CN102483316A - 在陆面及水面行驶的两栖战斗车辆 - Google Patents

Abstract

一种能够在水面上运动的两栖战斗车辆，包括配置在所述两栖战斗车辆的前部的前刨平轨道履带，后驱动轨道履带，配置在所述两栖战斗车辆的侧部侧浮筒，设置在所述两栖战斗车辆的后部的后浮筒，所述浮筒辅助设定所述两栖战斗车辆的浸没线于预定值，以及一组相同引擎，其推动所述两栖战斗车辆以充分的速度在水面和陆面上运动。

Description

在陆面及水面行驶的两栖战斗车辆

技术领域

本发明的实施面涉及一种能够在陆面及水面上行驶的两栖战斗车辆。 

背景技术

在21世纪，由于敌岸可能装备有50Km射程的大炮或者80Km射程的导弹，所以两栖操作严重依赖于超视距(Over-The-Horizon)策略。因此，众所周知的是，超视距操作可始于离敌岸100Km外，登陆所述海岸并压制所述海岸的武装部队的火力以部署己方陆战队员安全登陆。可在90分钟内理想地实施该类操作以部署后续力量。作为一个关键角色，两栖战斗车辆可完美地满足这些战斗需求。 

传统的两栖战斗车辆在水中像船只那样经由水波行进。在另一个例子中，两栖车辆在水面上滑行，并由多个大功率喷水器推动。 

进一步，还有其他公知的在水面上穿越水体的例子。例如，蛇怪蜥蜴能够利用提升力在水面上奔跑，所述提升力这里称之为冲量。所述蛇怪蜥蜴在拍击和打击的阶段每秒钟迈步大约20次。第二个示例可通过朝水面抛一个圆形扁平鹅卵石以跳跃和弹起多次直至其落入水面之下来演示。所述鹅卵石之所以绕水面“跳跃”的原因是在所述鹅卵石撞击水面的瞬间，由于摩擦力在接触水面的过程中非常高使得鹅卵石能够稳定其自身。也就是，鹅卵石维持没有跳跃和弹起的停顿状态至一定高度。 

关于所述跳跃的鹅卵石，在其落在水面下之前最后的弹起演示了冲量现象。水面上的冲量使得所述鹅卵石停留在水面上，由与其自身重量相当的力支撑。所述蛇怪以及所述鹅卵石演示了牛顿物理学的基本法则，动量的变化等于冲量(力乘以时间)。因此，所述鹅卵石以及蛇怪蜥蜴能够停留在水面上的提升力之源来自于通过供给动量而产生的冲量。 

发明内容

技术问题 

本发明不仅能够解决技术和能力的传统限制，其由支撑传统舰船重量的浮力、提升力以及空气压力组成，并且此类两栖技术还能够顺应21世纪登陆操作的要求。 

基于牛顿物理学中“动量的变化等于冲量”这一自然规律，本发明旨在具有通过更高速度移动而能够具备高速、高安全、高效、高舒适度以及大容量的功能，也就是，由于所述提升力而在水面上刨平和行进，所述提升力在一定临界速度上而产生。本发明另一目的在于使得由内燃机操作的履带像普通车辆在陆面上操作一样，以通过提升力维持车辆自身重量，所述提升力通过其在水面上的冲击超过一定临界速度而产生，并能够使得通过所述履带与水面之间的滚动摩擦力而在水面上行驶的速度更高。 

因此，本发明提供给所述两栖战斗车辆，所述两栖战斗车辆被指定用于执行作为21世纪两栖操作需求的“超视距”操作。 

为了实现所有的目的，本发明开发的履带，在水面上刨平和行进，其通过沿着垂直方向的提升力在水面上支撑自身重量，并且通过水平滚动摩擦力而行驶。 

技术方案 

为了实现本发明的目的，本发明的基本法则始于自然界中发生的两个示例。这参考蛇怪蜥蜴在水面上奔跑以及抛向水面的石头从水面向上弹起数次并在一定时间内的停留之后而最终以一定速度下沉。应用牛顿物理学中“动量的变化等于冲量”的自然规律。这两个自然现象的解释用于证明本发明的可实施性。 

