Объект и цель научной работы. Объектом исследования является процесс движения регулярных волн из области глубокой воды в мелководную зону вплоть до уреза воды. Цель работы заключается в определении зависимости высоты волн от глубины воды в мелководной зоне. Материалы и методы. В волновом бассейне проведено экспериментальное исследование процесса движения волн из области глубокой воды в мелководную зону вплоть до уреза воды. Для измерения параметров волнения использовались акустические датчики. Основные результаты. Получена зависимость относительной высоты волн от относительной глубины воды в мелководной зоне вплоть до уреза воды. Определена форма волн в различных точках мелководной зоны. Отмечены нетипичные изменения формы волн в начальной части мелководной зоны. Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании гидротехнических сооружений и в исследованиях движения различных морских объектов в прибрежных мелководных районах морей.
Труды Крыловского государственного научного центра
2020. — Выпуск 2
Содержание:
Объект и цель научной работы. Объектом исследования является проявление масштабного эффекта на гребных винтах современных ледоколов и судов ледового плавания. Цель исследования - изучение влияния шероховатости лопастей гребных винтов на их гидродинамические характеристики. Материалы и методы исследования. Рассмотрено влияние шероховатости лопастей гребных винтов на их гидродинамические характеристики. Материалами послужили данные модельных экспериментов, а также рекомендации Международной конференции опытовых бассейнов по учету масштабного эффекта. Основные результаты. Получена рекомендация о необходимости сравнения эффективности гребных винтов не по данным модельных испытаний, а после пересчета на натурные условия с учетом проявления масштабного эффекта. Показано, что переход от одного класса изготовления гребных винтов к другому приводит к потере примерно одного процента эффективности. Заключение. Показано, что морские суда в любых условиях эксплуатации демонстрируют увеличение эффективности гребного винта по сравнению с данными модельного эксперимента по оценкам, выполненным по методике учета влияния масштабного эффекта МКОБ 78. Приведенные в работе результаты свидетельствуют о весьма заметном влиянии шероховатости на гидродинамические характеристики натурных гребных винтов.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Целью работы является анализ применимости и достоверности расчетных методов при решении задач гидродинамики судна. Материалы и методы. Анализ выполняется на основе обобщения сведений и рекомендаций Международной конференции опытовых бассейнов и собственного опыта использования расчетных методов в Крыловском государственном научном центре. Основные результаты. В работе приводится сопоставление уровня развития расчетных методов для решения различных задач ходкости в 1970-х и 2010-х годах. Рассматриваются различные аспекты использования расчетных методов при решении таких задач, как определение сопротивления воды движению судна, определение поля скоростей в диске гребного винта, расчет характеристик гребного винта. Заключение. Проведенный анализ позволил определить возможности и рациональные соотношения при применении расчетных и экспериментальных методов гидродинамических исследований в ходкости судов на современном этапе, а также позволил выявить ограничения и требования к расчетным методам, выполнение которых позволяет достичь необходимой для практики точности расчетов. В то же время отмечено, что для решения задач управляемости и мореходности до сих пор в основном применяются математические модели, основанные на экспериментальных коэффициентах; решение уравнений Рейнольдса для таких задач находится в стадии становления из-за высоких требуемых ресурсов.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом исследования является имитационное моделирование ледовых нагрузок на вертикальный борт судна при ледовых сжатиях. Материалы и методы. Экспериментальные данные по толщине ледяного покрова и температуре его верхних и нижних слоев, полученные в рамках первого этапа проекта Росгидромета «Трансарктика-2019». Математическая модель определения параметров расчетных ледовых нагрузок при сжатии. Основные результаты. Построена имитационная модель для оценки локальных ледовых нагрузок при сжатиях, действующих на суда, которые имеют в средней части вертикальный борт или борт с незначительными углами наклона шпангоутов. Заключение. На примере научно-экспедиционного судна «Академик Трешников» показана возможность оценки и прогнозирования ледовых нагрузок, действующих на бортовые конструкции, при возникновении ледовых сжатий во время эксплуатации ледостойкой самоходной платформы «Северный полюс» или других судов и ледоколов, временно исполняющих роль дрейфующих обсерваторий. Полученными результатами можно руководствоваться при выборе ледяного поля перед дрейфом, гарантируя безаварийность работы корпусных конструкций в условиях эксплуатации.