动力性计算.docx
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动力性计算
坦克学大作业
姓名：
万超斌
班级：
03121102
学号：
1120110705
动力学作业-2014年
一、已知条件：
1.发动机外特性
表1发动机的外特性数据
nf（r/min）
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2300
Pf（kW）
474
589
697
792
867
918
935
935
Tf（Nm）
4531
4690
4754
4725
4601
4384
4059
3882
最大功率点时发动机风扇损失功率Ps=116kW。
空气滤清器、排气装置的功率损失在合理的范围内自己选取。
2.传动简图：
齿轮啮合次数4-6次。
（自己选取）。
3.各挡传动比：
前传动比：
iq=0.68；
变速箱传动比：
ib1=7.353ib2=3.783ib3=2.713ib4=1.945ib5=1.395ib6=1；
侧传动传动比：
ic=5.387。
4.车重：
战斗全重时质量M=25吨。
5.履带中心距：
B=2.79m主动轮半径：
rz=0.318m。
6.主离合器的储备系数为β=2.0。
7.坦克高（地面至炮塔顶）：
2.19m空气阻力系数：
CD=0.5。
8.各挡离合器结合时质量增加系数
ib1
ib2
ib3
ib4
ib5
ib6
3.903
1.823
1.539
1.394
1.304
1.257
9.二挡起步，起步挡加速第一阶段末的发动机转速为其最大扭矩点的转速，并假设起步挡离合器分离时的质量增加系数为1.2。
不考虑其他挡位的加速第一阶段。
二、作业
1、根据已知条件绘制发动机的外特性曲线。
2、根据已知条件做出该坦克的动力特性曲线。
3、绘制该坦克的1/a-v曲线，计算在良好路面上0~32km的加速时间，计算加速距离，并对其加速性、起步性做出评价。
三、要求
1.每人独立完成作业；
2.作业中应明确所用公式及所选参数；
3.作业书写工整，规范，用纸标准；
4.使用计算机，交作业时要附程序。
解答：
1.根据已知条件绘制发动机的外特性曲线：
2.根据已知条件做出该坦克的动力特性曲线：
（1）计算格挡理论速度
根据公式
可计算出各挡理论速度：
转速\档位
一档
二档
三档
四档
五档
六档
1000
4.4509
8.6512
12.0632
16.8265
23.4606
32.7275
1200
5.3411
10.3814
14.4758
20.1918
28.1527
39.2730
1400
6.2313
12.1117
16.8885
23.5571
32.8448
45.8185
1600
7.1214
13.8419
19.3011
26.9223
37.5369
52.3640
1800
8.0116
15.5722
21.7138
30.2876
42.2290
58.9095
2000
8.9018
17.3024
24.1264
33.6529
46.9211
65.4550
2200
9.7920
19.0326
26.5391
37.0182
51.6132
72.0005
2300
10.2371
19.8978
27.7454
38.7009
53.9593
75.2732
（2）计算各挡效率：
动力装置的效率ηd:
设空气滤清器损失2%，排气损失2%，散热功率损失根据公式
计算，动力装置的效率为
转速10001200140016001800200022002300
ηd0.97990.97200.96250.95070.93590.91690.89140.8759
传动装置的效率η-ch:
设传动部分一共进行5次啮合，取啮合效率为96%，得到效率为：
行动装置的效率η-x:
根据
可计算出相应速度的行动效率
转速\档位
一档
二档
三档
四档
五档
六档
1000
0.9424
0.9353
0.9295
0.9214
0.9101
0.8944
1200
0.9409
0.9324
0.9254
0.9157
0.9021
0.8832
1400
0.9394
0.9294
0.9213
0.9100
0.8942
0.8721
1600
0.9379
0.9265
0.9172
0.9042
0.8862
0.8610
1800
0.9364
0.9235
0.9131
0.8985
0.8782
0.8499
2000
0.9349
0.9206