技术效果 

如上所述，本发明能够提供在水面上刨平并行进的两栖战斗车辆，其能够执行21世纪登陆操作。 

附图说明

从对说明本发明的主旨及其使用的优选实施例和附图的以下描述来看，本发明的以上和其它目的、特点和优点将是显而易见的，在附图中： 

图1为通过刨平及行进履带在水面上以超过临界速度行驶的两栖战斗车辆的第一实施例的代表图。 

图2为具有在浸没线下的水中移动的额外浮力装置的第一实施例示意图。 

图3为在适当位置提供有额外浮力装置的第一实施例的侧视图、主视图以及后视图(a，b和c)。 

图4为所述额外浮力装置的俯视图。 

图5为额外浮力装置的仰视图。 

具体实施方式

通过参照附图并结合以下说明书进行阅读，本发明的实施例将非常显而易见并且易于理解。 

图1为第一实施例的示意图。图1示出了以比临界速度高的速度行驶的两栖战斗车辆。所述车辆的前履带构造有左右手侧组件，所述左右手侧组件包括两个成排的四件轮胎以及两个刨平低轨道(planning low tracks)11，其刨平迎面而来的水波并通过滚动摩擦力而旋转。进一步，所述后履带构造有左右手侧组件，其包括两个成排五件轮胎10以及两个驱动高轨道，所述高驱动轨道使得所述两栖战斗车辆100通过滚动摩擦力在水面上行驶。 

以下情形使得所述两栖战斗车辆在水面上行驶。轨道接触水面的全面积设为“A”，车辆的重量设为“W”。进一步，示范车辆在水面上能够行驶的速度设为“V_C”。阻力通过以下公式来计算。 

$D=\frac{1}{2}x{\mathrm{\ρ}}_W\mathrm{xAx}{V}_C^{3}x{C}_D---\left(1\right)$

在上述公式(1)中，“ρ_w”为水的密度。该使得所述两栖战斗车辆100停留在水面上的特定情形为所述车辆轨道与水面的接触面积可通过相等压力“P”支撑所述车辆的总重量。也就是， 

P×A＝W        (2) 

在两栖战斗车辆100在水面上行驶的临界速度，由于动量的变化等于冲量，可得到下列公式。 

$\mathrm{Dx\ΔT}=\frac{W}{g}x{V}_C---\left(3\right)$

此时，假设所述两栖车辆100通过库伦滚动摩擦力“μ”在水面上行驶，所述公式(2)和(3)满足一下关系。 

D＝μ×W       (4) 

其中，所述两栖车辆100在水面上行驶的情形意味着车辆的所述轨道表面 应该和水面一起在没有滑动的情形下转动。 

也就是说， 

μ＝1.0             (5) 

由于用于高速履带的所述阻力的系数“C_D”为1.0，所述两栖战斗车辆100在水面上行驶的临界速度“V_C”通过以下公式来给定： 

$V_C=\sqrt{\frac{2\mathrm{xW}}{{\mathrm{\ρ}}_W\mathrm{xA}}}---\left(6\right)$

如上所述，一旦获得所述临界速度“V_C”，停留时间“ΔT”可通过下述公式估算， 

$\mathrm{\ΔT}=\frac{V_C}{g}---\left(7\right)$

以临界线速度“V_C”旋转的所述轨道履带缠绕的轮胎的半径“R”由下述公式给定。 

$R=\frac{\mathrm{gx\Δ}{T}^2}{\mathrm{\π}}---\left(8\right)$

所述两栖战斗车辆100需要用来在水面上行驶的轨道履带的接触面积“A”通过以下公式给定： 

$A=\frac{2\mathrm{xW}}{{\mathrm{\ρ}}_{W}x{V}_C^2}---\left(9\right)$

通过公式(1)至(9)，可设计在水面上行驶的战斗车辆100。假设所述在水面上的操作最大速度为“V_M”，所对应的期望功率“HP”可通过下述公式估算。 

$\mathrm{HP}=\frac{\mathrm{Wx}{V}_M+\frac{1}{2}x{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Air}}x{A}_{F}x{V}_M^3}{755}---\left(10\right)$

在上述公式中，“ρ_Air”为空气密度，“A_F”为所述两栖车辆100的正面面积。由于使用上述公式估算的所述轮胎的直径给定为0.75m，所述两栖战斗车辆100能够以比13km/hr的临界速度更快的速度在水面上行驶。这里，所述临界速度为公式(6)所表达的函数。由于所述轨道在通过发动机提供功率旋转的时候产生的表面张力以及通过所述功率的连续供给提供给所述轨道的动量支撑着所述车辆的总重量，所以所述两栖战斗车辆100能够在水面上行驶。 

