 |
Преимущества применения мотор-колес на транспортных средствах:
|
|
|
|
· компоновка автомобиля улучшается благодаря достаточно свободному выбору места установки мотор-колеса относительно других агрегатов автомобиля;
· общая масса агрегатов электропривода (не только мотор-колес) снижается по сравнению с массой агрегатов гидромеханического привода;
· желаемое распределение массы автомобиля по осям получается вследствие возможности варьировать базой автомобиля;
· число деталей и узлов механической передачи, подверженных интенсивному износу в эксплуатации, сокращается, что повышает надежность системы в целом;
· возможность реализации одним мотор-колесом большой мощности, что позволяет повысить грузоподъемность автомобиля без увеличения числа ведущих колес;
· возможность бесступенчатого или в крайнем случае двухступенчатого регулирования силы тяги;
· торможение на затяжных уклонах большой величины высокоэффективно и надежно благодаря использования электрического тормоза
Управление машиной осуществляется рукояткой типа "джойстик", установленной между креслами водителя и пассажира. На рукоятке также находятся кнопки включения фары, поворотов, сигнала и др. Управление осуществляется изменением передаточного числа вариатора. При наклоне рукоятки "вперед-назад" и "влево- вправо" происходит соответственно торможение-разгон и повороты машины. При максимальном отклонении рукоятки "вперед" может происходить срабатывание дополнительного тормозного захвата заднего колеса.
Панель управления имеет небольшие габариты, цифровую индикацию на светодиодах и может быть размещена в любом удобном месте, например на зеркале заднего вида в центре машины. Вместо индикации можно применить синтезатор речи.
|
|
|
Индицировать можно:
1. Скорость движения машины;
2. Повороты (можно заменить огнями на зеркалах заднего вида);
3. Положение дверей (люков) и багажников (открыты или закрыты).
В монокаре ручку управления и панель приборов лучше убрать в сторону. Так как перед водителем и пассажиром больше не существует травмирующего препятствия, то возможно применение векторной системы безопасности. В такой системе кресло обладает возможностью в случае лобового столкновения откатываться вперед, в свободную зону с одновременным наклоном назад. После удара кресло на амортизаторах возвращается в исходное положение. Такая система более надежна, чем ремни и подушки безопасности. При особенно сильных ударах возможно даже применить катапультирование кресла через лобовое стекло до полного погашения инерции удара.
Боковые удары для машины с работающим маховиком безопасны, поскольку не смогут привести к опрокидыванию. Машина, подобно маятнику, только качнется вокруг вертикальной оси. А при движении по обочине или косогору машина все равно будет сохранять вертикальное положение кузова. Если при очень крутом боковом наклоне обычная машина опрокинется, монокар будет только скользить вниз по склону, сохраняя вертикальное положение.
При равномерном движении кресло находится в вертикальном положении. При резком торможении кресло откатывается по направляющим вперед, одновременно поворачиваясь в горизонтальное положение. При этом угол наклона кресла зависит от силы торможения и при снижении этой силы кресло возвращается в исходное положение.
В машине можно предусмотреть несколько способов торможения:
Кинетическое. Основной способ. Это когда кинетическая энергия машины превращается в кинетическую энергию маховика.
Электродинамическое. Электроэнергию с мотор-колес можно гасить на балластном сопротивлении. Например, направить на электроотопитель.
|
|
|
Дифференциальное. Если переднее мотор-колесо включить в противофазе с задним, то оно станет вращаться в противоположном направлении вплоть до полной остановки машины и переднего колеса.
Шаговое. Мотор-колесо является шаговым электродвигателем. Можно задать частоту вращения магнитного поля ротора сколь угодно низкой влоть до нуля. Это фактически будет являться остановкой ротора.
Фрикционное. Если между ротором и статором помесить фрикционную прокладку, и подвесить ротор в магнитном поле или на воздушной подушке (газовый подшипник), то при выключении подшипника ротор всей массой машины ляжет на статор. Это аналог обычных дискового или барабанного тормоза.
Механическое. Если изменить высоту подвески, то машина может лечь на днище и тормозить выступающими частями кузова. Таким способом можно затормозить даже на льду.
Фара находиться под колпаком переднего колеса. Она может опускаться в нишу из переднего багажника. Фара может также поворачиваться в горизонтальной плоскости на 360°, обеспечивая освещение при поворотах и движении задним ходом.
