+
Труды Крыловского государственного научного центра
2018. — Выпуск 1(383)
Содержание:
+
Объект и цель научной работы. Объектом работы являются упругие муфты - виброизоляторы специальных конструкций, апробированные средства снижения величин динамических воздействий на приводные механизмы судовых пропульсивных комплексов. Цель статьи - обобщить данные об отечественных и мировых достижениях в области разработки конструкций, выбора материалов и методов расчета напряженно-деформированного состояния, прочности и диссипативных характеристик композитных упругих муфт, а также обозначить дальнейшие пути развития методологии создания и прогнозирования характеристик данных устройств и области их рационального применения. Материалы и методы. Основные выводы сделаны на основе методов системного анализа и системного подхода, а также принципов исторической преемственности и сравнимости российских и иностранных аналогов: конструкций, гипотез и расчетных схем.Основные результаты. Показана необходимость использования методов математического моделирования диссипативно-жесткостных характеристик и прочности при разработке конструкций композитных упругих муфт. Описаны существующие методы определения напряженно-деформированного состояния композитных конструкций, критерии прочности и методы прогнозирования диссипативных свойств.Заключение. При выборе рациональных составов и структур армирования упругих муфт наиболее проблемным является вопрос получения достоверной экспериментальной информации о влиянии температуры и влажности окружающей среды, циклического деформирования на упруго-диссипативные и прочностные свойства материалов. При этом существуют все предпосылки для появления новых вариантов конструктивного исполнения композитных упругих муфт: постоянно расширяется номенклатура связующих и армирующих материалов, активно развиваются универсальные программные комплексы, растет интерес к внедрению полимерных композиционных материалов даже в тех областях техники, где они ранее не использовались. Следует ожидать появления и более углубленной методологии прогнозирования характеристик виброизоляторов такой конструкции.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Объект и цель научной работы. Объектом работы являются сварные конструкции морской техники, эксплуатируемые при температуре -40 °С и ниже. Новые международные и отечественные стандарты, регламентирующие вопросы прочности и надежности арктических нефтегазовых сооружений, требуют для обоснования необходимых запасов прочности выполнения расчетов предельной прочности конструкций с учетом возможного низкотемпературного снижения пластичности и трещиностойкости материалов и сварных соединений. Однако реализация этих требований пока не осуществима из-за нерешенности принципиальных вопросов, связанных с формулировкой критериев разрушения при наступлении предельного состояния конструкций. Вместе с тем действующие нормативные требования классификационных обществ к трещиностойкости сварных соединений таких конструкций обычно не удается выполнить по ряду технологических и экономических причин, что при формальном подходе ведет к запрету их эксплуатации при низких температурах. Целью работы является разработка критериев хрупкой и вязкой низкотемпературной прочности, решающая принципиальные вопросы предельной прочности сварных конструкций на основе использования новой методики прямого конечно-элементного расчета сварных конструкций на статическую прочность с учетом реально достигаемых показателей трещиностойкости и пластичности матерала сварных соединений.Материалы и методы. Метод расчета прочности предусматривает использование конечно-элементных процедур в сочетании со способами проверки прочности стальных конструкций по интегральным критериям хрупкого раз- рушения и предельного пластического деформирования.Основные результаты. Разработаны новые интегральные критерии хрупкого и вязкого разрушения, предназначенные для оценки предельной прочности конструкций. Показано, что использование новых интегральных критериев предельной прочности обеспечивает существенное повышение точности расчетов и создание необходимых условий для правильного выбора материалов, технологий изготовления и рационального конструирования морской техники, эксплуатируемой при низких температурах.