在水面上的最大速度达到120km/hr的情况下，在此速度发动机所需功率可从在由于在以水面上的空气阻力而产生的阻力的相应速度下摩擦阻力的附加值获得。 

例如，如果所述相应车辆重30吨，所需要发动机马力为1650HP。可以说 这对于该车辆来说是足够充分的能量源以使得车辆该车辆基于道路的陆面情况以80km/hr的速度在陆面上行驶。 

图2为所述两栖战斗车辆100具有由后浮筒20以及侧浮筒21、22(图中未示出)产生的额外浮力帮助下设计的浸没线，并通过由后高轨道的旋转产生的排斥效应在水中以低于所述临界速度的速度处理。通过以这个方式处理，当它的速度达到所述临界速度的时候，本发明的刨平轨道开始从水中浮现，并且本发明的所述行驶轨道通过所述滚动摩擦力的作用而加速。这使得所述两栖战斗车辆100能够全力以赴执行超视距两栖操作所需速度的任务。 

上述应用所演示的，对于本发明的重量，所述两栖战斗车辆200重达30吨并且所述包括轨道轮胎的直径为0.75m。所述两栖战斗车辆200的优点在于通过以尽可能多的额外浮力将浸没线设定在0.375m以下而以临界速度从水中浮现。换句话说，如果包括后浮筒20以及侧浮筒21、22的所述战斗车辆的底面设为“S”，那么浸没线的期望高度“R”可通过下述公式来表示。 

$R=\frac{W}{{\mathrm{\ρ}}_W\mathrm{xgxS}}---\left(11\right)$

通过上述公式，能够估算所需额外浮力的量。 

图3表示所述两栖战斗车辆100的侧视图3a，其由左右两组轨道履带组成，所述刨平轨道11包括前面两组成排的四个轮胎10，所述行驶轨道12包括两个成排的五个轮胎10以在陆面和水面上处理。图3还表示作为额外浮力装置的后浮筒20以及左手侧浮筒21。所述主视图3b表示由低轨道11以及左右额外浮力装置21、22排列的前刨平轨道以及由高轨道形成的后行驶轨道剖视图。这里，需要注意的是，当所述两栖战斗车辆100在水面上以更高速度行驶的时候，所涉及系统的重心保持地尽可能低，并且位于张力中心前面，其将增大所涉及系统的行驶稳定性。 

图4为所述两栖车辆200的平面图，示出了配置后浮筒20以及左右侧浮筒21、22的方面，其受制于在水中以在临界速度下前进的情况。 

图5为所述两栖战斗车辆200的仰视图，示出了当其在水中在临界速度下行驶的时候，配置所述后浮筒20以及左右浮筒21、22。还示出了前刨平轨道11形成所述行驶轨道12的履带面。所述实施例的操作效果将结合其两栖操作的应用实例进行说明。 

一组既运输战斗武器又运输两栖战斗车辆的运输舰船从远离海岸的水平面开始两栖操作。因此，运输一小队战士的两栖战斗车辆从所述运输舰船的卸 载甲板上以高于临界速度的速度(13km/hr以上)驶到水面上，并且和30吨的重量一起加速并在水面上以120km每小时的速度直接驶向敌岸。在该车辆从甲板以低于临界速度的速度开始的情况中，所述两栖战斗车辆200侧面和后面配备浮筒，并且其发动机输出增加。进一步，所述后驱动轨道履带加速并旋转，以通过它的形成所述驱动轨道履带的高轨道的行驶冲量作用而向前，并且全部轨道履带随着所述前刨平轨道以所述临界速度(13km/hr)浮现而开始在水面上移动。此时，在将所述浮筒放回初始位置，所述车辆在水面上以120km每小时的更高速度加速移动。当其从水面接近陆面的时候，其基于陆面状况降低行驶速度并保持前进以从水面到达陆面。在使用由两栖车辆提供的火力压制敌岸之后，所述车辆指派所述战士作战。如果战斗状态不理想，在撤退的时候，保持所述陆面行驶速度(60km/hr，比13km/hr的水面临界速度大)，以同样速度，驶向水面，并且所述车辆加速并以120km/hr的最高速度在水面上行驶，最终返回所述运输舰船。因此，所述两栖战斗车辆100，在两栖操作的时候，在水面上以更高速度转移，并能够在陆面和水面之间无停顿的去和回。 