0.9090
0.8928
0.8702
0.8387
2200
0.9334
0.9176
0.9049
0.8871
0.8623
0.8276
2300
0.9326
0.9162
0.9028
0.8842
0.8583
0.8220
计算总效率η：
转速\档位
一档
二档
三档
四档
五档
六档
1000
0.7530
0.7473
0.7426
0.7362
0.7272
0.7146
1200
0.7457
0.7390
0.7334
0.7257
0.7150
0.7000
1400
0.7372
0.7294
0.7230
0.7141
0.7017
0.6844
1600
0.7270
0.7182
0.7110
0.7009
0.6869
0.6674
1800
0.7145
0.7047
0.6968
0.6856
0.6701
0.6485
2000
0.6989
0.6883
0.6796
0.6675
0.6506
0.6271
2200
0.6784
0.6670
0.6577
0.6448
0.6267
0.6015
2300
0.6661
0.6543
0.6448
0.6315
0.6130
0.5871
（3）计算各挡空气阻力Rk（N）：
取m=0.8，则迎风面积
。
空气阻力系数
。
转速\档位
一档
二档
三档
四档
五档
六档
1000
2.2893
8.6487
16.8160
32.7178
63.6026
123.7722
1200
3.2965
12.4541
24.2151
47.1136
91.5877
178.2320
1400
4.4869
16.9514
32.9594
64.1269
124.6610
242.5935
1600
5.8605
22.1407
43.0490
83.7575
162.8226
316.8568
1800
7.4172
28.0218
54.4839
106.0056
206.0723
401.0219
2000
9.1570
34.5948
67.2641
130.8711
254.4103
495.0888
2200
11.0800
41.8597
81.3896
158.3541
307.8365
599.0574
2300
12.1102
45.7516
88.9568
173.0771
336.4576
654.7549
（4）计算各挡计算牵引力Fj（1.0e+05*N）：
转速\档位
一档
二档
三档
四档
五档
六档
1000
2.8898
1.4755
1.0516
0.7473
0.5295
0.3730
1200
2.9625
1.5103
1.0750
0.7626
0.5389
0.3782
1400
2.9686
1.5110
1.0742
0.7606
0.5361
0.3748
1600
2.9097
1.4787
1.0499
0.7420
0.5216
0.3633
1800
2.7846
1.4130
1.0019
0.7068
0.4955
0.3437
2000
2.5954
1.3149
0.9311
0.6556
0.4583
0.3167
2200
2.3324
1.1798
0.8343
0.5864
0.4088
0.2813
2300
2.1901
1.1069
0.7823
0.5493
0.3824
0.2625
（5）计算各挡动力因数D：
坦克质量50吨，则重力
0.57800.29510.21030.14940.10580.0743
0.59250.30200.21500.15240.10760.0753
0.59370.30220.21480.15200.10700.0745
0.58190.29570.20990.14820.10400.0720
0.55690.28250.20030.14110.09870.0679
0.51910.26290.18610.13090.09120.0623
0.46650.23590.16670.11700.08110.0551
0.43800.22130.15630.10950.07580.0512
根据D-vi值画出动力特性：
3.1绘制1/a-v曲线
设路面滚动阻力系数
。
且已知各挡离合器结合时质量增加系数
ib1
ib2
ib3
ib4
ib5
ib6
3.903
1.823
1.539
1.394
1.304
1.257
1.37831.39921.10650.78480.50430.2732