Заключение. На основе разработанных новых критериев хрупкого и вязкого разрушения конструкций создан новый подход к расчету предельной прочности морской техники (в том числе нефтегазодобывающих платформ) на основе прямых вычислений. Такой подход является важным элементом системы обеспечения безотказности, эксплуатационной безопасности и технологии создания конструкций арктических судов и океанотехники. В результате выполнения работы созданы необходимые условия для правильного выбора материалов, технологий изготовления и рационального конструирования морской техники, эксплуатируемой при низких температурах.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Объект и цель научной работы. Исследование силы трения на несмачивающихся (гидрофобных) покрытиях на обтекаемой поверхности и их отличия от сил на смачиваемых поверхностях в одинаковых условиях опытов. Материалы и методы. В опытовом бассейне применительно к турбулентному режиму течения выполнены сооставительные экспериментальные исследования на вращающихся дисках, имеющих традиционные и водоотталкивающие (гидрофобные) покрытия.Основные результаты. Гидрофобные свойства покрытия не влияют на сопротивление трения обтекаемой поверхности. Определяющее влияние на сопротивление трения имеет шероховатость поверхности, которая зависит как от физических свойств используемого покрытия, так и от тщательности его обработки (шлифовки, полировки) исследуемой поверхности. Заключение. Полученные в работе экспериментальные данные о силах трения на гидродинамически гладкой поверхности практически совпадают с каноническими результатами испытаний дисков, представленными Г. Шлихтингом. Изменение сил трения на дисках при различных видах покрытий связано исключительно с изменением высоты элементов шероховатости на исследуемой поверхности. В результате есть все основания утверждать, что свойство гидрофобности покрытия не приводит к снижению сопротивления трения транспортных судов.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Объект и цель научной работы. Объектом научного исследования являются ледовые профили семейства ИК 82 и гидродинамически обтекаемые профили NACA 66-mod. Цель работы - анализ целесообразности применения метода испытаний ледовых гребных винтов с использованием искусственной шероховатости входящей кромки. Материалы и методы. Для проведения работы из оргстекла были изготовлены профили с размахом крыла 145,0 мм и длиной хорды 150,0 мм. В качестве искусственной шероховатости использовались корундовые частицы величиной 250 мкм. Область шероховатости - 2,5 % длины хорды (3,75 мм при длине хорды 150,0 мм). Работа была выполнена экспериментальным путем в гидродинамической трубе Крыловского центра, используемой для визуализации течений при малых скоростях потока. В качестве методов визуализации применялись метод подкрашенной жидкости и метод водородных пузырьков. Для фиксирования результатов испытаний использована высокоскоростная камера MEMRECAM GX-1. Видеосъемка выполнена при 125 кадрах в секунду. Основные результаты. При малых углах атаки, характерных для работы лопасти вблизи проектного режима гребных винтов, применение шероховатости приводит к турбулизации потока без качественного изменения обтекания профилей. Применение шероховатости на ледовых профилях при больших углах атаки, характерных для работы лопасти в зонах наибольшей подторможенности потока за корпусом, вызывает заметное изменение характера обтекания профилей с образованием отрывных структур. На тех же профилях без шероховатости подобных структур не наблюдается. Для гидродинамических профилей NACA 66-mod наличие шероховатости при больших углах атаки также приводит к определенным изменениям потока, но в этом случае крупномасштабных отрывных явлений не наблюдается и можно говорить о наличии явления нормальной турбулизации. Заключение. Выполнено сравнение картин обтекания двух типов профилей: ледовых - ИК 82 и гидродинамически обтекаемых - NACA 66-mod с применением искусственной шероховатости входящей кромки и без нее. Исследование показало, что испытания моделей ледовых гребных винтов на кавитационных установках следует проводить без использования искусственной шероховатости входящей кромки лопастей.