发明实施例 

如上所述，当两栖战斗车辆在水面上以高于临界速度的速度行驶的时候，所述前刨平轨道履带刨平所述起伏波浪，并且所述车辆通过后驱动轨道履带的推动力以更高速度在水面上行驶。因此，本发明两栖车辆的所述操作能够在水面上发动，并且引导所述装配武器和火力的两栖战斗车辆在操作时间内向敌岸驶去。 

能够操作所述车辆以在路面和水面之间的海岸以适应环境的速度移动而没有停顿，并且能够减少地方火力的打击。进一步，在所述车辆以高于临界速度的速度从运输舰船卸载甲板开始两栖操作的开始时间，可于开始以及在从海岸返回所述运输舰船的时候在水面上移动。因此，由于所述车辆的能力，所述操作时间可减小，以保持在陆地上的移动速度以接近并在水面上加速。 

很明显，本领域技术人员可在上述教导的启示下进行多种修改和变形。因此，可以理解的是，本发明除了说明书所说明的方式外，还可以权利要求书限定范围而实施。 

工业实用性 

通过利用上述发明效果，作为21世纪登陆操作必需装备的两栖战斗车辆可在陆面和水面之间无停顿的来和去。可以说通过缩短操作时间以及最大化车辆的生命力从而不存在战斗任务完美性的挫折。 

本发明混合在雪上作为休闲以及运动设备使用的雪上汽车，陆面摩托车以及水上摩托车等等的特征，能够实现这些设备所具有的功能和效果。 

最后，本发明为在水面上剖平和行驶的轨道履带系统，从而能够用于实现在水上的传统舰船和车辆的替换，并且具有更高的环境友好性和经济性。 

尽管已示出和描述了本发明的优选实施例，可以设想，本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改。 

顺序列表文本 

1.John W.Bush和David L.Hu“在水上行走：界面生物运动”Ann.Rev.Fluid Mech.2006，28，339-69。 

2.S.Tonia Hsieh和George V.Lauder“在水上奔跑：通过蛇怪蜥蜴产生的三维力”16784-16799 PNAS 2004年11月30日，101卷，48号。 

3.Lyderic Bocqet“石头跳跃的物理学”自然。 

4.William A.Johnsen“人行道表面设计改进”伍斯特理工学院论文，1997年12月19日。 

5.问题8“鹅卵石跳跃”昆士兰大学，2004。 

6.J.W.Glasheen和T.A.McMahon“蛇怪蜥蜴水面奔跑能力的尺寸依赖”实验生物学期刊199，2611-2618(1966)。 

Claims (6)

1.一种能够在水面上运动的两栖战斗车辆，包括：

前刨平轨道履带，配置在所述两栖战斗车辆的前部，所述前刨平轨道履带在所述两栖战斗车辆上配置得比后驱动轨道履带相对低；

侧浮筒，配置在所述两栖战斗车辆的侧部，其辅助设定所述两栖战斗车辆的浸没线于预定值；

后浮筒，设置在所述两栖战斗车辆的后部；以及

一组相同的引擎，其推动所述两栖战斗车辆以充分的速度在水面和陆面上运动。

2.如权利要求1所述的两栖战斗车辆，

其中所述前刨平轨道履带每排包括四个轮胎，其通过液压制动系统操纵，并且

其中所述前刨平轨道履带浮于水面上并且通过滚动摩擦力而在水面上运动。

3.如权利要求1所述的两栖战斗车辆，

其中具有高轨道的所述后驱动轨道履带每排包括五个轮胎，其通过发动机的传递由驱动轴而驱动，

并且

其中，在临界速度下，所述后驱动轨道履带通过在水中的高轨道的反作用而推进，并且一旦所述后驱动轨道履带以比临界速度高的速度驱动，所述后驱动轨道履带通过滚动摩擦力在水面上行驶。

4.如权利要求1所述的两栖战斗车辆，

其中，在临界速度下，低于浸没线的所述侧浮筒以及后浮筒被展开，以提供额外浮力，

其中，当所述两栖战斗车辆在临界速度上行驶的时候，所述侧浮筒以及后浮筒返回初始位置以促使所述两栖战斗车辆在水面上以更高速行驶。

5.如权利要求1所述的两栖战斗车辆，

其中需要以水面上最大速度操作的发动机组的功率由所述两栖战斗车辆的正面面积、所述水面上最大速度、所述两栖战斗车辆的重量、以及空气密度而决定。

6.如权利要求5所述的两栖战斗车辆，

其中所述两栖战斗车辆的重量包括3个船员以及17个负重武装人员的重量。

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