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом исследования является часто применяемый при мореплавании во льдах прием - выход судна из ледяного канала. Цель исследования - разработка метода расчета усилий, действующих на корпус судна при выполнении этого приема, а также определение условий, при которых он возможен. Материалы и методы исследования. Предпринята попытка теоретического рассмотрения выхода судна из ледяного канала и определения условий, при которых он выполним. Материалом для разработки теоретической модели служат данные натурных и модельных экспериментов. Основные результаты. Разработан метод расчета ледовых усилий, действующих на корпус судна при выполнении маневра выхода из ледяного канала. Выполнен анализ влияния параметров главных размерений и формы корпуса судна в носовой и кормовой оконечностях на возможность осуществления этого маневра. Получены оценки диапазона ширин ледяных каналов, из которых выход судна невозможен. Заключение. Предложены рекомендации по выбору скоростного режима при выполнении маневра выхода из канала. Полученные соотношения могут быть использованы для оценок возможности выхода судна из ледяного канала на ранних стадиях его проектирования.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Проведен обзор методов проектирования и развит метод объемного проектирования с использованием трех моделей. Материалы и методы. Использованы материалы теории проектирования сложных технических систем и существующей нормативно-технической базы метода объемного проектирования. Основные результаты. Обобщены особенности развития метода объемного проектирования и использования 3D-моделей в проектировании судов. Проведен анализ существующего состояния 3D-моделей и требований к ним, рассмотрены перспективы их развития. Заключение. Представленные материалы могут служить справочным материалом для исследователей, занимающихся развитием методов проектирования с использованием системы автоматизированного проектирования.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Полимерный композиционный материал типа сферопластик на микроуровне представляет собой гетерогенную среду, состоящую из включений (микросфер) и полимерного связующего, играющего роль матрицы. Целью работы является построение численного метода, позволяющего создавать структурные модели материала с учетом хаотического расположения включений, высокого значения их объемной доли для выбранной марки микросфер. Материал и методы. Исходными данными являлись характеристики микросфер различных марок. Были исследованы существующие численные методы, позволяющие создавать плотные упаковки включений в конечном объеме. Основные результаты. Были реализованы различные численные методы решения полидисперсных задач. Отражены особенности результатов работы методов при расчетах с использованием характеристик различных марок микросфер. Численные методы позволяют достигать реальных величин объемных долей содержания включений в сферопластике. Качественное сравнение получаемых структур показывает сходство с реальной микроструктурой сферопластиков. Заключение. Реализованные численные алгоритмы позволили создавать модель структуры материала при хаотическом расположении микросфер в конечном объеме с учетом заданных характеристик различных марок микросфер и их объемного содержания. Имея модель структуры материала и решения задач теории упругости о концентрации напряжений в среде с включениями, можно перейти к построению структурной модели материала. Реализация этой модели позволит исследовать процессы накопления повреждений в сферопластике вплоть до разрушения и определить направления повышения характеристик материалов такого типа.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Представлены результаты физического и численного моделирования взаимодействия пламени и ограждающих конструкций. Материалы и методы. Исследования проводились с использованием различных горючих нагрузок на модельных очагах пожара с двумя конструкциями переборок, характерных для судовых помещений, - плоской и угловой. Основные результаты. Выведены зависимости высоты и амплитуды пульсаций пламени, а также распределения температуры, теплового излучения и температурного пятна на поверхности ограждающей конструкции от взаиморасположения очага и конструкции, площади и материала горючей нагрузки. Заключение. Полученные зависимости внедрены в программный комплекс расчета динамики развития пожара.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом работы являются перспективные суда с атомной энергетической установкой (АЭУ), целью - определение некоторых исходных требований и ограничений к проектированию атомных судов. Материалы и методы. Анализ публикаций отечественных и зарубежных специалистов, правил классификационных обществ, характеристик реакторных установок и требований по их размещению. Основные результаты. Проанализированы основные этапы развития судов с АЭУ, особенности таких судов и пути их дальнейшего развития. Сформулированы рекомендации по размещению реакторного отсека на судне с АЭУ, представлены зависимости для определения его потребного объема. Заключение. Сформированы исходные ограничения по размещению реакторного отсека (защитной оболочки) для транспортных судов с АЭУ. Сопоставлены современные реакторные установки различной мощности. На основании анализа различных исследований сделан вывод о том, на каких типах судов использование АЭУ наиболее перспективно.