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Объект и цель научной работы. В настоящее время по различным причинам часто возникает необходимость снижать частоту вращения гребных винтов в ущерб их КПД. В связи с этим практическую важность приобретает вопрос о существовании предела снижения частоты вращения гребных винтов при заданных диаметре, упоре и скорости движения (т.е. предела снижения окружных скоростей концов лопастей). Материалы и методы. В результате численного решения уравнений, связывающих индуктивный КПД ηi, относительную поступь λt и коэффициент нагрузки по упору C T для идеальных гребных винтов с переменным по Бетцу и равномерным по Н.Е. Жуковскому распределениями циркуляции вдоль радиуса удалось установить, что подобный предел существует. Его величина определяется критическим значением коэффициента упора гребного винта K Tкр, которое для гребных винтов с распределением циркуляции по Бетцу равна 1,93, а для гребных винтов типа НЕЖ (с распределением циркуляции по Н.Е. Жуковскому) - 1,295. Основные результаты. При K T > K Tкр гребные винты обоих типов перестают выполнять функции движителя и превращаются в механизм для преобразования подводимой к нему энергии в энергию вращения струи. Значения индуктивного КПД для указанных значений K Tкр практически равны 50 % индуктивного КПД идеального движителя во всем диапазоне изменения C T от нуля до бесконечности. При K T = 0 индуктивные КПД обоих типов гребных винтов обращаются в индуктивный КПД идеального движителя, который зависит только лишь от величины C T. Для практического пользования результаты вычислений ηi ( C T, K T) для ряда дискретных значений K T в диапазоне 0÷ K Tкр представлены в виде графиков для обоих типов гребных винтов. Также представлены результаты вычислений, характеризующие темпы снижения окружных скоростей концов лопастей для гребных винтов при росте K T от 0 до K Tкр для ряда дискретных значений C T, и результаты вычислений относительного радиуса ступицы для гребных винтов типа НЕЖ, нарастающего от 0 для K T = 0 до 0,66 для K T = K Tкр = 1,295. Заключение. Все перечисленные материалы позволяют разработчикам гребных винтов определять потери КПД и возрастание радиусов ступицы при снижении окружных скоростей до минимальных значений, определяемых величиной K Tкр.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Объект и цель научной работы. Цель работы - оценить влияние стойки колонки на поле скоростей в потоке, натекающем на лопасти при различных значениях поступи гребного винта. В качестве объекта исследования выбрана плохообтекаемая ледовая движительно-рулевая колонка (ДРК) с вращающимся гребным винтом. Материалы и методы. Расчет проводился в программном пакете Star CCM+. Рассматривалось трехмерное ламинарно-турбулентное нестационарное обтекание модели ДРК вязкой несжимаемой жидкостью. Для описания ламинарно-турбулентного течения вместе с RANS-моделями турбулентности использовалась модель ламинарно- турбулентного перехода Gamma Re Tetta. Для расчета обтекания ДРК потоком вязкой несжимаемой жидкостью необходимо было решать уравнения Навье - Стокса, осредненные по Рейнольдсу (RANS). Для определения параметров турбулентности использовалась модель k - w SST. Основные результаты. Расчеты, выполненные RANS-методом для различных скоростей обтекания колонки в отсутствие гребного винта, показали, что в этом случае распределение вызванной скорости перед стойкой не зависит от скорости обтекания (т.е. работает модель потенциального обтекания профиля стойки). Распределения окружной скорости в диске гребного винта показали, что наличие стойки приводит к погрешности в определении минимальной скорости около 4 % в зонах малонагруженных винтов ( J = 0,6), и около 9 % в зоне 50 % подторможенности потока в следе за корпусом, что соответствует поступи J = 0,3. Заключение. Проведенное исследование позволило оценить эффект влияния стойки тянущей ледовой колонки на условия обтекания лопастей гребного винта. Исходя из данной оценки, возникает необходимость некоторого смещения расчетной кавитационной диаграммы влево при проектировании винта (до 10 % локальной мгновенной поступи при характерном значении максимальной подторможенности потока, натекающего на колонку, порядка 50 %).
