Труды Крыловского государственного научного центра

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются российские и зарубежные литературные источники, посвященные изучению ледовой ходкости судов. Целью работы является обзор современных тенденций в развитии исследований в области ледовой ходкости судов. Материалы и методы. Анализ опубликованных литературных источников с 2000 по 2017 гг. Основные результаты. Выявлены основные направления развития ледовой ходкости судов в новом тысячелетии. Выполнен обзор 153 литературных источников, посвященных проблеме ходкости судов во льдах. Заключение. Данные обзора подтверждают, что это направление научных исследований остается актуальным, в первую очередь, в связи с появлением новых типов судов активного ледового плавания и/или расширением номенклатуры ледовых условий, в которых эксплуатируются суда. Все это стимулирует развитие как традиционных направлений исследований в ледовой ходкости судов, так и формирование новых.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Приводятся результаты решения некоторых задач динамики судна с использованием методов вычислительной гидродинамики: самоходное движение танкера KVLCC2 и изменение положения контейнеровоза S175 под волновой нагрузкой. Целью работы является демонстрация уровня готовности технологии численного моделирования для данного класса задач.Материалы и методы. Характеристики течения вязкой жидкости вокруг моделей судов находятся из решения методом контрольного объема нестационарных уравнений Рейнольдса, замкнутых моделью турбулентности. Моделирование двухфазного течения вода/воздух осуществляется с использованием метода Volume of Fluid (VOF). Выполняется решение системы уравнений динамики твердого тела, движущегося с 6 степенями свободы. Основные результаты. Для задач входа судна в циркуляцию и качки судна на регулярном волнении при различных курсовых углах волны получено хорошее согласование результатов численного моделирования с экспериментальными данными. Проведенные работы показали, что современное состояние численных методов и суперкомпьютерной техники позволяет с достаточной для инженерных задач точностью прогнозировать характеристики динамики объектов морской техники. Заключение. Современный уровень развития вычислительной техники и технологий численного моделирования позволяет сократить объем экспериментальных исследований, а в тех случаях, когда экспериментальные исследования по-прежнему необходимы, существенно их дополнить. Кроме того, численное моделирование может быть выполнено непосредственно для объекта натурных размеров, находящегося в натурных условиях с учетом реальных свойств среды.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом научной работы являются формы конфузоров и диффузоров кавитационных труб, имеющих близкое к прямоугольному (некруговое) поперечное сечение. Цель работы состоит в разработке метода оптимизации форм конфузора и диффузора, обеспечивающего наилучшие характеристики кавитационной трубы при заданных ограничениях по габаритам. Материалы и методы. Выбор форм конфузора и диффузора осуществляется путем решения ряда плоских задач оптимизации для нескольких продольных сечений. С этой целью используется разработанный ранее метод решения обратных задач в невязкой жидкости. Для контроля качества полученных в результате оптимизации форм конфузора и диффузора проводится расчет трехмерного течения с помощью коммерческого CFD-пакета, с использованием k -ω SST-модели турбулентности. Основные результаты. Разработан метод оптимизации конфузоров и диффузоров кавитационных труб. Выполнена верификация и валидация метода. Показано, что применение данного метода позволяет улучшить формы конфузоров и диффузоров по сравнению с известными решениями, используемыми на практике. С помощью разработанного метода выполнено проектирование конфузора и диффузора кавитационной трубы и показано, что ее характери- стики будут соответствовать лучшим зарубежным аналогам. Проведен CFD-расчет течения в канале кавитационной трубы, включающем конфузор, диффузор и рабочий участок. Продемонстрировано хорошее согласование результатов этого расчета с результатами, полученными по представленному методу, подтверждено отсутствие отрыва потока на стенках трубы. Заключение. Установлено, что используемые на практике формы конфузоров и диффузоров кавитационных труб не являются оптимальными. Разработанный в Крыловском центре расчетный метод позволяет получить их оптимальную форму и в конечном итоге обеспечить проектирование кавитационных труб, соответствующих лучшим зарубежным аналогам.