Автомобили и аппараты на воздушной подушке (МВП и АВП) из года в год все больше завлекают внимание конструкторов всей земли. И это неудивительно. Применение заложенного в них принципа, в особенности для вездеходных транспортных автомобилей, дает возможность приобрести невиданные для распутья скорость и проходимость перемещения.
Они смогут свободно и одинаково легко двигаться по шоссейным и проселочным дорогам, топкой трясине, по водной поверхности и вспаханному полю.
Сейчас АВП становятся популярными и у конструкторов-любителей. Так как вездеход на воздушной подушке по собственному устройству намного проще разнообразных колесных, гусеничных, шнековых и других автомобилей.
В нем отсутствуют сложные трансмиссии от двигателя к движителю либо такие элементы этих движителей, как, к примеру, колеса, гусеницы.
Одноместная МВП создана и испытана в Ленинградском Дворце пионеров имени А. А. Жданова; в ее создании деятельно принимали участие парни, занимающиеся в машиностроительной лаборатории Дворца. Первая модель автомобили принимала участие в одном из парадов пионеров на Дворцовой площади в Ленинграде (см. фото).
Конструкция представлена на Всесоюзную заочную выставку «Твори, выдумывай, пробуй» (см. № 3, 1975 г.), и мы помещаем ее сейчас на отечественный выставочный стенд «ТВП-75».
ВЫБОР СХЕМЫ АВП
На маленьких АВП взяли распространение по большей части две самые простые для исполнения схемы образования воздушной подушки: купольная — рисунок 1 (а и б) и сопловая (в и г).
Высота подъема Н, определяющая в значительной мере главные параметры автомобили — ее проходимость по неровностям дороги и допустимую поступательную скорость, — зависит от избыточного давления и веса машины воздуха, нагнетаемого вентилятором под машину.
В купольной схеме эта высота (до твёрдой части корпуса) возможно увеличена установкой эластичной «юбки» (см. рис. 1б).
В сопловой схеме роль таковой «юбки» делает сам воздушное пространство, выходящий из круговой щели: часть его «скапливается» под дном, давя на него, за счет чего подъем аппарата если сравнивать с простой купольной схемой возрастает в 1,3—1,5 раза. Сопловая схема с одним (см. рис. 1) либо двумя контурами (направляться) владеет и намного большей устойчивостью если сравнивать с купольной схемой.
Вот из-за чего для обеспечения хороших ходовых качеств задуманной автомобили на воздушной подушке участниками машиностроительной лаборатории отечественного Дворца пионеров была принята несложная в конструктивном отношении одноконтурная схема с одним вентилятором (рис. 2).
РАСЧЕТ АППАРАТА
Вентилятор АВП обязан непрерывно подавать воздушное пространство под его днище, тогда за счет избыточного давления машина приподнимается и между ее опорной поверхностью и днищем образуется щель. Воздушное пространство начинает истекать через нее со скоростью
где ? Р — избыточное давление в подушке в кг/м2,
— плотность воздуха у почвы, равная 0,125 м·и2/кг
(формула дает погрешность до 5% при V ? 100 м/с).
При равенстве количества поступающего от вентилятора воздуха и выходящего из-под дна аппарат повиснет на высоте Н = KQ/ПV(м) (для купольной схемы).
Тут Q — секундный расход воздуха в м3/с, П — периметр дна в м, V — скорость истечения воздуха в м/с, К — коэффициент, равный 1,25—1,6 (учитывает повышение высоты подъема вездехода за счет сужения струи истекающего из щели потока воздуха).
Размеры автомобили определяются, исходя из нужной площади дна S при ориентировочно заданном весе автомобили:
S = G/P (м2).
где G — ходовой вес вездехода в кг, Р — давление воздуха в подушке в кг/м2. Последнее будет неизменно меньше давления, развиваемого вентилятором.
ВЫБОР ДВИГАТЕЛЕЙ
В соответствии с избранной схеме автомобили на ней устанавливаются два двигателя внутреннего сгорания: на привод вентилятора и для маршевой установки.
Двигатели употреблялись воздушного охлаждения.
Для привода вентилятора одноместного АВП достаточна мощность двигателя 8—14 л. с. Это смогут быть одноцилиндровые мотоциклетные моторы с рабочим количеством 175—350 см3. Двигатель устанавливается в воздушном потоке, отбрасываемом вентилятором.
Рис. 1. Схема образования воздушной подушки:
а, б — купольная; в, г — сопловая.
Рис. 2. Неспециализированная схема компоновки автомобили:
1 — руль поворота, 2 — воздушный винт, 3 — маршевый двигатель, 4 — корпус автомобили, 5 — кресло водителя, 6 — ролики кресла, 7 — рукоятка управления, 8 — спрямляющий аппарат вентилятора, 9 — вентилятор, 10 — двигатель вентилятора, 11 — сопло, 12 — днище автомобили.
Рис. 3. Блок вентилятора:
1 — магнето, 2 — выхлопная труба, 3 — двигатель, 4 — баидаж с губчатой резиной, 5 — рама вентилятора, 6 — резиновые подушки, 7 — рама кузова АВП.
