PL226857B1 - Pływajacy pojazd gasienicowy - Google Patents

Abstract

Dzięki wykorzystaniu zjawiska siły nośnej moduł zapewnia pływalność nawet ciężkim pojazdom. Aby tą siłę uzyskać zastosowano dwa skrzydła (1) montowane z obu stron pojazdu oraz dwa pędniki (5). Korzystne dla uzyskania dużej siły nośnej ustawienie skrzydeł zapewniają pływaki (4). Właściwy poziom zanurzenia pędników również jest utrzymywany przez pływaki, które są zamocowane z przodu pojazdu. Pędniki są napędzane przez główny układ napędowy pojazdu. Służą do tego dwa niezależne układy przeniesienia napędu (3). Dodatkową powierzchnię nośną stanowi podłoga korpusu pojazdu. Dzięki dużej powierzchni nośnej i dużej prędkości powstaje siła nośna działająca w tym samym kierunku co siła wyporu, co pozwala na utrzymywanie się na wodzie pojazdom gąsienicowym o ciężarze powyżej 15 ton.

Description

Przedmiotem wynalazku jest rozwiązanie zapewniające pływalność pojazdom z napędem gąsienicowym. W szczególności dotyczy to zastosowań wojskowych. Po dołączeniu zestawu elementów opisanych w dalszej części pojazdy uzyskują zdolność pokonywania głębokich przeszkód wodnych takich jak: rzeki, jeziora, cieśniny morskie itp.

W związku z tym, że opisywane zagadnienie dotyczy zastosowań militarnych to nie są one ujawniane i nie ma wielu źródeł na podstawie, których można by dokonać opisu stanu techniki. Generalnie, przyjmuje się, że dla pojazdów o ciężarze powyżej 15 ton przeprawy wodne odbywają się przy użyciu rozkładanych mostów lub barek. Jednym z niewielu przykładów pływającego wozu o porówn ywalnym ciężarze jest koreański wóz bojowy K21. W niniejszym opisie przyjęto go jako odniesienie i do niego zgłaszane rozwiązanie jest porównywane. W dostępnych materiałach znalazłem też patent amerykański - Patent US 2453139 p.n. „Boyancy attachement for standard tanks”. Wydaje się jednak, że jest to konstrukcja podobna do w/w K 21.

Obecnie stosowane w Polsce wozy bojowe uzyskują pływalność dzięki temu, że ich ciężar nie przekracza kilkunastu ton. Wynika to z faktu, że taką maksymalną siłę wyporności można uzyskać zachowując dopuszczalne gabaryty pojazdu. Uniemożliwia to użycie skutecznych osłon antypociskowych, gdyż wóz staje się zbyt ciężki. W efekcie nie jest zapewniona skuteczna ochrona załogi.

Aby zwiększyć maksymalny ciężar pojazdu należy wykorzystać zjawisko siły nośnej, które stosuje się w samolotach. Wartość siły nośnej w wodzie, która ma gęstość 1000 razy większą niż powietrze, będzie wystarczająco duża przy mniejszych prędkościach. Na wartość siły nośnej ma wpływ też powierzchnia skrzydeł.

W opisywanym rozwiązaniu pojazd uzyskuje zdolność do pływania po zamontowaniu dodatkowego wyposażenia. Głównymi elementami tego wyposażenia są w skrzydła (1) zintegrowane z pływakami (4) i pędniki (5).

Dodatkowe wyposażenie, które musi być zamontowane na pojeździe przed rozpoczęciem przeprawy zwane jest w dalszej części modułem.

W skład modułu wchodzą jeszcze elementy łączące w/w elementy z pojazdem, czyli: układ przeniesienia napędu (3) i ramy (2) z zestawem sprężyn.

Aby możliwe było uzyskanie wystarczającej prędkości poruszania się wozu w wodzie konieczny jest układ napędowy o bardzo dużej mocy. Dodatkowo cały układ musi być rozpędzony do odpowiedniej prędkości podczas podjeżdżania do przeszkody wodnej.

Do uzyskania wymaganej prędkości płynięcia zastosowano układ dwóch pędników (5) pracujących niezależnie. Prawy pędnik jest sprzężony mechanicznie z napędem prawej gąsienicy, a lewy z napędem lewej.

W rezultacie pędniki są napędzane przez główny silnik pojazdu, który powinien posiadać wystarczającą moc do osiągnięcia prędkości minimalnej.

Pędniki (5) mogą obracać się z różną prędkością. Dzięki takiemu rozwiązaniu pojazd manewruje w wodzie bez steru. Jednak dopuszczalne różnice prędkości gąsienic są niewielkie. Manewrowość całego zestawu jest ograniczona, gdyż prędkość musi być stale utrzymywana powyżej minimalnej. W związku z tym, skręty w miejscu nie są możliwe.

Aby móc zamontować moduł w warunkach polowych należy wykonać drobne modyfikacje na pojazdach.

