【小型半潛式快艇設計5200字（論文）】

小型半潛式快艇設計目錄1引言 52總體方案設計 62.1主要參數(shù)選定 62.1.1主要尺寸參數(shù)選定 62.1.2質(zhì)量參數(shù)選定 62.2總布置設計 62.2.1艙室布局設計 62.2.2動力傳動總成布置設計 72.2.3懸架系統(tǒng)布置設計 82.2.4轉(zhuǎn)向及制動系統(tǒng)布置設計 82.2.5其他部件布置設計 92.2.6總布置簡圖 93系統(tǒng)方案設計 103.1前懸架結(jié)構(gòu)方案設計 103.2后懸架結(jié)構(gòu)方案設計 113.3減振機構(gòu)定位設計 123.4驅(qū)動軸干涉分析 133.5后懸架輪胎定位設計 144結(jié)論 14參考文獻 141引言我國幅員遼闊不僅擁有龐大的陸地面積，還擁有著廣闊的海洋面積，我國領海島嶼眾多，海洋資源極其豐富，因此時常與周邊國家在島嶼控制權(quán)和歸屬權(quán)上產(chǎn)生爭議，如何更好的維護我國海洋權(quán)益保護海洋資源不被侵占已經(jīng)成為我軍守護國家主權(quán)和根本利益的主要難題。自帶潛水功能的半潛式快艇是一件極具威懾力的武器非常適合我海軍使用，它可以在艦船中進行裝載，其隱蔽性和潛水功能能有效幫助我軍在近海實行近海偵察和搶灘登陸作戰(zhàn)?？v觀我國內(nèi)陸地形地勢，江河湖泊眾多且地形比較復雜，這就加大了我國執(zhí)法部門對該水域的偵察執(zhí)法難度，為了更好的迎合我國內(nèi)陸執(zhí)法的需求，半潛式快艇以及輕便快速、陸地機動性強、水陸兩用等性能能有效幫助我國執(zhí)法部門完美完成水陸巡邏的任務，提高了執(zhí)法機構(gòu)的靈活性降低了執(zhí)法難度。從軍事層面上來看，在世界近現(xiàn)代戰(zhàn)爭史上有多次登錄作戰(zhàn)的先例，我們都知道在登錄作戰(zhàn)中最危險的就是突擊隊員在從水面向灘頭進發(fā)的時候會長時間的暴露在敵軍的炮火之下，這是極其危險的。各國為了解決這一困境已經(jīng)研制了具備兩棲登陸作戰(zhàn)的裝甲車輛以及具備兩棲性能的各類用途的戰(zhàn)斗車輛。洛克希德馮丁公司認為：現(xiàn)代戰(zhàn)爭中具備高速軍用兩棲車輛能極大降低搶灘登陸的危險性，有助于海軍陸戰(zhàn)隊更安全迅速的完成作戰(zhàn)任務，因此為了適應現(xiàn)代戰(zhàn)爭快速化的需求，各國將研究重心都放在了高速兩棲車輛上來。在民用方面國外對兩棲車輛的使用范圍已經(jīng)十分廣泛了，不僅在撲魚、打獵、旅游觀光和船只停泊卸貨等方面，在地質(zhì)勘查、木材運輸、石油和煤氣管道鋪設等方面也有涉及。當前的兩棲裝備的研究還是以汽車為設計原型的，除了履帶式兩棲裝甲坦克其余的以輪式兩棲車居多。而本文的兩棲裝備研究是以快艇為設計原型的，是對我國新型水陸兩用快艇設計的一次探究和突破，有助于加快我國新型半潛式快艇的研發(fā)進程，為我國這方面的相關(guān)技術(shù)提供了一些意見和建議作為參考。2總體方案設計2.1主要參數(shù)選定2.1.1主要尺寸參數(shù)選定半潛式快艇初步設計參數(shù)詳見表2-1表2-1半潛式快艇參數(shù)表長/mm寬/mm高/mm軸距/mm輪寬/mm前懸/mm后懸/mm吃水/mm70002400160036002200180016005002.1.2質(zhì)量參數(shù)選定半潛式快艇的定位是快速便捷，因此不適宜裝載過多人或貨物，初始擬定的裝載總量為500KG，配備一名駕駛員（人員重量按65kg/人計算）。2.1.3主要性能參數(shù)選定半潛式快艇設計動力參數(shù)的參考對象是同等級別的汽車動力參數(shù)，其主要參數(shù)有加速時間、比轉(zhuǎn)矩、比功率、I檔最大動力因素DImax、最高車速Uamax、直接檔最大動力因素D表2-2半潛式快艇動力參數(shù)匯總表參數(shù)項參數(shù)值發(fā)動機排量/L3.0直接檔最大動力因素D0.15I檔最大動力因素D0.6最高車速U1602.2總布置設計2.2.1艙室布局設計半潛式快艇具有在陸地、水面和水下三種場景使用的功能，其船艙的布置設計就必須滿足三種狀態(tài)下的切換需求，與傳統(tǒng)的車輛船舶設計相比就顯得復雜的多。