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Объект и цель научной работы. Объектом работы является система управления протяженной геологоразведочной антенной, буксируемой в своем рабочем режиме, т.е. движущейся на прямом курсе и проводящей сканирование морского дна. Цель состоит в разработке эффективного алгоритма согласованного управления всей совокупностью кондепов антенны для обеспечения заданного коридора ее движения по глубине. Материалы и методы. С учетом физических особенностей поведения геологоразведочной антенны в рабочем режиме движения проводится линеаризация уравнений динамики протяженных связей, определяется математическая модель динамики антенны, имеющей в своем составе совокупность кондепов, и после анализа структуры возмущающих сил отбрасываются несущественные компоненты возмущения. Оставшиеся значимые компоненты возмущающих сил прини- маются во внимание при разработке алгоритма согласованного управления кондепами антенны, опирающегося на численное решение последовательного ряда нелинейных краевых задач для каждой секции антенны между кондепами и на определение потребных управляющих сил для всех кондепов с учетом изменяющихся натурных условий.Основные результаты. Получен и обоснован эффективный алгоритм согласованного управления кондепами геологоразведочной антенны, решающий задачу движения кондепов в рабочем режиме в заданном коридоре глубин с учетом основных возмущающих факторов. Характерной особенностью разработанного алгоритма управления является минимальная потребная затрата энергии аккумуляторов кондепов косы геологоразведочной антенны.Заключение. Проведенные теоретические исследования позволили разработать корректную математическую мо- дель динамики геологоразведочной антенны, имеющей в своем составе совокупность кондепов, опираясь на которую был создан алгоритм согласованного управления всеми кондепами. Рассмотренный в статье вариант алгоритма управления совокупностью кондепов предполагает, что система автоматического управления должна находиться на судне-буксировщике в единственном числе для всей косы антенны, удобна для практической реализации и не требует для своей работы формирования сложного управляющего, многофакторного сигнала.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Объект и цель научной работы. Объектом работы является гребной электропривод, входящий в состав системы электродвижения универсального атомного ледокола проекта 22220, находящегося в стадии строительства. Цель работы заключается в создании компьютерной модели гребного электропривода ледокола, представляющего собой частотно-регулируемый электропривод с алгоритмом векторного управления. Модель предназначена как для анализа электромеханических процессов, протекающих каналах электропривода, так и для синтеза его системы управления. Материалы и методы. Исходными материалами являются научно-техническая информация, представленная в трудах, посвященных теории электропривода, а также личные наработки и многолетний опыт, накопленный авторами в ходе проведения НИР и ОКР по разработке судовых систем электродвижения. Решение поставленной задачи базируется на возможности моделирования электромеханических устройств и систем различного назначения средствами прикладной компьютерной программы Simulik и библиотеки блоков Sim Power Systems пакета MatLab. Основные результаты. Создана компьютерная модель гребного электропривода универсального атомного ледокола проекта 22220, которая позволяет производить исследование электромеханических процессов, протекающих в различных режимах его работы. Получены виртуальные осциллограммы (токов, напряжений, частоты вращения, мощности, электромагнитного момента и пр.), характеризующие работу электропривода в режимах регулирования частоты вращения, регулирования мощности, изменения направления вращения, прокрутки вала, фрезерования льда, заклинивания винта, сбросе и набросе статического момента нагрузки. Разработанная компьютерная модель может также использоваться в процессах корректировки программного продукта, закладываемого в микропроцессорную систему управления гребным электроприводом (необходимость такой корректировки возникает при проведении пуско- наладочных работ перед сдачей судна в эксплуатацию). Заключение. Модель гребного электропривода ледокола проекта 22220 является инженерным инструментом, позволяющим уже на ранних стадиях технического проектирования производить исследование и анализ электромеханических процессов, результаты которых необходимы для проведения корректного выбора оборудования, входящего в состав электропривода. Разработанная модель после соответствующей корректировки может быть использована при техническом проектировании гребных электроприводов систем электродвижения ледокольных судов других проектов.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Объект и цель научной работы. Объектом исследования в данной работе является двигатель с внешним подводом теплоты по циклу Стирлинга. Цель исследований - создание метода согласования параметров во внешнем нагревательном контуре с учетом требований по эффективности, удельной мощности и экологии. Материалы и методы. Работа выполнена на базе методов теории сложных систем, классической термодинамики, тепломассообмена. Основные результаты. Сформулированы актуальные задачи по повышению эффективности внешнего контура двигателя Стирлинга, такие как повышение температуры в пространстве горения, повышение температуры теплообменных поверхностей нагревателя при уменьшении ее неравномерности во внешнем контуре; повышение эффективности нагревателя при уменьшении его габаритов, применение в нагревателе систем косвенного нагрева, комбинированного теплообмена, постановка задачи неравномерного нагрева в тонких толстостенных трубках нагревателя. Заключение. Полученные результаты позволяют сформулировать задачи на моделирование рабочих процессов в пространстве горения с вариативным расположением отдельных элементов с учетом заданных граничных условий для камеры сгорания двигателя Стирлинга.