Рис. 4. Вентилятор в сборе:
1 — муфта резиновая, 2 — тубус-проставка, 3 — установочный вкладыш, 4 — корпус подшипников вала винта, 5 — обтекатель, 6 — шкив пускового шнура,7 — ступица, 8 — лопасть, 9 — ограждение винта, 10 — опора. 11 — спрямляющий аппарат.
Рис.
5. Маршевый двигатель в сборе:
1 — руль поворота, 2 — винт, 3 — двигатель, 4 — рама, 5 — ограждение винта, 6 — резиновые подушки, 7 — втулка, 8 — ось руля.
Рис. 6. Ступица винта:
1 — обтекатель, 2 — шкив пускового шнура, 3 — ступица, 4 — лопасть винта, 5 — корпус подшипников вала винта, 6 — муфта.
Рис.
7. Совокупность управления:
1 — штурвал, 2 — трос газа, 3 — колонка штурвала, 4 — привод кресла, 5 — трос руля поворота, 6 — руль.
Рис. 8. Несущий каркас корпуса.
Рис.
9. Каркас дна.
Ребра охлаждения цилиндра обтачиваются до круглой формы. Размер оребрения головки цилиндра подгоняется по размеру ребер цилиндра. Головка устанавливается ребрами на протяжении потока воздуха.
С двигателя удаляется коробка скоростей.
Для зажигания устанавливается стандартное магнето.
Мотор для маршевой установки, служащий для привода воздушного винта, может выбираться в более широком диапазоне мощностей.
От него будет зависеть поступательная скорость автомобили и преодолеваемые ею уклоны. Переделки двигателя преследуют те же цели и подобны вышеприведенным.
ВЕНТИЛЯТОР
Вентилятор, установленный на отечественном вездеходе, был вычислен и проверен в машиностроительной лаборатории Дворца пионеров. Его параметры следующие: тип — осевой, одноступенчатый, диаметр ротора — 600 мм, ход — 300 мм, число лопастей ротора — 10. Создаваемое вентилятором давление воздуха — 100 кг/м2.
Рабочие обороты ротора вентилятора — 4000—6000 об/мин, расход воздуха — 4—6 м3/с. Потребляемая мощность — 8—14 л, с.
Вся вентиляторная установка выполнена в виде отдельного агрегата (рис.
3), круглое основание его произведено из металлической тонкостенной трубы с приваренными к ней тремя ушками. Этими ушками через резиновые подушки агрегат крепится к кольцу на каркасе (рис. 8) вездехода.
Лопасти вентилятора установлены в защитном ободе, имеющем внутренний диаметр 602 мм. Продольная ось обода расположена под углом 30° к горизонтальной плоскости.
В ободе размещается спрямляющий аппарат, уменьшающий завихрения потока воздуха за вентилятором и существенно снижающий утраты давления воздуха. Спрямляющий аппарат вмонтирован в обод и имеет 15 лопаток, расположенных под углом 15° в сторону вращения ротора вентилятора.
Лопасти спрямляющего аппарата в один момент являются опорными стойками, центрирующими ротор и двигатель вентилятора.
На них крепятся: два фланцевых корпуса, корпус вала ротора вентилятора, посаженный на двух радиально-упорных шариковых подшипниках, и корпус картера двигателя. Сам двигатель, помимо этого, закрепляется на раме, складывающейся из опорных трубчатых стоек с приваренными к ним кронштейнами (рис. 3, вид А).
Хвостовик вала двигателя соединен с валом ротора вентилятора через эластичную муфту.
Она имеет резиновые вкладыши, что снабжает плавность работы ротора, уничтожает вредные вибрационные нагрузки и компенсирует неточности сборки соединения. На конусном хвостовике вала ротора вентилятора муфта закрепляется на шпонке, предохраняющей о‘т проворачивания.
Ступица на конусе крепится особой гайкой. К ступице болтами прикреплен шкив запуска двигателя, имеющий проточенную канавку для укладки в ней пускового шнура.
Лопасти ротора вентилятора выполнены профилированными, с углами атаки: у ступицы — 30°, на финишах — 9°. Лопасти крепятся на ступице установочными вкладышами (см. рис. 4).
Для применения динамического напора встречного потока воздуха заборное сопло вентилятора направлено (с маленьким наклоном) вперед.
МАРШЕВАЯ УСТАНОВКА
Как и блок вентилятора, маршевая моторная установка (рис.
5) представляет собой независимый агрегат, закрепляемый на раме вездехода посредством приваренных шпилек, на каковые устанавливается на резиновых втулках основание агрегата.
Двигатель крепится на трубчатых стойках, имеющих приваренные кронштейны с отверстиями под болты крепления картера.
В плоскости воздушного винта установлено трубчатое кольцо-ограждение.
В его верхней части находится кронштейн для крепления оси воздушного руля поворота; второй финиш оси упирается в основание агрегата. Внизу на оси руля крепится качалка управления.
Передача от двигателя на винт — прямая, через эластичную муфту (рис. 6).
Вал воздушного винта установлен на двух радиально-упорных шариковых подшипниках.