Po pierwsze, korpus pojazdu musi mieć tak ukształtowaną podłogę, by też wytwarzał siłę nośną. Oznacza to, że jej przód musi być lekko uniesiony do góry.

Po drugie koła przednie w napędzie gąsienic muszą mieć łączniki do szybkiej zabudowy układu przenoszącego napęd (3) na pędniki (5).

W końcu, na górnej części korpusu należy przewidzieć uchwyty, do których będą zamontowane ramy (2) w celu przeniesienia siły nośnej ze skrzydeł na korpus pojazdu.

Podsumowując, dzięki pędnikom (5) uzyskujemy dużą prędkość płynięcia, która w połączeniu z dużą powierzchnią skrzydeł (1) zapewnia wystarczającą siłę nośną.

Potwierdzają to poniższe obliczenia.

Wzór na siłę nośną jest następujący:

P_z = Cz x p x S x V²/2

PL 226 857 B1 gdzie:

C_z - współczynnik stały zależny od kąta natarcia skrzydeł (od 0,6 do 1,6) ₃ p - gęstość środowiska (dla wody równa się około 1000 kg/m )

S - powierzchnia skrzydeł (nośna w m²)

V - prędkość poruszania się obiektu (m/s)

Do obliczeń przyjęto następujące założenia

Ciężar pojazdu - Pc = 34 tony

Siła wyporności jaką uzyskuje pojazd - P_w = 12 ton.

Brakująca siła do uzyskania pływalności to: P_z = P_c - P_w = 22 tony.

Zakładając, że 1 kg = 10 N mamy wymaganą siłę nośną równą Pz = 220 000 N.

Przyjęto, że w skład modułu wchodzą dwa skrzydła (1) zabudowane po obu stronach pojazdu, ₂ każde o powierzchni 15 m². Dodatkowo przyjęto, że podłoga pojazdu jest korzystnie ukształtowana 22 i daje to dodatkowe 14 m² powierzchni nośnej, czyli otrzymujemy w sumie S = 44 m².

Dla uproszczenia obliczeń założyłem współczynnik Cz = 1.

Po podstawieniu wartości do wzoru uzyskujemy prędkość graniczną, przy której pojazd nie tonie.

Pz x 2

Cz x p xS

220 000x2 x 1000 x 44

V = 3,33 m/s = 12,15 km/h

Oznacza to, że w opisywanym przypadku pojazd musi płynąć z prędkością większą niż 13 km/h.

Podstawową zaletą jest modułowość tego rozwiązania. Moduł dołącza się do pojazdu tylko w przypadku pokonywania przeszkód wodnych. Koszt modyfikacji pojazdu, wymaganej by możliwa była szybka zabudowa modułu, jest relatywnie niski. W efekcie duża liczba pojazdów może być przygotowana, by w razie potrzeby uzyskać zdolność pływania.

Ponadto, nie ma konieczności wybudowania aż tylu modułów, ile jest pojazdów. W sytuacji przeprawy kolumny pojazdów wystarczy niewielka ilość modułów, które można wielokrotnie użyć. W związku z tym, że moduł posiada pływaki, to sam nie będzie tonąć i można łatwo go przeciągnąć z powrotem by zamontować na następnym wozie dla kolejnej przeprawy. Następnie, moduły mogą być skierowane w inne miejsce.

Elementy, z których zbudowany jest moduł można łatwo złożyć, tak by zmieścić całość na jednej ciężarówce. Oznacza to, że transport modułu na odpowiednie miejsce i we właściwym czasie nie będzie kosztowny i kłopotliwy.

Inną zaletą jest bardzo duża prędkość poruszania się w wodzie. Dzięki wykorzystaniu głównego silnika pojazdu do napędzania pędników (5), można uzyskać wysoki moment obrotowy.

Główny silnik pojazdu będzie optymalnie wykorzystany. Na początku, gdy wóz z zabudowanym modułem dojeżdża do brzegu, jego obciążenie wynika z napędzania gąsienic. Do czasu zanurzenia pędniki (5) obracają się w powietrzu i nie ma oporu. Następnie wóz stopniowo się zanurza co powoduje luzowanie układu napędowego gąsienic i dociążanie układu napędowego pędników. Przy osiągnięciu nominalnego zanurzenia obciążenie silnika będzie pochodzić głównie od pędników (5).

Korzystną cechą jest też stosunkowo duża odporność na ostrzał podczas działań wojennych. Wynika to głównie z dużej prędkości - przeciwnik ma mało czasu by wycelować i trudno jest trafić. Dodatkowo najbardziej wrażliwe miejsca, takie jak układy przeniesienia napędu (3) są niewielkie. Jest miejsce na pływakach (4) by zamontować dodatkowe osłony, jeśli będzie taka potrzeba.