Фара сделана в виде цилиндра, в центре оптической оси которого находиться источник света. Часть цилиндра сделана прозрачной, остальная часть покрыта отражающим слоем. В задней части может быть установлен красный светофильтр, который при повороте фары при движении назад будет светить вперед, выполняя функции стоп-сигнала.
В машине используется зависимая тросовая система подвески и компенсирующий амортизатор. Передняя и задняя подвески соединены тросом таким образом, что нагрузка на переднее колесо, отклоняющая колесо вверх компенсируется отклонением заднего колеса вниз и наоборот. В качестве амортизирующей силы используется половина веса машины. Изменением длины троса можно регулировать высоту машины вплоть до опускания на днище на стоянке или в режиме экстренного торможения.
Технические характеристики монокара:
Длина - 4000 мм.
Ширина - 1500 мм.
Высота - 1500 мм.
База - 3000 мм.
Клиренс - 350 мм.
Количество мест - 3 чел.
Количество дверей кузова - 2.
Грузоподъемность - 200-250 кг.
Привод -вероятно, полный.
Подвеска - зависимая.
|
|
|
Низкий расход топлива (не более 1л. на 100км.).
Пониженный уровень выхлопов СО2 и CN.
Малый вес (не более 400 кг).
Простота и надежность конструкции.
Простота в управлении и обслуживании.
Высокая маневренность (радиус разворота около 4 м).
Низкий коэффициент аэродинамического сопротивления.
Низкая стоимость
Беспилотные самолеты
"Беспилотники" различаются по массе (от аппаратов весом в полкилограмма, сравнимых с авиамоделью, до 10-15-тонных гигантов), высоте и продолжительности полета. Беспилотные летательные аппараты массой до 5 кг (класс "микро") могут взлетать с любой самой маленькой площадки и даже с руки, поднимаются на высоту 1-2 километра и находятся в воздухе не более часа. Как самолеты-разведчики их используют, например, для обнаружения в лесу или в горах военной техники и террористов. "Беспилотники" класса "микро" массой всего 300-500 граммов, образно говоря, могут заглянуть в окно, поэтому их удобно использовать в городских условиях.
За "микро" идут беспилотные летательные аппараты класса "мини" массой до 150 кг. Они работают на высоте до 3-5 км, продолжительность полета составляет 3-5 часов. Следующий класс - "миди". Это более тяжелые многоцелевые аппараты массой от 200 до 1000 кг. Высота полета достигает 5-6 км, продолжительность - 10-20 часов.
И, наконец, "макси" - аппараты массой от 1000 кг до 8-10 т. Их потолок - 20 км, продолжительность полета - более 24 часов. Вероятно, вскоре появятся машины класса "супермакси". Можно предположить, что их вес превысит 15 тонн. Такие "тяжеловозы" будут нести на борту огромное количество аппаратуры различного назначения и смогут выполнять самый широкий круг задач.
Если вспомнить историю беспилотных летательных аппаратов, то впервые они появились в середине 1930-х годов. Это были дистанционно управляемые воздушные мишени, используемые на учебных стрельбах. После Второй мировой войны, точнее, уже в 1950-х годах, авиаконструкторы создали беспилотные самолеты-разведчики. Еще 20 лет понадобилось на то, чтобы разработать машины ударного назначения. В 1970-х - 1980-х годах этой тематикой занимались конструкторские бюро П. О. Сухого, А. Н. Туполева, В. М. Мясищева, А. С. Яковлева, Н. И. Камова. Из туполевского КБ вышли беспилотные разведчики "Ястреб", "Стриж" и находящийся на вооружении и сегодня - "Рейс", а также ударный "Коршун, созданный совместно с НИИ "Кулон". Достаточно успешно занималось беспилотными самолетами КБ Яковлева, где разрабатывались аппараты "мини"-класса. Наиболее удачным из них стал комплекс "Пчела", который до сих пор стоит на вооружении.
