размеры, можно приступить к компоновочному чертежу (рис. 2), при этом необходимо стремиться максимально снизить центр тяжести, располагая все это возможно в нижней части корпуса. Нельзя допускать, чтобы центр тяжести по высоте был больше b/2. Это позволяет сделать угол между линиями, проведенными из центра тяжести (ЦТ) к наружным кромкам лыж, равным 90°. Чем больше этот угол, тем лучше устойчивость аэросаней. Центр тяжести по длине должен располагаться так, чтобы нагрузка на лыжи была равномерной и равной 476:3=159 кг. Центр тяжести будет находиться на 1/3 размера базы или на расстоянии 1000 мм от оси подвески задних лыж.

Для поверочной центровки, в соответствии с компоновочным чертежом, и получения весового лимита, необходимого для дальнейшего проектирования, составляем весовую сводку по узлам конструкции и загрузке аэросаней.

Таблица 2

На чертеж наносят две расчетные оси: X—X и У—У, и проставляют центры тяжести всех входящих в подсчет деталей и агрегатов. Затем производится центровка по форме, приведенной в таблице 3.

Таблица 3

Таблица 4

В нее проставляются размеры: в графе X и У расстояния от оси X—X и У—У до занумерованной в таблице точки ЦТ данного агрегата, то есть до точек 1, 2, 3, 4 и т. д.

Когда все размеры определены, заполняются графы С1Х и C1У умножением расстояния от соответствующей оси на вес данной части (узла) машины. Полученные произведения складываются отдельно для X и У, и их суммы делятся на полный ходовой вес С1х. Это и будет расстояние до ЦТ от условной оси X—X и У—У.

Для нашего варианта расчета эти размеры будут:

от оси X—X— 1848 мм

от оси У—У— 751 мм.

Далее подсчитывается изменение ЦТ в зависимости от варианта загрузки:

1) полная расчетная загрузка машины;

2) при наличии одного водителя и минимальном запасе топлива.

На основании полученных из расчета величин составляется таблица основных характеристик аэросаней, по которой можно представить будущую машину, ее ходовые и эксплуатационные качества.

И. ЮВЕНАЛЬЕВ,

Москва