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом являются жаропрочные материалы, используемые при изготовлении деталей турбинного тракта газотурбинных двигателей. Цель исследований - получить данные о влиянии условий эксплуатации деталей из этих материалов на их характеристики лучистого теплообмена, не контролируемые при работе двигателя. Материалы и методы. Материалами являлись образцы жаропрочных сплавов, полученные как с помощью литья, так и по аддитивным технологиям. Использовались результаты испытаний образцов в нагревательной печи в диапазоне температур 20-800 °С. Основные результаты. Установлена связь изменения степени черноты поверхности различных материалов с их окислением на воздухе при указанных температурах и получена возможность прогнозирования увеличения степени черноты через увеличение объема окисленного слоя. Заключение. Полученные результаты позволяют оценивать возможное увеличение степени черноты металлических поверхностей при эксплуатации до проведения специальных испытаний.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Взаимная индуктивность контуров в приложении к задачам бесконтактной передачи электроэнергии. Материалы и методы. Использованы методы теоретической электротехники. Основные результаты. Проведен сопоставительный анализ взаимной индуктивности круговых соосных и квадратных контуров и контуров со смещенными осями. Заключение. На основе рекомендуемых расчетных выражений получены сравнительные оценки взаимной индуктивности, в том числе между круговыми и квадратными контурами при условии равновеликости площадей.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Рассматривается электростатическое поле, созданное системой двух одноименных или разноименных зарядов. Расчеты выполняются для зарядов, расположенных на сферических непроводящих поверхностях, при этом полученные результаты могут обобщаться для любых форм заряженных объектов. Цель исследования - повышение корректности электростатических расчетов, исключающей возможность получения недостоверных результатов в виде бесконечно большой энергии. Материалы и методы. Применяются методы электростатики. Энергия поля определяется двумя способами - через плотность энергии и интегрирование по объему, занимаемому полем, а также путем вычисления работы при гипотетическом перемещении заряженных объектов. Основные результаты. Даны три определения различных видов электростатической энергии. Получены формулы для соответствующих энергий при различных комбинациях зарядов. Заключение. Аддитивная постоянная в формуле потенциальной энергии электростатического поля представляет собой полную запасаемую электростатическую энергию двух одноименно заряженных сфер при нулевом расстоянии между их центрами.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом работы является частотно-регулируемая бесконтактная машина двойного питания (МДП), которая может использоваться в качестве одного из вариантов гребного электродвигателя (ГЭД). Цель работы заключается в выполнении расчетов по определению размеров пакетов статоров и ротора МДП, а также массы активных материалов для сравнительной оценки её энергетических и массогабаритных характеристик. Материалы и методы. Исходным материалом является научно-техническая информация, посвященная исследованиям и проектированию асинхронной машины с фазным ротором с числом пар полюсов p1. Особенностью рассматриваемой МДП является наличие в её конструкции дополнительной асинхронной машины с фазным ротором с числом пар полюсов p2, расположенной на общем валу и предназначенной для бесконтактной передачи электроэнергии в цепь обмотки ротора основной машины (при условии p1 p2). Для осуществления поставленной цели авторами использовались известные формулы, определяющие частоту вращения намагничивающих сил обмоток статора и ротора обеих машин, методы решения уравнений равновесия напряжений в их контурах, а также методы расчета основных размеров их активных элементов. Основные результаты. Основной результат состоит в том, что дополнительная машина наряду с функцией передачи электроэнергии в цепь обмотки ротора основной машины может развивать полезный момент на общем валу, достигающий в номинальном режиме ~24 % при приблизительно равных полных мощностях обеих машин. Заключение. Практическая ценность полученных результатов заключается в обосновании создания варианта частотно-регулируемого ГЭД мощностью 6,3 МВт с улучшенными массогабаритными характеристиками на основе бесконтактной МДП. Электропитание обмотки статора основной машины МДП на большую часть активной мощности осуществляется непосредственно от судовой сети 50 Гц, а питание обмотки ротора током частотой выше 50 Гц на большую часть реактивной мощности - от дополнительной машины с фазным ротором, в цепь статора которой включен регулируемый статический преобразователь электроэнергии.