艇身的傳動系統(tǒng)必然是陸地、水面共用一臺主機再加上陸地工況時四驅(qū)系統(tǒng)使用的一臺主機，整個傳動系統(tǒng)需安裝在艇身的底層，在前懸架后面安裝發(fā)動機艙，在前懸架前面安裝檢測設備艙，在布置完發(fā)動機艙后才開始安裝駕駛艙，在駕駛艙后面安裝驅(qū)動主機艙（包括噴水推進器主機、水下工況驅(qū)動電機），用于潛水時的壓載水艙安裝在駕駛艙兩側(cè)。詳情參見下圖2-1即為各艙室的分布情況。圖中:1-檢測設備艙;2-發(fā)動機艙;3-壓載水艙;4-駕駛艙;5-驅(qū)動主機艙。圖2-1艙室布置示意圖2.2.2動力傳動總成布置設計為了使快艇能更好的適應不同的工況，需要為快艇裝配一臺柴油機主機和一臺輔助驅(qū)動電機。在快艇前軸之后偏右的位置安裝柴油機，這樣的安裝可以為前減速器安裝和懸架收放液壓缸安裝騰出足夠多的空間。螺絲紋杠以及油氣減振器等裝置安裝在前軸上部，在艇身尾部中央的位置安裝噴射推進器，在推進器尾部兩側(cè)和艇身截面中間的位置安裝螺旋槳，這樣有助于快艇下潛時保持艇身的穩(wěn)定性，具體半潛式快艇的傳動系統(tǒng)分布詳見下圖2-2。圖中:1-半潛式快艇艇體;2-輪胎總成;3-外萬向傳動總成;4-內(nèi)萬向傳動總成;5,10-減速器;6-柴油機主機;7-變速箱離合器總成;8-傳動軸;9,16,17,18-離合器;11-主傳動軸支承;12-驅(qū)動電機;13-減速箱;14-噴射推進器;15-螺旋槳;19-帶差速器的分動箱。圖2-2傳統(tǒng)系統(tǒng)布置示意圖2.2.3懸架系統(tǒng)布置設計半潛式快艇安裝布局與傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)相似，在原有基礎上加裝了全新的可收放懸架系統(tǒng)，其設計優(yōu)勢在于新設計懸架的運動范圍所比傳統(tǒng)懸架運動時形成的包絡體相要大很多，在收放懸架時占用的內(nèi)部空間的大小上也有一定的差別。本方案設計的懸架在支撐點上是可以移動的，在懸架上方安裝了一個螺絲紋杠用來幫助上支撐滑塊完成控制輪胎收放的任務，本方案的采用雙橫臂獨立懸架的方式來布置前懸架，采用單橫臂獨立懸架的方式來布置后懸架。收放液壓缸安置在驅(qū)動軸的一側(cè)，即可作為懸架收放的動力也可幫助艇身減振，本方案具體的懸架布置分布請參考下圖2-3.圖中:1-艇身;2-車輪總成;3,9-球鉸;4-滑塊;5,6-前懸架上、下橫臂;7-螺紋絲杠驅(qū)動機構(gòu);8-螺紋絲杠;9-后懸架橫臂;10-收放液壓缸;11-扭桿;12-彈簧減振器;13-連接塊。圖2-3懸架系統(tǒng)布置示意圖2.2.4轉(zhuǎn)向及制動系統(tǒng)布置設計圖中:1-艇身;2-車輪;3-驅(qū)動半軸;4-轉(zhuǎn)向節(jié);5-轉(zhuǎn)向橫拉桿(外);6-轉(zhuǎn)向橫拉桿(內(nèi));7-轉(zhuǎn)向驅(qū)動器;8-轉(zhuǎn)向力輸出內(nèi)軸;9-轉(zhuǎn)向力輸出外軸;10-轉(zhuǎn)向離合器;11-轉(zhuǎn)向力輸入軸;12,21-實施壓機;13,20-拉桿;14-導向裝置;15-罩型轉(zhuǎn)向舵;16-螺旋槳葉片;17-轉(zhuǎn)向舵舵柄;18-噴水推進器轉(zhuǎn)向嘴;19-噴水推進器轉(zhuǎn)向舵舵柄;22-實施壓機油液回路;23-實施壓機控制器;24-方向盤;25-角度傳感器。圖2-4轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置示意圖2.2.5其他部件布置設計圖中:1-艇身;2,3-銼蓄電池;4,5-排氣管;6-油箱;7-備胎;8,9-排氣系統(tǒng)消聲器。