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом научной работы являются гребные винты ледоколов. Цель работы - разработка методики определения запаса гребного винта ледокола на развитую кавитацию. Материалы и методы. Для разработки методики определения запаса гребного винта ледокола на развитую кавитацию используется метод проведения физического эксперимента в кавитационной трубе и в кавитационном бассейне. Основные результаты. Предложен числовой показатель, характеризующий устойчивость гребного винта против развитой кавитации. Предложена схема, позволяющая объединить результаты испытаний в кавитационной трубе и кавитационном бассейне. Продемонстрирована целесообразность проектирования гребных винтов на работу при начальном этапе развитой кавитации. Заключение. В заключение научной работы можно отметить необходимость проведения испытаний модели гребного винта и в кавитационной трубе и в кавитационном бассейне для получения достоверной оценки запаса на развитую кавитацию применительно к гребным винтам ледокола.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом работы является автоматизированный частотно-регулируемый гребной электропривод, входящий в состав системы электродвижения универсального атомного ледокола, в настоящее время находящегося в стадии строительства. Цель работы заключается в разработке функциональной схемы системы управления электроприводом, в основу которой положен алгоритм векторного управления, позволяющий практически реализовать совокупность жестких требований к динамическим свойствам гребного электропривода. Материалы и методы. Исходными материалами являются научно-техническая информация, представленная в трудах, посвященных теории электропривода, а также личные наработки и многолетний опыт, накопленные авторами в ходе проведения НИР и ОКР по разработке судовых систем электродвижения. Решение поставленной задачи базируется на методах построения частотно-регулируемого гребного электропривода как замкнутой системы автоматического регулирования, содержащей несколько каналов управления, каждый из которых, в свою очередь, содержит несколько контуров, синтезированных на принципах последовательной коррекции. Основные результаты. Разработана система управления гребным частотно-регулируемым электроприводом на основе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором мощностью 20 МВт, который по быстродействию и поддержанию точности задаваемых выходных координат не уступает лучшим электроприводам отечественного и зарубежного производства. Заключение. Ценность полученных практических результатов заключается в создании системы управления гребным электроприводом в виде совокупности блоков, производящих математические операции как с контролируемыми параметрами, так и с ненаблюдаемыми физическими координатами. Данная система принята за основу в ходе разработки программного продукта, закладываемого в микропроцессорную систему управления гребной электрической установки строящегося универсального атомного ледокола проекта 22220.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Коаксиальные токоведущие элементы являются составной частью многих электротехнических устройств, включая трансформаторы, реакторы и различные электромеханизмы, характеризуемые индуктивными параметрами и электродинамическими взаимодействиями. Объектом исследования являются тонкослойные прямоугольные и цилиндрические катушки, входящие в состав нагрузочных устройств, предназначенных для швартовных испытаний мощных генераторных агрегатов судовых электростанций. Основной целью исследования является анализ и расчет электродинамических сил, возникающих в соленоидальных элементах нагрузочных устройств, для принятия мер конструктивного характера по исключению возможных разрушений в процессе испытаний, являющихся непременной составной частью швартовных испытаний судовой электростанции. Материалы и методы. Оценка электродинамических сил основана на расчете взаимной индуктивности в выбранной конструкции с привлечением аппарата специальных функций в случае определения сил на крайние витки соленоидов. Основные результаты. Содержат оценку сил, которые следует учитывать при выборе конструктивных исполнений соленоидов нагрузочных устройств. Заключение. Результаты исследования могут быть использованы и для других аналогичных приложений.

