Mathematical model of the hovercraft lift system

封面


如何引用文章

全文:

详细

BACKGROUND: Currently, hovercrafts are used worldwide thanks to their amphibian capabilities and mobility at water and slightly prepared areas with low supporting properties. Whereas, in practice, hovercrafts have two main systems ensuring motion, lift and traction which can be combined (operating from a common source of mechanical energy) as well as separated.

This paper considers a hovercraft with separated lift and traction systems. The lift system of this hovercraft consist of piston diesel internal combustion engine (ICE), hydrostatic transmission, axial fans, feeding channel and an air-cushion plenum. The considered variant is chosen because hydrostatic transmission has a number of sufficient advantages in comparison with mechanical transmission with universal shafts and pulley drives, widely used at present time. The paper considers the open plenum lift system.

AIM: Development of the combined mathematical model of the hovercraft lift system consisting of piston diesel ICE, hydrostatic transmission and a fan supplying air into the air-cushion plenum.

METHODS: Using the MATLAB/Simulink environment, the engine power adjustment at hovercraft motion on various ground surfaces is studied with regard to increasing the efficiency of the fan and the whole system. Analytical scheme of the system is given, acceptable transient characteristics are obtained. Efficiency and range of optimal operation of the Sauer-Danfoss pump and hydraulic motor are estimated. The process of hovercraft adjustment from the established mode to a new state when motion condition change is considered.

RESULTS: According to the simulation results, there is influence of the income control signal (adjustment parameter of engine operation modes) and disturbance signal (pressure change coefficient that defines properties of ground surface) on parameters describing the hovercraft motion.

CONCLUSION: The developed mathematical model helps to choose and evaluate adjustment parameters of engine operation modes at hovercraft motion on various ground surfaces, to analyze and to improve the system energy efficiency.

作者简介

Alexander Lepeshkin

Moscow Polytechnic University

Email: lep@mami.ru
ORCID iD: 0000-0002-5590-7422
SPIN 代码: 4412-6948

Professor, Cand. Sci. (Tech.), Professor of the Industrial Heat Power Engineering Department

俄罗斯联邦, Moscow

Nikolay Sosnovsky

Bauman Moscow State Technical University

Email: sosn60@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-3474-9058
SPIN 代码: 2272-9699

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Hydromechanics, Hydromachines and Hydro-Pneumoautomatics Department

俄罗斯联邦, Moscow

Van Nguyen

Bauman Moscow State Technical University

编辑信件的主要联系方式.
Email: thoigian226@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-0843-2738
SPIN 代码: 7676-2873

Postgraduate of the Hydromechanics, Hydromachines and Hydro-Pneumoautomatics Department

俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Kachanov IV, Ledyan YuP, Shcherbakova MK. Construction of high-speed vessels. In 3 Parts. P. 3. Hovercraft. Minsk: BNTU; 2015. (in Russ).
  2. Knyazev SI, Lomovskikh AE, Guliev ERO. Development of a stand to study the influence of the air coefficient on the energy and economic performance of internal combustion engines. Nauka i obrazovanie na sovremennom etape razvitiya: opyt, problemy i puti ikh resheniya. 2019;84–87. (in Russ).
  3. Kukharenok GM. Theory of working processes of internal combustion engines: a methodological guide for students of correspondence courses in the specialty “Internal combustion engines”. Minsk: BNTU; 2011. (in Russ).
  4. Brusilovsky IV. Aerodynamic designs and characteristics of TsAGI axial fans. Moscow; Nedra; 1978. (in Russ).
  5. Sosnovsky NG, Nguyen VH. Computational studies of the hydraulic transmission of a hovercraft. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroenie. 2023;4:46–54. (in Russ). doi: 10.18698/0536-1044-2023-4-46-54
  6. DIESEL-RK software [internet] Accessed: 05.09.2023. Available from: https://diesel-rk.com/
  7. Patent USSR 1673909 / 30.08.1991. Khokhlov FF, Shtyka MG, Shtyka AG. Sposob regulirovaniya moshchnosti dizelya. (in Russ). Accessed: 05.09.2023. Available from: https://patents.su/4-1673909-sposob-regulirovaniya-moshhnosti-dizelya.html
  8. Lepeshkin AV, Kurmaev RKh, Katanaev NK. Identification of the operation of the engine of a self-propelled machine for use in the mathematical model of its movement (on the example of the DT466 engine). Izvestiya MGTU «MAMI». 2007;1(2):68–73. (in Russ). doi: 10.17816/2074-0530-69558
  9. Lepeshkin AV, Nguyen V. To the question of the description of the internal combustion en-gine in the mathematical model of the lifting system of the hovercraft (on the example of the ZMZ-51432.10 CRS engine). Izvestiya MGTU MAMI. 2023;17(2):107–114. (in Russ). doi: 10.17816/2074-0530-472097
  10. Sosnovsky NG, Brusov VA, Nguyen VKh. Modeling of a hydraulic drive with volumetric control of an amphibious vehicle. Inzhenernyy zhurnal: Nauka i innovatsii. 2021;11(119). (in Russ). doi: 10.18698/2308-6033-2021-11-2127
  11. Brusov VA, Merzlikin YuYu, Men’shikov AS. Development of a control system for the hydraulic system parameters of a vehicle with a combined chassis on an air cushion. Trudy NAMI. 2021;(1):35–46. (In Russ). doi: 10.51187/0135-3152-2021-1-35-46
  12. Sosnovsky NG, Nguyen VH. Computational studies of the hydraulic transmission of a hovercraft. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroenie. 2023;4:46–54. (in Russ). doi: 10.18698/0536-1044-2023-4-46-54

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Principal block diagram of the hovercraft lift system: — adjustment parameter of the engine operating mode; g — cyclic fuel delivery; еМе — rotation velocity and torque transmitted from the engine; вМв — rotation velocity and torque of the fan; h — hovercraft lift height; Q — air flow rate; п — excessive pressure in the air-cushion; п — the hovercraft motion conditions coefficient.

下载 (57KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Head and rate characteristic of the OV-109 fan at various rotation velocities: point I — the required operation point; η — fan efficiency.

下载 (143KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Principal scheme of the hydrostatic transmission of the hovercraft lift system: 1 — the ZMZ-51432.10 CRS engine; 2 — the Danfoss non-adjustable axial piston pump; 3 — flow from a feeding pump; 4 — a hydraulic line; 5 — the Danfoss non-adjustable axial-piston hydraulic motor; 6 — an axial fan; 7 — a feeding valve.

下载 (48KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Transient processes at п decreasing: a — engine adjustment parameter ; b — signal п; c — engine rotation velocity д; d — fan rotation velocity в; e — fan efficiency ηв; f — hovercraft height above the ground h; g — engine power Ng.

下载 (452KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Transient processes at п increasing: a — engine adjustment parameter ; b — signal п; c — engine rotation velocity д; d — fan rotation velocity в; e — fan efficiency ηв ; f — hovercraft height above the ground h; g — engine power Ng .

下载 (444KB)
索引源数据

版权所有 © Eco-Vector, 2023

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».