|
|
|
В 1970-х годах в СССР были развернуты научно-исследовательские работы по созданию беспилотных самолетов с большой высотой и продолжительностью полета. Ими занималось ОКБ В. М. Мясищева, где разрабатывали машину "макси"-класса "Орел". Тогда дело дошло только до макета, но почти через 10 лет работы возобновили. Предполагалось, что модернизированный аппарат сможет летать на высоте до 20 км и находиться в воздухе 24 часа. Но тут наступил реформенный кризис, и в начале 1990-х годов программу "Орел" из-за отсутствия финансирования закрыли. Примерно в то же время и по тем же причинам были свернуты работы над беспилотным летательным аппаратом "Ромб". Этот уникальный по своей конструкции самолет, созданный совместно с "НИИ ДАР" при участии разработчика радиолокационной системы "Резонанс" Главного конструктора Э. И. Шустова, представлял собой разрезной биплан из четырех крыльев, составленных в виде ромба, в которые монтировались крупногабаритные антенны, обслуживающие радиолокационную станцию. Масса его была порядка 12 тонн, а полезная нагрузка достигала 1,5 тонны.
После первой волны разработок "беспилотников" в 1970-х - 1980-х годах наступило длительное затишье. Армию оснащали дорогостоящими пилотируемыми самолетами. Под них выделяли большие средства. Этим и определялся выбор тематики разработок. Правда, все эти годы "беспилотниками" активно занималось Казанское опытно-конструкторское бюро "Сокол". ОКБ "Сокол" стало, по существу, специализированным предприятием по производству беспилотных авиационных систем. Основное направление - беспилотные воздушные мишени, на которых отрабатываются боевые действия различных военных комплексов и наземных служб, в том числе и комплексов ПВО.
Сегодня беспилотные летательные аппараты "мини"- и "миди"-класса представлены достаточно широко. Их производство под силу многим странам, поскольку с этой задачей могут справиться небольшие лаборатории или институты. Что же касается аппаратов класса "макси", то для их создания нужны ресурсы целого авиастроительного комплекса.
|
|
|
В чем же преимущества беспилотных летательных аппаратов? Во-первых, они в среднем на порядок дешевле пилотируемых самолетов, которые нужно оснащать системами жизнеобеспечения, защиты, кондиционирования… Нужно, наконец, готовить пилотов, а это стоит больших денег. В итоге получается, что отсутствие экипажа на борту существенно снижает затраты на выполнение того или иного задания.
Во-вторых, легкие (по сравнению с пилотируемыми самолетами) беспилотные летательные аппараты потребляют меньше топлива. Представляется, что для них открывается более реальная перспектива и при возможном переходе на криогенное топливо.
В-третьих, в отличие от пилотируемых самолетов, машинам без пилота не нужны аэродромы с бетонным покрытием. Достаточно построить грунтовую взлетно-посадочную полосу длиной всего 600 метров. ("Беспилотники" взлетают с помощью катапульты, а приземляются "по-самолетному", как истребители на авианосцах.) Это очень серьезный аргумент, поскольку 70% аэродромов в Украине нуждаются в реконструкции, а темпы ремонта сегодня - один аэродром в год.
Основной критерий выбора типа летательных аппаратов - стоимость. Благодаря стремительному развитию вычислительной техники существенно подешевела "начинка" - бортовые компьютеры "беспилотников". На первых аппаратах использовались тяжелые и громоздкие аналоговые вычислительные машины. С внедрением современной цифровой техники их "мозг" стал не только дешевле, но и умнее, компактнее и легче. Это означает, что аппаратуры на борт можно взять больше, а ведь именно от нее зависят функциональные возможности беспилотных самолетов.
Если же говорить о военном аспекте, то беспилотные летательные аппараты находят применение там, где в разведывательной операции или воздушном бою можно обойтись без пилота. На IХ международной конференции по "беспилотникам", прошедшей в 2001 году во Франции, прозвучала мысль о том, что в 2010-2015 годах боевые операции сведутся к войне автоматизи рованных систем, то есть к противоборству роботов.
Специалисты "ОКБ Сухого" проанализировали развитие существующих в мире научно-технических программ по созданию "беспилотников" и обнаружили стойкую тенденцию к увеличению их размеров и массы, а также высоты и продолжительности полета. Аппараты с большим весом могут дольше находиться в воздухе, выше подниматься и дальше "видеть". "Макси" берут на борт более 500 кг полезной нагрузки, которая позволяет решать задачи большого объема и с лучшим качеством.