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Объект и цель научной работы. Исследование влияния резонирующих полосовых вибропоглотителей(РПВ) на вибрации трубчатой конструкции (трубы). Материалы и методы. Измерения уровней вибрации трубы без РПВ и при их установке. Эффективность РПВ определена по разнице уровней вибрации трубы при их отсутствии и наличии. Основные результаты. Установка РПВ приводит к уменьшению уровней низшего резонансного максимума в спектре вибрации трубы. Настройка низшей собственной частоты изгибных колебаний РПВ на частоту указанного максимума существенно повышает их эффективность в сравнении с ненастроенными РПВ. Заключение. Показана возможность существенного уменьшения уровней вибрации трубы путем установки на нее РПВ с малой массой и большими потерями колебательной энергии.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Объект и цель научной работы. Объект научной работы - гидроакустический канал связи, соединяющий корабль-носитель и погруженный автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА). Предметом научной работы является изучение влияния тактико-технических характеристик системы гидроакустической связи на эффективность действий АНПА с целью ее повышения. Материалы и методы. В ходе выполнения научной работы применялся метод системного анализа и оценки эффективности. Была построена обобщенная модель взаимодействия, отображающая существенные взаимосвязи реального процесса деятельности сил флота.Основные результаты. Модель взаимодействия носителя с АНПА по гидроакустическому каналу сочетает в себе оптимальные технические решения по передаче больших объемов информации и способы боевого применения средств гидроакустической связи. Применение в первичной оценке изображений, полученных от средств обнаружения в усеченном виде с малым объемом, позволит сэкономить энергоресурс аккумуляторных батарей и сократить потребность в использовании большого трафика канала. Вместе с тем для более детального анализа можно получить от аппарата только необходимый и достаточный объем информации в виде полноразмерных изображений. Заключение. Теоретическая значимость работы заключается в разработке методических положений организации обмена информацией с АНПА, позволяющих выявить закономерности использования гидроакустического канала связи, влияющие на эффективность применения АНПА, улучшение которых должно привести к повышению боевой эффективности их носителей. Практическая значимость работы определяется применением новой модели передачи информации в условиях многолучевого гидроакустического канала с переменными во времени параметрами в доку- ментах по техническому проектированию перспективных средств гидроакустической связи.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Объект и цель научной работы. Снижение количества потребляемого воздуха и сокращение продолжительности осушки баллонов после гидравлических испытаний на прочность; выполнение экспериментальных исследований для последующей разработки новой, более эффективной схемы осушки баллонов. Материалы и методы. Количество необходимого сжатого воздуха и времени осушки баллонов объемом от 1 до 650 л при существующей на судоремонтных предприятиях технологии было определено методом расчета. Полученные при расчетах результаты подтвердили необходимость разработки новой конструктивной схемы осушки. В целях выполнения экспериментальных исследований и поиска оптимального технологического решения данной проблемы были изготовлены насадки («завихрители») трех различных конструкций, которые закручивают поток воздуха, подаваемый в баллон. Для определения опытно-экспериментальным методом наиболее эффективной конструкции «завихрителей» был изготовлен стенд, состоящий из модели баллона, расходомера, манометра, регулирующего клапана и соединительных трубопроводов. Часть корпуса модели баллона была изготовлена из стеклянной трубы для визуализации процесса осушки, имитированного на стенде. Внутри модели баллона устанавливалась стальная трубка, к которой крепили «завихрители» и маячки из тонких шерстяных нитей. Основные результаты. Экспериментальные исследования показали, что установка внутри баллонов «завихрителей» с тангенциальными соплами и наружным диаметром, равным наружному диаметру воздухоподающей трубки, способствует снижению количества времени, необходимого для осушки, и позволяет уменьшить количество потребляемого сжатого воздуха. В ходе выполнения экспериментов было установлено, что для достижения наибольшей интенсификации процессов тепломассообмена «завихрители» необходимо располагать на расстоянии примерно 5-6 калибров (внутренних диаметров цилиндрической части баллона) друг от друга, для осушки сквозного дна необходимо установить «завихритель» на расстоянии примерно двух калибров от выхода потока воздуха из баллона. Заключение. Применение закрученных потоков воздуха позволяет исключить операцию вращения баллонов на заводском стенде в процессе осушки их внутренних поверхностей, что снижает экономические затраты на выполнение ремонта баллонов. Новую эффективную схему осушки с применением «завихрителей» предполагается внедрить на судоремонтных предприятиях.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
Вверх