1.41551.43731.13680.80650.51830.2807
1.41871.43811.13560.80340.51350.2743
1.38851.40271.10390.77650.49070.2547
1.32441.33051.04140.72560.45000.2223
1.22741.22270.94920.65180.39230.1778
1.09261.07440.82330.55200.31550.1198
1.01970.99450.75560.49860.27460.0891
0.72550.71470.90381.27421.98293.6599
0.70640.69570.87971.23991.92923.5627
0.70490.69530.88061.24471.94733.6461
0.72020.71290.90591.28792.03783.9258
0.75510.75160.96031.37822.22214.4988
0.81470.81781.05351.53422.54885.6258
0.91520.93071.21471.81143.16958.3499
0.98061.00551.32352.00553.641911.2238
根据1/a-v值可画出1/a-v曲线：
3.2计算在良好路面上0~32km的加速时间
坦克二挡起步，只考虑二挡滑磨阶段，则加速过程可分为6阶段：
二档滑磨加速阶段，二档特性曲线加速阶段，二档换三档减速阶段，
三档特性曲线加速阶段，三档换四档减速阶段，四档特性曲线加速阶段
（1）二档滑磨加速阶段：
是起步挡离合器分离时的质量增加系数，为1.2；
是主离合器的储备系数，为2.0；
是发动机最大扭矩点时所对应的动力因数，计算得到，
；路面滚动阻力系数
。
算出加速第一阶段的加速度
，由于起步挡加速第一阶段末的发动机转速为其最大扭矩点的转速，于是找出二挡转速1400r/min所对应的速度即为加速第一阶段末的速度，找到v=12.1117km/h。
二档滑磨加速阶段的加速时间为
（2）二档特性曲线加速阶段：
各挡加速第二阶段的终速度
：
10.237119.897827.745438.700953.959375.2732
对1/a-v曲线，使用微元法积分，积分范围为：
[12.1117,19.8978]
（3）二档换三档减速阶段
，设换挡时间为1s，则根据公式
可得各挡加速第三阶段的终速度
：
9.037218.697926.545537.501052.759474.0733
（4）三档特性曲线加速阶段
同二档特性曲线加速阶段，积分范围为：
[18.6979，27.7454]
（5）三档换四档减速阶段
换挡时间为1s，换挡终速度为26.5455km/h
（6）四档特性曲线加速阶段
同二档特性曲线加速阶段，积分范围为：
[26.5455,32]
加速总时间
3.3计算加速距离
滑磨阶段和换挡阶段是匀加（减）速阶段，距离可以根据
计算，特性曲线加速阶段的距离则可根据v-T曲线积分得出
滑磨阶段：
特性曲线加速阶段：
二挡加速距离
三挡加速距离
四挡加速距离
换挡阶段：
整个加速阶段的加速距离：
3.4评价
该车能够在低速时能很快加速到一个较大的速度，能实现快速起动。
0~32km/h的加速时间为9.1078s，与国外差距不大。
0~32kn/h的加速距离为55.6119m，加速性能良好。
该车在二挡市D较大，可以直接二挡起步，当路面情况较差时，可使用一挡起步。
MatLab程序
发动机外特性曲线
>>nf=[1000,1200,1400,1600,1800,2000,2200,2300];
>>pf=[474,589,697,792,867,918,935,935];
>>tf=[4531,4690,4754,4725,4601,4384,4059,3882];
>>plotyy（nf,pf,nf,tf）
>>title（'发动机外特性'）
>>xlabel（'转速nf（r/min）'）
>>ylabel（'功率Pf（kW）扭矩Tf（N.m）'）
>>legend（'功率','扭矩'）
坦克动力特性曲线
计算各档理论速度
>>i=[7.3533.7832.7131.9451.3951].*5.387.*0.68;
>>i_1=1./i;
>>vi=0.377.*0.318.*（nf'）*i_1;
>>vi
效率
a=nf./2300;
ps=116.*（a.^3）;
nd=1-ps./pf;
n_ch=0.96^5;
n_x=0.95-0.0017.*vi;