圖2-5其他部件布置示意圖2.2.6總布置簡圖本文設計的總布置草圖由于受限于有限的資源、缺少相關(guān)部件的實際尺寸值和缺乏選型的條件，所以草圖展示的相關(guān)部件的尺寸采用的是估算值，以此來展示各零部件之間的布局情況。圖中艇體內(nèi)部件外形輪廓線是由細實線做為標識，艇身外形輪廓線是由粗實線作為標識，安置其他部件底層部分用虛線作為標識，如下圖2-6所示大體展示了總成部件與艇身之間的位置關(guān)系以及總成部件之間的位置關(guān)系。圖中:1-艇身總成;2-輪胎總成;3-前懸架總成;4-前懸架收放系統(tǒng)總成;5-轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總成;6-動力系統(tǒng)總成;7-潛水系統(tǒng)總成;8-銼蓄電池組;9-傳動系統(tǒng)總成;10-油箱;11-后懸架總成;12-后懸架收放系統(tǒng)總成;13-驅(qū)動電機總成;14-備胎;15-罩型轉(zhuǎn)向舵總成;16-螺旋槳總成;17-轉(zhuǎn)向舵轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總成;18-噴水推進器;19-尾氣排放系統(tǒng)總成;20-轉(zhuǎn)向舵控制器總成。圖2-6總布置簡圖3系統(tǒng)方案設計3.1前懸架結(jié)構(gòu)方案設計考慮到前輪必須具備轉(zhuǎn)向和驅(qū)動兩大功能，所以在設計快艇時就需考慮前懸掛所占的空間要比后懸掛所占的空間要大的多，否則無法同時滿足以上兩大功能。采用不等臂雙橫臂懸架的方式來設計前懸架能有效的避免車輪在上下運動時由于輪距大幅度變化對輪胎磨損加劇的情況，前懸架外側(cè)通過球鉸與轉(zhuǎn)向節(jié)柱相連，前懸架與艇身通過上橫臂9和下橫臂10來相連。采用短擺臂的方式來設計上橫臂9，當車輪下跳時外傾角呈正值，當車輪上跳時呈負值，這與車身側(cè)傾產(chǎn)生的外傾角變化真好相反，有助于艇身保持平衡。下橫臂10連接彈簧減震器5和扭桿可以實現(xiàn)輔助減振的功能，上橫臂9連接油氣彈簧能有效吸收車輪滾動時因路面不平而產(chǎn)生的振動作用力。上支點1g的設計能減少彈簧對絲杠的作用力，是一種受力支承設計，通過螺絲紋杠19左右滑動來實現(xiàn)，在上支點1g的極限位置安裝限位開關(guān)能起到反饋控制效果的作用。圖中:1-快艇艇體;2-連接裝置;3-彈簧減振器;4-減速器;5-液壓缸;6,21-內(nèi)萬向傳動總成;7-扭桿;8,16-減振器連接支座;9-懸架上橫臂;10-懸架下橫臂;11-驅(qū)動橋;12,15-球鉸;13-輪胎總成;14-外萬向傳動總成;17-油氣彈簧;18-懸架上支點滑塊;19-螺紋絲杠;20-絲杠驅(qū)動機構(gòu)。圖3-1前懸架未收起狀態(tài)示意圖圖3-2前懸架收起狀態(tài)示意圖3.2后懸架結(jié)構(gòu)方案設計與前懸架相比后懸架不需要進行轉(zhuǎn)向操作，所以其設計在前懸架的基礎上就簡化了許多，后懸架系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)、收起狀態(tài)和俯視圖分別可以參見圖3-3、圖3-4和圖3-5.圖中:1-艇身;2-連接裝置;3-彈簧減振器;4-減速器;5-液壓缸;6-內(nèi)萬向傳動總成;7-扭桿;8-懸架擺臂;9-驅(qū)動軸;10-輪胎總成;11-球鉸;12-外萬向傳動總成;13-減振器連接支座;14-油氣彈簧;15-螺紋絲杠;16-上支點滑塊;17-絲杠驅(qū)動機構(gòu)。圖3-3后懸架常規(guī)狀態(tài)示意圖后懸架采用的是單橫臂的設計，安裝在車輪外連接處的兩側(cè)，這樣可以減少車輪在運動時左右擺動的頻率，在路面不平的地段運動時車輪的跳動的方向與地面垂直而不是左右擺動。