Воздушный винт собственной ступицей крепится ка конусный хвостовик вала винта на шпонке и затягивается особым болтом с опорной шайбой. Со ступицей винта соединен корпус шкива с канавкой для пускового шнура и обтекателем.
Воздушный винт маршевой установки — двухлопастный, древесный, O 700 мм. Винт имеет ход 600 мм.
Потребляемая мощность — до 8 л. с. при 4000—4200 об/мин.
Наряду с этим обеспечивается тяговое упрочнение в 25—27 кг.
Совокупности управления вездеходом продемонстрированы на схеме (рис. 7).
Поступательное перемещение автомобили обеспечивается ее наклоном вперед за счет перемещения центра тяжести. Для этого кресло водителя устанавливается на роликах и имеет привод от ручки управления, фиксирующей его в нужном положении.
На рукоятку управления вынесены и рычаги управления маршевой — установки и двигателями вентилятора.
ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПОСТРОЙКИ
Чем легче вездеход, тем выше он будет подниматься при той же мощности двигателя вентилятора, значит, тем лучше будет его проходимость. Одновременно с этим чем прочнее будет его конструкция, тем больше будет надёжность и срок службы. С учетом этого для постройки самый подходящий материал — алюминиевые сплавы.
Из-за сильной вибрации конструкции при работе двигателей (благодаря малой жесткости) самым надежным методом соединения подробностей будет сварка. Но для алюминиевых сплавов, в особенности высокопрочных, ее исполнение сопряжено с громадными трудностями. Из этих мыслей при постройке вездехода были использованы следующие материалы. Рама вездехода (см. рис. 8), каркас дна (рис. 9), крепления двигателей — тонкостенные трубы из стали 30ХГСА. Днище — пенопласт, оклеенный перкалью на клею ПВА.
Корпус — пропитанная клеем ПВА перкаль на проволочном каркасе. Вентилятор и спрямляющий аппарат — алюминиевый сплав Д16Т, воздушный винт — блочный, древесный.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ
Точность корпуса деталей и выполнения рамы относительно низкая.
самая трудоёмкой частью есть вентилятор. При его изготовлении направляться обращать внимание на плотную посадку лопастей в ступице. Все подробности, находящиеся в воздушном потоке, полируются.
Сборка подробностей обязана производиться с особенной тщательностью. Для уменьшения вибраций от двигателей их рамы устанавливаются на мягких резиновых амортизаторах — втулках.
РЕЗУЛЬТАТЫ ХОДОВЫХ ОПРОБОВАНИЙ
У первого варианта отечественного вездехода на подушке вентилятор приводился мотоциклетным двигателем с рабочим количеством цилиндра 175 см3. Для воздушного винта, имевшего O 600 мм, применяли двигатель от мопеда с рабочим количеством цилиндра 50 см3.
Исходя из этого винт развивал тяговое упрочнение всего 10 кг. При этих данных были взяты следующие параметры автомобили: скорость — до тридцати километров/ч, вес конструкции — 45 кг, нужная нагрузка — до 100 кг, высота подъема (Н) при весе водителя 70 кг — 4 см на месте и 7— 8 см на ходу.
Давление воздуха в подушке составляло 28 кг/м2 (при площади опоры 4,3 м2).
В будущем вездеход был переделан. На привод вентилятора был поставлен двигатель с рабочим количеством цилиндра 350 см3, а для маршевой установки — двигатель с рабочим количеством цилиндра 175 см3.
Именно поэтому параметры вездехода быстро изменились: скорость возросла до 60—70 км/ч, высота подъема увеличилась до 6 см на месте и 11 — 12 см на ходу, давление воздуха в подушке стало 46 кг/м2. Вес вездехода, действительно, сейчас составлял 90 кг при запасе горючего 10 л.
На данный момент проводится очередная модернизация конструкции вездехода. Для понижения центра тяжести двигатель вентилятора будет опущен на днище. Передачу на вентилятор предполагается выполнить клиновидными ремнями с повышением оборотов ротора до 6000 об/мин. Это разрешит более полно применять мощность двигателя. Будет облегчен корпус, установлен кольцевой предохранительный бампер и произведен ряд других небольших доработок.
Б.
АЛЕКСАНДРОВ, Ю. ШУМИХИН, Ленинград
Рандомные статьи:
Serious Sam: The Second Encounter — ч.3: верхом на вентиляторе
Похожие статьи, которые вам понравятся:
-
Малогабаритная сельхозтехника — хороший ассистент на приусадебном участке, в подсобном хозяйстве. Те, у кого участок попросторнее, а возможностей…
-
Читателям отечественного издания точно зна-нома сокращение ТХ-200. Как раз тан именовался автотрицикл уникальной конструкции, созданный известнейшим в…
-
Каждый, кому по окончании обильного снегопада приходилось расчищать тротуары, аллеи скверов, школьные хоккейные площадки, знает, как нелегка эта работа….
-
Преамбула Характеристики Как он летает Конструкция Что в комплекте Что необходимо для сборки Сборка О двигателях для вертолета Что ломается Итоги…