Dzięki temu, że pędniki (5) mają niezależne układy napędowe to zestaw powinien dobrze funkcjonować przy silnym prądzie wodnym i bocznym wietrze. Wtedy jeden z pędników będzie stale pracował z odpowiednio zwiększoną prędkością.

W związku z tym, że na pojazd będą oddziaływać dwie siły: nośna i wyporu, powstaje układ samostabilizujący się w pewnym zakresie. Mianowicie, jeśli zestaw będzie poruszał się szybciej to zwiększająca się z tego tytułu siła nośna spowoduje zmniejszenie zanurzenia się pojazdu. To z kolei zmniejszy siłę wyporu. A więc poziom zanurzenia przestanie się zmieniać. Gdy natomiast prędkość spadnie to siła nośna się zmniejszy i pojazd bardziej się zanurzy. Spowoduje to zwiększenie siły wyporu, która silniej będzie przeciwdziałać dalszemu zanurzaniu.

Podczas przeprawy pływaki (4) umieszczone z przodu skrzydeł (1) wypychają tą część do góry. Zwiększenie kąta nachylenia skrzydeł pojazdu zwiększa wartość siły nośnej.

PL 226 857 B1

Natomiast podczas dojazdu do brzegu ciężar pędników (5) i pływaków (4) wymusza bardziej poziome ustawienie skrzydeł. Jest to korzystne, gdyż dzięki temu pędniki szybciej mają kontakt z wodą i napędzają pojazd jeszcze zanim osiągnie on nominalne zanurzenie.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji uwidoczniony na rysunkach Fig. 1 i Fig. 2.

Rysunek Fig. 1 przedstawia widok pojazdu gąsienicowego z zamontowanym modułem. Natomiast na rysunku Fig. 2 pokazano widok całego zestawu z boku, podczas pokonywania przeszkody wodnej.

Poszczególne elementy składowe modułu zostały pokazane na rysunku Fig. 1.

Są to:

- skrzydła

- ramy z układem sprężyn

- układ przeniesienia napędu

- pływaki

- pędniki

Dwa skrzydła (1) mocowane są do pojazdu za pomocą ramy (2). Rama przenosi siłę nośną ze skrzydeł. Sprężyny łączą ramy (2) ze skrzydłami i służą do korzystnego ustawienia skrzydeł (1) oraz by ograniczyć przenoszenie się drgań z pojazdu na elementy modułu.

W skład układu przeniesienia napędu (3) wchodzą dwa układy przekładni łańcuchowej. Jeden po lewej stronie do napędzania lewego pędnika, a drugi po prawej do napędzania prawego pędnika. Pierwsze koło przekładni jest dołączane do jednego z przednich kół napędu gąsienic. Drugie koło przekładni napędza wał jednego z pędników (5).

W prezentowanym przykładzie zastosowano pędniki (5) takiego typu jak stosowane były na parostatkach.

Sposób działania rozwiązania jest następujący. Po zamocowaniu modułu pojazd dojeżdża do brzegu. W tym czasie musi się on rozpędzić do prędkości powyżej minimalnej, która wg obliczeń podanych w dalszej części zgłoszenia dla opisywanego przykładu wynosi 13 km/h. Wraz z zanurzaniem się, na pojazd zaczynają działać dwie siły: nośna i wyporu. Powoduje to, że przyczepność gąsienic się zmniejsza. Zadanie utrzymywania prędkości powyżej minimalnej przechodzi stopniowo na pędniki. W momencie całkowitego oderwania się gąsienic od dna zaczyna się drugi etap, czyli pokonywanie akwenu lub cieku wodnego. Od tego momentu gąsienice poruszają się bez obciążenia i można zwiększyć prędkość obrotową pędników (5).

Właściwy poziom zanurzenia się pędników (5) i korzystne ustawienie skrzydeł (1) są utrzymywane przez pływaki (4).

W przypadku prądu wodnego lub bocznego wiatru jeden z pędników (5) musi wirować ze zwiększoną prędkością, by kierunek był niezmieniony. Z drugiej strony krótkotrwała różnica prędkości obrotowej pędników pozwala na dokonywanie skrętów. Jest to ważne, gdyż zestaw musi być zdolny by omijać przeszkody, które mogłyby go zatrzymać i zatopić.

Po dotarciu do brzegu moduł powinien zostać zdemontowany.

Claims (3)

1. Pływający pojazd gąsienicowy, znamienny tym, że jest przystosowany do montażu wyposażenia, które można montować i demontować, składającego się z: skrzydeł (1) i pływaków (4) montowanych na ramach (2) oraz pędników (5), połączonych mechanicznie z napędem pojazdu poprzez układ przeniesienia napędu (3).

2. Pływający pojazd według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że pływaki (4) mocowane do skrzydeł (1) są umieszczone z przodu.

3. Pływający pojazd według zastrzeżeń 1 i 2, znamienny tym, że na ramach (2) zamocowano układ sprężyn.