在橫擺臂上設計限位機構(gòu)能幫助橫擺臂8和車輪之間實現(xiàn)定位，確保車輪在不同的工作狀態(tài)下能始終保持在正確的位置。后懸架的收放功能與前懸架的原理是一致的。后懸架的結(jié)構(gòu)進過改進以后雖然更加簡單可靠也能滿足半潛式快艇的工作需求，但是考慮到后輪在上下跳動時與前輪相比的輪距變化值會變大，這樣造成后輪更容易出現(xiàn)磨損情況?？紤]到半潛式快艇主要是以水面作業(yè)為主，懸架大多處于收起的狀態(tài)，就是在陸地作業(yè)也能適應不同的工況，因此這種采用單橫臂設計的后懸架的弊端就不做主要矛盾來考慮，其簡單可靠的特性被優(yōu)先考慮。圖3-4后懸架收起狀態(tài)示意圖圖3-5后懸架俯視圖3.3減振機構(gòu)定位設計油氣彈簧減震器和普通螺旋彈簧減震器都設計在了前后懸架中，懸架系統(tǒng)工作的可靠性直接受到這兩種減震器能否準確定位的影響。而油氣彈簧上支點定位的準確性又受到滑塊定位的直接影響，為了確?；瑝K穩(wěn)定可靠的工作，在設計滑塊導軌時就將其僅限于在沿螺絲紋杠軸線方向運動，并在滑塊安裝限位開關(guān)來實現(xiàn)對反饋控制效果的作用，以此來避免因滑塊超出安全位置而影響整個懸架系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的情況。a滑塊導軌b連桿機構(gòu)圖3-6減振系統(tǒng)定位點示意圖3.4驅(qū)動軸干涉分析由于本文所設計的懸架機構(gòu)都是可收放的，采用不等擺臂的方式來設計前懸架，在收放輪胎的過程中就必須通過改變驅(qū)動軸長度來實現(xiàn)收放，所以就必須要設計出一套方案來滿足車輪收放過程中驅(qū)動軸軸向長度變化的需求。驅(qū)動軸和擺臂的長度必須保持一致，后懸架擺臂的連接的必須和驅(qū)動軸萬向節(jié)保持在同一平面內(nèi)，以此來保證驅(qū)動軸在收放過程中不會出現(xiàn)長度變化。詳情參見下圖3-7即驅(qū)動軸在收放過程中的運動范圍。a前懸架b后懸架圖3-7驅(qū)動軸位置變動示意圖3.5后懸架輪胎定位設計鑒于采用單橫臂的方式來設計后懸架系統(tǒng)，雖然在懸架安裝點對稱處安裝傳動軸能有效解決輪胎出現(xiàn)橫向擺動的問題，但如果在收放懸架時輪胎不能很好的定位，就會因輪胎不能正常工作或因重力作用使得輪胎不能完整收縮會艇身。如圖a所示輪胎在陸地行駛時定位不準，因艇身自身重量的作用力使得車輪向內(nèi)傾斜嚴重并碰撞到了油氣彈簧，圖中碰撞區(qū)域以藍色圈為標識。圖b所示的是懸架收起時輪胎在自身作用力的情況下向外傾斜，下端會暴露出艇體，上單會擦碰到艇身外壁，圖中以藍色圈作為標識。A未收起狀態(tài)b收起狀態(tài)圖3-8輪胎定位示意圖圖中在陸地正常行駛狀態(tài)下的橫臂位置由虛線作為標識，輪胎收放狀態(tài)下的橫臂位置由實線作為標識，限位塊剖面示意圖由陰影作為標識。在懸架處設計這種限位塊可以保障輪胎在任何狀態(tài)下都能得到限定，有效避免了其他部件與輪胎產(chǎn)生碰撞的情況。4結(jié)論本文初步探究了半潛式快艇總體設計的方案，為今后建立完善的半潛式快艇設計方案打下了一定的基礎。作為近年來研究最多的新型概念快艇，半潛式快艇具有很高的科研價值。本文以兩棲車輛研究作為參考來對半潛式快艇前期的設計研究工作作出了一些總結(jié)并取得了一定的成果。但受限于有限的資源和相關(guān)專業(yè)的數(shù)據(jù)支撐，所總結(jié)的研究成果必然存在著一定的缺陷，存在的諸多問題還需后來的學者進行更加深入的分析和研究。參考文獻[1]崔劍南.廣東航道系統(tǒng)新型柴油快艇技術(shù)改進探討——以粵標巡126為例[J].珠江水運,2020(01):53-55.[2]張啟行.新型救助快艇在翻扣船救援中的運用[J].航海技術(shù),2019(06):29-32.[3]林焰,徐興昂,葉超.遠海無人快艇的自扶正優(yōu)化設計方法[J].哈爾濱工程大學學報,2020,41(09):1261-1267.[4]沈彥軍