Объект и цель научной работы. Для швартовных испытаний генераторных агрегатов переменного тока при-меняются нагрузочные устройства с заданным коэффициентом мощности. Объектом исследования являются активно-индуктивные элементы в виде соленоидов с водяным охлаждением, разработанные для обеспечения приемлемых мас-согабаритных характеристик нагрузочных устройств. Цель исследования состоит в оценке потерь на тепловыделение в стягивающей шпильке соленоидов в новом конструктивном исполнении, помещенной внутрь соленоида для повышения надежности и технологичности. Материалы и методы. Расчет активно-индуктивных параметров соленоида проводится с учетом известных реко-мендаций. На основе закона Био - Савара - Лапласа определяется распределение магнитной индукции на оси соленоида. Представлены графики магнитной индукции по оси соленоида при разном соотношении его длины и диаметра. Произво-дится оценка на тепловыделение в шпильке соленоида с учетом поверхностного эффекта в новом конструктивном испол-нением нагрузочного устройства. Основные результаты. Проведен расчет тепловыделения для шпилек, выполненных из меди, алюминия и стали. Заключение. Проанализирована целесообразность применения стягивающей шпильки из нержавеющей стали, кото-рая внедрена в соленоиды нового конструктивного исполнения.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются образцы, изготовленные из порошковых материалов с использованием аддитивных технологий. Целью исследований стало изучение влияния высокотемпературного окисления и солевой коррозии на скорость разрушения этих материалов. Материалы и методы. В статье рассматриваются изменения скорости реакции с внешней средой при окислении и солевой коррозии четырех порошковых материалов и девяти литейных сплавов. Оценка выполняется путем сравнения этих характеристик для порошковых и литейных сплавов. Основные результаты. Скорости окисления и солевой коррозии в интервале температур от 400 до 900 °С для рассмотренных порошковых и литейных сплавов практически совпали. Заключение. Полученные результаты показывают возможность замены литейных материалов на порошковые при эксплуатации в морской атмосфере.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является применение атомных станций малой мощности (АСММ) на базе плавучих (ПЭБ) и блочно-транспортабельных энергоблоков (БТЭБ) для решения актуальной проблемы энергообеспечения потребителей в удаленных арктических регионах. Цель работы - определение экономической целесообразности применения АСММ на базе БТЭБ и ПЭБ мощностью 6-12 МВт для энергоснабжения потребителей в отдаленных регионах. Материалы и методы. Метод исследования, используемый для достижения поставленной цели, представляет собой экономическую оценку на основе затратного подхода. Основные результаты. Представлены конкретные технические решения по ПЭБ и БТЭБ для АСММ. Выполнена оценка экономической целесообразности применения АСММ на базе ПЭБ или БТЭБ на основании сравнения затрат (капитальных и эксплуатационных) с дизель-электрической станцией. Определена стоимость органического топлива, при которой применение АСММ электрической мощностью 6-12 МВт становится экономически выгодным. Заключение. Показано, что АСММ, создаваемые на основе судостроительных технологий, могут рассматриваться как один из вариантов энергообеспечения береговых потребителей.

Объект и цель научной работы. В настоящей работе рассматриваются особенности численного моделирования свободно-конвективного течения около вертикальной поверхности нагрева в различных расчетных кодах вычислительной гидродинамики (CFD). Целью работы является оценка возможности использования полуэмпирических моделей турбулентности для предсказания положения ламинарно-турбулентного перехода свободно-конвективного течения около вертикальной поверхности нагрева. Материалы и методы. Характеристики свободно-конвективного турбулентного течения в воздухе около вертикальной поверхности нагрева находятся из численного решения системы дифференциальных уравнений в приближении Буссинеска, замкнутых моделью турбулентности. Рассматривались 2 модели турбулентности: k-ω Menter SST и низкорейнольдсовая модель турбулентности k-eps. Основные результаты. Результаты численного моделирования турбулентного пограничного слоя на нагретой пластине в воздухе в различных CFD-кодах показали, что модель k-ω Menter SST не дает ярко выраженного ламинарно-турбулентного перехода, а для k-eps модели положение точки перехода смещается вверх по пластине с увеличением количества итераций. Температурные поля, в силу своей консервативности, по обеим моделям дают хорошие согласования с экспериментом. Заключение. Проведенное численное моделирование свободно-конвективного течения около вертикальной поверхности нагрева показало, что низкорейнольдсовые модели турбулентности k-eps способны к спонтанному переходу к турбулентности, но положение перехода зависит не только от модели турбулентности, но и от схемы, сетки, глубины сходимости и других численных особенностей алгоритма расчета. Полуэмпирические модели турбулентности без внесения дополнительных возмущений непригодны для надежного предсказания положения ламинарно-турбулентного перехода.