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом научной работы является амортизированное оборудование с массивными вращающимися деталями. Цель состоит в оценке влияния параметров вращающихся деталей амортизированного оборудования на значения частот его свободных колебаний как твердого тела в зависимости от характеристик используемых амортизирующих креплений. Материалы и методы. В работе проведена теоретическая оценка влияния гироскопического эффекта на значения частот свободных колебаний амортизированного оборудования. Оценка влияния производится путем сравнения значений частот свободных колебаний амортизированного оборудования с учетом и без учета гироскопического эффекта. Основные результаты. С использованием безразмерных величин, характеризующих параметры оборудования и его амортизирующего крепления, получены выражения для определения значений частот свободных колебаний амортизированного оборудования с учетом наличия гироскопического эффекта. Результаты представлены в графическом виде. На графиках отражено относительное изменение значений частот свободных колебаний амортизированного оборудования с учетом гироскопического эффекта в зависимости от парциальной частоты амортизирующих конструкций, использующихся в составе его крепления. Заключение. При проектировании низкочастотных амортизирующих креплений для обеспечения отстройки частот свободных колебаний амортизированного оборудования с массивными вращающимися деталями от частот возмущающих сил необходимо учитывать гироскопический эффект, возникающий во время его работы.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом работы является ответственность параметров импульсного знакопеременного затухающего магнитного поля в процессе размагничивания ферромагнитных материалов. Цель состоит в определении ответственности параметров того же поля в процессе размагничивания ферромагнитных материалов. Материалы и методы. Положения теории ферромагнетизма и ее технических приложений, положения теории несимметричных циклов перемагничивания ферромагнитных материалов, методы нормализации магнитных характеристик ферромагнитных материалов и их графических построений, положения теории пределов, методы численного решения нелинейных алгебраических уравнений, материалы испытаний магнитных характеристик ферромагнитных сталей. Основные результаты. Разделены и определены ответственности декремента затухания и числа импульсов напряженности импульсного знакопеременного затухающего магнитного поля в процессе размагничивания ферромагнитных материалов. Показано, что полное размагничивание ферромагнитных материалов может быть достигнуто не как конечный результат процесса размагничивания, но лишь как его промежуточный результат при определенных значениях декремента затухания и четном числе импульсов напряженности того же поля. Заключение. Основные результаты работы позволяют объяснить ряд особенностей процесса размагничивания ферромагнитных материалов, наблюдаемых на практике, ввести понятие эффективности использования импульсного знакопеременного затухающего магнитного поля при размагничивании ферромагнитных материалов, дать определение этой эффективности, осуществить рациональный выбор декремента затухания и числа импульсов напряженности знакопеременного затухающего магнитного поля, при которых использование этого поля в процессе размагничивания ферромагнитных материалов до заданной величины их остаточной намагниченности будет эффективным.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. В настоящее время в отечественном кораблестроении слабо используются возможности современных информационно-коммуникационных технологий для организации взаимодействия всех участников создания кораблей, особенно на стадиях эксплуатации, ремонта и утилизации техники. Целью работы является разработка предложений по автоматизированному мониторингу, диагностике и прогнозированию технического состояния морской техники для обеспечения необходимой полноты, достоверности и актуальности данных по эксплуатации кораблей и судов, что позволит более эффективно управлять их эксплуатацией. Материалы и методы. Анализируются предложения специалистов ФГУП «Крыловский государственный научный центр» по организации управления циклами эксплуатации кораблей на базе современных цифровых технологий и средств вычислительной техники. Выделяются достижения мировой морской индустрии и военного кораблестроения ВМС США в области управления сервисным обслуживанием при эксплуатации кораблей и судов. Перспективные методы управления эксплуатацией кораблей и судов отечественного ВМФ связаны с разработкой и внедрением современных цифровых технологий, которые обеспечивают постоянный контроль значимых расхождений между заданными и фактически достигнутыми значениями характеристик техники в ходе эксплуатации. Это позволит обеспечить своевременное планирование обслуживания эксплуатируемой техники, противодействие рискам опасных последствий ее отказов и поддержание высокой технической готовности флота. Основные результаты. Новые средства и технологии управления эксплуатацией кораблей на базе современных цифровых технологий автоматизированного мониторинга, диагностики и прогнозирования состояния техники должны включать решение следующих задач: формирование цифрового паспорта (портрета) эталонных численных, функциональных и диагностических характеристик основной техники кораблей и судов в процессе их приемо-сдаточных испытаний; периодическое