Анализ показал, что беспилотные самолеты класса "макси" и "супермакси" сегодня востребованы как никогда. Судя по всему, они могут изменить расклад сил на мировом рынке летательных аппаратов. Пока эта ниша освоена только американскими конструкторами, которые начали работать над "беспилотниками" "макси"-класса на 10 лет раньше нас и успели создать несколько очень хороших самолетов. Наиболее популярный из них "Глобал Хоук" (рис.5.1): он поднимается на высоту до 20 км, весит 11,5 тонны, имеет продолжительность крейсерского полета более 24 часов. Конструкторы этой машины отказались от поршневых моторов и оснастили ее двумя турбореактивными двигателями. Именно после показа "Глобал Хоука" на авиасалоне в Ле-Бурже в 2001 году на Западе началась борьба за захват нового сектора рынка.
Рисунок 5.1.. Американский беспилотный самолет "макси"-класса «Глобал Хоук»
Еще во время создания первых беспилотных самолетов "макси"-класса "Орел" и "Ромб" была разработана концепция, согласно которой начали строить беспилотные аппараты, обеспечивающие наилучшие условия для размещения в них полезной нагрузки. На "Ромбе", например, смогли совместить большие антенные блоки размером 15-20 м с элементами самолета. Получилась "летающая антенна". Сегодня создается, по сути, летающуя платформа для аппаратуры наблюдения. Соединив полезную нагрузку с бортовыми системами, можно получить полноценный интегрированный комплекс, максимально оснащенный радиоэлектронным оборудованием (рис.5.2). Это будет качественно новый вид авиационной техники - стратосферная платформа для решения задач, которые либо не по силам низко-, средневысотным пилотируемым и беспилотным машинам, либо требуют неоправданно больших затрат при выполнении их спутниковыми группировками.
Рисунок 5.2. Многоцелевой беспилотный летательный аппарат "Протеус" производства США
Весь мир уже осознал, какую пользу и экономию могут принести беспилотные летательные аппараты не только в военной, но и в гражданской сфере. Их возможности во многом зависят от такого параметра, как высота полета. Сегодня предел составляет 20 км, а в перспективе и до 30 км. На такой высоте беспилотный самолет может конкурировать со спутником. Отслеживая все, что происходит на территории площадью около миллиона квадратных километров, он сам становится своего рода "аэродинамическим спутником". Беспилотные самолеты могут взять на себя функции спутниковой группировки и выполнять их в режиме реального времени в рамках целого региона.
Чтобы из космоса вести фото- и киносъемку или наблюдать за каким-нибудь объектом, нужны 24 спутника, но и тогда информация от них будет поступать один раз в час. Дело в том, что спутник находится над объектом наблюдения всего 15-20 минут, а затем уходит из зоны его видимости и возвращается на то же место, совершив оборот вокруг Земли. Объект же за это время уходит из заданной точки, поскольку Земля вращается, и снова оказывается в ней только через 24 часа. В отличие от спутника, беспилотный самолет сопровождает точку наблюдения постоянно. Проработав на высоте около 20 км более 24 часов, он возвращается на базу, а ему на смену в небо уходит другой. Еще одна машина находится в резерве. Это огромная экономия, поскольку беспилотные самолеты на порядок дешевле спутников.
Беспилотные самолеты могут конкурировать со спутниками и в сфере создания телекоммуникационных сетей и навигационных систем.
На "беспилотники" можно возложить непрерывное круглосуточное наблюдение за поверхностью Земли в широком диапазоне частот. Используя их, можно создать информационное поле страны, охватывающее контроль и управление движением воздушного и водного транспорта, поскольку эти машины в состоянии взять на себя функции наземных, воздушных и спутниковых локаторов (совместная информация от них дает полную картину того, что делается в небе, на воде и на земле).
Беспилотные летательные аппараты помогут решить целый спектр научных и прикладных задач, связанных с геологией, экологией, метеорологией, зоологией, сельским хозяйством, с изучением климата, поиском полезных ископаемых… Они будут следить за миграцией птиц, млекопитающих, косяков рыбы, изменением метеоусловий и ледовой обстановки на реках, за движением судов, перемещением транспорта и людей, вести аэро-, фото- и киносъемку, радиолокационную и радиационную разведку, многоспектральный мониторинг поверхности, проникая вглубь до 100 метров.
Потребность мирового рынка в беспилотных авиационных системах с большой высотой и продолжительностью полета представлена в виде диаграммы на рис. 5.3.
Рисунок 5.3. Потребности мирового рынка в беспилотных авиационных системах с большой высотой и продолжительностью полета.
|
|
|