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Экспериментальные исследования эффективности армированного вибропоглощающего покрытия (ВПП) с использованием однородной пластины (модели ячейки конструкции). Рассмотрены варианты облицовки пластины листами покрытия, имеющими неодинаковые размеры. Материалы и методы. Определение разницы уровней вибровозбудимости и значений коэффициента потерь η колебательной энергии в пластине при отсутствии и наличии ВПП. Основные результаты. Эффективность покрытия зависит от размера его листов, оказывающих непосредственное влияние на интенсивность колебательных процессов в армирующем и диссипативном слоях. В диапазоне низших резонансных частот изгибных колебаний пластины эффективность облицовки единым листом больше эффективности при нанесении покрытия малогабаритными листами. Заключение. Показана высокая эффективность тонкого армированного ВПП на основе полимерной пленки. Практическое значение работы состоит в возможности применения испытанного ВПП для уменьшения уровней вибрации конструкций в широком диапазоне частот.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Описан метод мнимых источников и мнимых рассеивателей применительно к задаче дифракции импульсных звуковых сигналов на аналитических и неаналитических телах (идеальных и упругих), помещенных в волновод не с традиционным (жидким или идеальным), а с твердым упругим дном. Материалы и методы. В основе теоретического подхода лежит известный метод мнимых источников, дополненный автором мнимыми рассеивателями. Для импульсных звуковых сигналов метод нормальных волн оказывается неприемлемым, т.к. он опирается на фазовую скорость распространения сигналов, а импульсы, как сгустки энергии, могут распространяться только с групповой скоростью, которая присуща методу мнимых источников и рассеивателей. Основные результаты. Вычислены два варианта импульсов, отраженных от мягкого сфероида, помещенного в плоский волновод: с идеально жестким дном и с твердым упругим дном. При этом показано, что отраженные импульсы первого типа испытывают полное внутреннее отражение от твердого упругого дна, из-за чего модуль коэффициента отражения у них равен единице, т.е. такой же, как для абсолютно твердого дна. Дано решение задачи дифракции звуковых импульсов (с помощью метода интегральных уравнений) на упругом неаналитическом рассеивателе, находящемся в плоском волноводе с твердым упругим дном. При этом такой рассеиватель был произвольно ориентирован относительно границ волновода. Заключение. При изучении задач распространения и отражения импульсных сигналов в плоском волноводе нужно использовать метод мнимых источников и мнимых рассеивателей. Замена твердого упругого дна на абсолютно твердое дно вполне допустима для тех источников, импульсы от которых при падении на упругое твердое дно испытывают полное внутреннее отражение. Принятая модель метода мнимых источников и мнимых рассеивателей допустима для первых отраженных импульсов в волноводе с твердым упругим дном.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объект работы - поверхностная пленка воды на границе раздела «вода - воздух». Цель - изучение в контролируемых условиях динамики аномального образования при вариации тепломассообмена. Материалы и методы. Применены тепловизионные средства контроля микромасштабных изменений, а также контактные средства измерения температуры и влажности. Обеспечена изменчивость соотношения температуры воды и воздуха, а также испарения с поверхности. Основные результаты. Получены данные о величине и размерах поля температуры, их временной изменчивости, связи с конвективными проявлениями и нарушением устойчивости, а также о синхронности вариаций состояния приводного слоя воздуха. Выявлены закономерности поведения границы раздела. Заключение. Получены количественные оценки состояния и определены условия их проявления, необходимые для учета климатических и экологических изменений при формировании облика экологически чистых гражданских судов. Обозначенная модель обеспечивает прогнозирование практических параметров среды.