n_d=[nd'nd'nd'nd'nd'nd'];
n=n_d.*n_x.*n_ch;
各挡空气阻力Rk
>>A=0.8*2.79*2.19;
>>Rk=0.5*A*（vi.^2）./21.15;
格挡计算牵引力Fj
i=[i_0;i_0;i_0;i_0;i_0;i_0;i_0;i_0];
Tf=[tf'tf'tf'tf'tf'tf'];
Fj=Tf.*i.*n/0.318;
动力因数D
D=（Fj-Rk）/500000;
绘制动力特性曲线
d=rot90（D）//让D矩阵逆时针转90°
d1=d（6,1:
8）;
d2=d（5,1:
8）;
d3=d（4,1:
8）;
d4=d（3,1:
8）;
d5=d（2,1:
8）;
d6=d（1,1:
8）;
v=rot90（vi）;
v1=（6,1:
8）;
v1=v（6,1:
8）;
v2=v（5,1:
8）;
v3=v（4,1:
8）;
v4=v（3,1:
8）;
v5=v（2,1:
8）;
v6=v（1,1:
8）;
plot（v1,d1,v2,d2,v3,d3,v4,d4,v5,d5,v6,d6）
xlabel（'速度/（km/h）'）
ylabel（'D'）
title（'发动机动力特性'）
绘制1/a-v曲线
ib_i=[3.9031.8231.5391.3941.3041.257];
ib=[ib_i;ib_i;ib_i;ib_i;ib_i;ib_i;ib_i;ib_i];
k=10*（D-0.04）;
x2=k./ib;//x2表示
Y=1./x2;//Y表示
y=rot90（Y）;
y1=y（6,1:
8）;
y2=y（5,1:
8）;
y3=y（4,1:
8）;
y4=y（3,1:
8）;
y5=y（2,1:
8）;
y6=y（1,1:
8）;
plot（v1,y1,v2,y2,v3,y3,v4,y4,v5,y5,v6,y6）
xlabel（'速度/（km/h）'）;
ylable（'1/a'）;
ylabel（'1/a'）;
title（'1/a--v曲线'）;
各挡加速第二阶段的终速度
v2max=vi（8,1:
6）;
各挡加速第三阶段的终速度
v3min=v2max-3.6*0.3333;
计算0~32km的加速时间
t1=12.1117/（3.6*4.667）;
t2=int（sym（'-1.029e-06*x^5+9.556e-05*x^4-0.003087*x^3+0.04902*x^2-0.3924*x+1.954'）,'x',[12.1117,19.8978]）;
t3=int（sym（'9.29e-06*x^4-0.0006077*x^3+0.01685*x^2-0.2229*x+2.01'）,'x',[18.6979,27.7454]）;
t4=int（sym（'5.09e-06*x^4-0.0004697*x^3+0.01778*x^2-0.3146*x+3.364'）,'x',[26.5455,32]）;
t=t1+（t2+t3+t4）/3.6+2;
计算加速距离
绘制v-T曲线
T=v.*y;
T1=T（6,1:
8）;
T2=T（5,1:
8）;
T3=T（4,1:
8）;
T4=T（3,1:
8）;
T5=T（2,1:
8）;
T6=T（1,1:
8）;
plot（v1,T1,v2,T2,v3,T3,v4,T4,v5,T5,v6,T6）
计算各阶段加速距离
s1=12.1117^2*0.5/（4.667*3.6^2）;
s2=int（sym（'1.547e-06*x^5+0.0004293*x^4-0.0198*x^3+0.3502*x^2-2.23*x+9.608'）,'x',[12.1117,19.8978]）;
s2=s2/3.6^2;
s3=int（sym（'0.0003161*x^4-0.01916*x^3+0.464*x^2-4.395*x+23.33'）,'x',[18.6979,27.7454]）;
s3=s3/3.6^2;
s4=int（sym（'0.0002384*x^4-0.02085*x^3+0.7165*x^2-10.09*x+68.57'）,'x',[26.5455,32]）;
s4=s4/3.6^2;
s5=（19.8978^2-18.6979^2）*0.5/（0.3333*3.6^2）;
s6=（27.7454^2-26.5455^2）*0.5/（0.3333*3.6^2）;
s0=s1+s2+s3+s4+s5+s6;
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