сравнение фактических характеристик техники в течение длительной эксплуатации кораблей с их эталонными значениями для регистрации опасных тенденций их изменения; прогнозирование рисков опасных последствий ухода контролируемых параметров за пределы допусков в ближнесрочном, среднесрочном и долгосрочном горизонтах прогноза; упреждающее имитационное моделирование последствий различных вариантов противодействия развитию опасных последствий для поиска наиболее целесообразных мер снижения возможных рисков. Заключение. В статье приводятся методологические инструменты для эффективного решения задачи управления эксплуатацией кораблей и судов. Их использование позволит усилить механизм контроля, анализа и поддержания заданных значений технической готовности техники на требуемом уровне, в том числе своевременное планирование сервисного обслуживания кораблей и снижение финансовых затрат.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются методы прогнозирования рисков ухудшения технического состояния сложной морской техники. Целью работы является разработка предложений в части разработки и внедрения системы непрерывного мониторинга, сбора и статистического анализа диагностических данных судового оборудования для диагностирования и прогнозирования его технического состояния в соответствии с требованиями Российского морского регистра судоходства. Материалы и методы. С использованием статистического моделирования исследован метод квантильного регрессионного анализа значений контролируемых параметров судового оборудования. Также исследована возможность применения данного метода для оценки рисков ухудшения технического состояния судового оборудования на базе матриц рисков и структурных схем надежности. Основные результаты. На базе квантильного регрессионного анализа, матриц рисков контролируемых параметров и структурных схем надежности судового оборудования предложен и обоснован метод, а также описан разработанный на его основе программный комплекс, предназначенный для диагностирования и прогнозирования технического состояния судна и соответствующих рисков. Заключение. Предложенный метод прогнозирования рисков ухудшения технического состояния сложной морской техники соответствует техническим требованиям и рекомендациям Международной ассоциации классификационных обществ и Международной морской организации, а также Российского морского регистра судоходства.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом исследования является деятельность международного и национальных комитетов в части разработки стандартов по безопасности нефтегазовых объектов в условиях низких температур. Цель исследования - обобщение результатов работ по разработке стандартов подкомитетом ИСО/ТК67/ПК8 «Арктические операции». Материалы и методы. Международные и национальные нормативные документы в области обеспечения безопасности морских объектов при их проектировании и эксплуатации в условиях низких температур. Анализ этапов разработки международных стандартов и работы подкомитета «Арктические операции». Основные результаты. Обобщены стандарты, подготовленные подкомитетом ИСО/ТК67/ПК8 «Арктические операции», дано краткое содержание принятых ИСО документов и требований по безопасности морских объектов, проанализировано участие Крыловского государственного научного центра в разработке стандартов и требований к безопасности объектов. Заключение. Разработанные ИСО стандарты определяют международные требования и рекомендации для обеспечения безопасности арктических операций на нефтегазодобывающих объектах. Участие в подготовке стандартов ИСО специалистов ФГУП «Крыловский государственный научный центр» в качестве экспертов позволило более четко сформулировать принятые в стандартах требования по обеспечению безопасности объектов, обслуживающего персонала и окружающей среды в климатических условиях, характерных для российской Арктики.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом работы являются транспортные средства доставки газового топлива (сжиженного природного газа, СПГ) на суда, целью - определение некоторых исходных технических и экономических характеристик этих средств и обоснование рациональных маршрутов их движения. Материалы и методы. Анализ публикаций отечественных и зарубежных специалистов, характеристик криогенных автоцистерн, законодательных актов, нормативных документов. Основные результаты. Проанализированы возможности бункеровки судов газовым топливом с помощью криогенных автоцистерн. Представлены зависимости для определения количества транспортных средств, необходимых для доставки газового топлива в порт. Выполнен анализ удельных капиталовложений в организацию бункеровки судов газовым топливом с помощью автоцистерн и определены рациональные сферы применения автоцистерн в зависимости от объемов доставляемого топлива. Заключение. Полученные зависимости позволяют выполнить технико-экономическую оценку и осуществлять научно-обоснованный выбор рациональной системы доставки газового топлива с помощью криогенных автоцистерн. Определены основные факторы, влияющие на экономическую эффективность системы доставки судового газового топлива на суда с точки зрения перевозчика.