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом научной работы является процесс создания виброакустических стендов для испытаний судового оборудования, изготавливаемого серийно, в соответствии с требованиями по виброакустическим характеристикам. Цель работы  разработка технологии создания виброакустических стендов, принципиальной особенностью которых является высокая пропускная способность, позволяющая проводить испытания серийно изготавливаемых изделий в сроки, установленные графиками их изготовления и поставки на стапель под монтаж. Материалы и методы. Работа основана на структурном анализе и обобщении опыта создания виброакустических стендов АО «ПО «Севмаш» и интеграции их в производственно-технологический цикл. Основные результаты. Основным результатом работы является технология создания виброакустических стендов в условиях интенсивно функционирующего судостроительного предприятия. Заключение. Представленная технология является практическим поэтапным руководством, которое может оказать существенную помощь предприятиям судостроительной отрасли в создании собственных виброакустических стендов.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом работы являлись пробы донных осадков из районов захоронения радиоактивных отходов в Новоземельской впадине Карского моря. Цель работы состояла в измерении распределения удельной активности донных осадков по глубине для идентификации затопленных объектов, являющихся источниками радиоактивного загрязнения морской среды. Материалы и методы. Для определения удельной активности донных осадков использовался гамма- спектрометрический метод измерения предварительно подготовленных проб осадков, отобранных специальным грунтоотборником.Основные результаты. Приведены новые данные о загрязненности гамма-излучающим изотопом 60Со донных осадков в Новоземельской впадине. Заключение. Наличие 60Co в донных осадках однозначно подтверждает наличие выхода радиоактивных веществ из затопленных объектов вблизи района пробоотбора. Необходим дальнейший мониторинг данной акватории и ее подробное обследование для точной идентификации затопленных в данном районе объектов.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является предложенная авторами противоаварийная барботажно-спринклерная система снижения давления в защитной оболочке (ЗО) ядерной энергетической установки (ЯЭУ) атомных объектов морской техники. Цель расчетного моделирования состоит в обосновании эффективности использования барботажно-спринклерной системы для снижения давления в ЗО и в обеспечении выбора параметров противоаварийной системы на этапе проектирования. Материалы и методы. Для проведения расчетного моделирования используются разработанные авторами физико-математическая модель, описывающая динамику протекания аварии в ЗО ЯЭУ, и программа РАПАР расчета параметров среды в ЗО. Математически модель представляет собой решаемую численно систему нелинейных дифференциальных и алгебраических уравнений. Основные результаты. Полученные при расчетном моделировании последствий аварии типа LOCA результаты показали, что при использовании противоаварийной барботажно-спринклерной системы может быть обеспечена требуемая эффективность снижения давления для выбранной конструкции ЗО, а разработанная методическая база и программа расчета давления и температуры в помещениях ЗО позволяют определить параметры противоаварийной системы. Заключение. Методы расчетного моделирования процессов, происходящих в ЗО ЯЭУ, основанные на разработанной физико-математической модели, позволяют проводить обоснование эффективности применения противоаварийных систем. Предложенная комбинированная барботажно-спринклерная система может быть использована как противоаварийная система снижения давления в ЗО ЯЭУ атомных объектов морской техники.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Цель настоящей работы - указать основные направления учения о мореходности корабля в контексте той последовательности, в которой они формировались в ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова и, далее, в Крыловском государственном научном центре. Анализируются узловые характеристики, определяющие мореходность корабля: качка, волновые силы, заливаемость, слеминг, опасность опрокидывания. Материалы и методы. В теоретических решениях задач мореходности используются, в основном, методы гидродинамической теории качки, а также методы линейной и нелинейной теории колебаний. При решении нетрадиционных задач - модельные испытания в мореходном бассейне на волнении с заданными параметрами. Основные результаты. Разработанные методы позволяют для конкретного корабля определить количественные характеристики его мореходности применительно к заданным режимам плавания в условиях реального волнения. Заключение. Степень совершенства корабля в отношении мореходности определяется совокупностью параметров, которые являются ее комплексной характеристикой. При этом учитываются задачи, решаемые кораблем, и условия их выполнения.

Ключевые слова