Труды Крыловского государственного научного центра

Объект и цель научной работы. Объектом научной работы является кавитационная эрозия на лопастях гребных винтов. Цель работы состоит в обзоре и анализе современных исследований по кавитационной эрозии с применением их результатов для анализа условий возникновения эрозии на натурных гребных винтах. Материалы и методы. В статье выполнен обзор опубликованных в ХХI веке материалов исследований, посвященных кавитационной эрозии, а также собственных авторских исследований кавитационной эрозии на натурных стальных гребных винтах. Для натурной эрозии проведен анализ энергии, необходимой для создания повреждений зарегистрированных размеров. Для определения этой энергии использовалась модель, основанная на результатах выполненных в металлургической отрасли исследований, в которых определены параметры воздействия на сталь дробеструйной обработки. Сопоставление полученной таким образом величины энергии с энергией, полученной по классическим формулам энергии коллапса кавитационного пузырька, позволило оценить условия возникновения кавитационной эрозии на лопастях гребных винтов. Основные результаты. Обзор результатов исследований последних лет, посвященных кавитационной эрозии, показал, что развитие современных экспериментальных и компьютерных технологий позволило существенно расширить научные представления о процессе кавитационной эрозии по сравнению с уровнем ХХ века. В обзоре показано, что исследования кавитационной эрозии развивались по трем практически независимым направлениям: экспериментальные и компьютерные исследования обтекания лопастей с определением локализации максимумов одного или нескольких критериев, отражающих интенсивность изменения энергии кавитации; исследования, посвященные оценке давлений, возникающих при коллапсе кавитационных пузырьков и возникновении кумулятивных струек; изучение свойств материалов в условиях воздействия кумулятивных струек и давлений при коллапсе пузырьков. На настоящем этапе актуально объединение указанных трех направлений с использованием данных анализа характеристик натурной кавитационной эрозии гребных винтов. Проведенный в Крыловском государственном научном центре анализ повреждений натурного стального гребного винта показал, что для отмеченных эрозионных повреждений приемлемое совпадение величин необходимой энергии, давлений при взаимодействии пузырьков с лопастью и размеров повреждений стальной поверхности лопасти может возникать при ударе о поверхность и коллапсе кавитационных пузырьков, состоящих из паровой фракции с частичным содержанием воздуха. Заключение. Показано, что современные методы исследований позволили получить новые данные о механизме образования кавитационной эрозии. В то же время для разработки методов прогнозирования возникновения эрозии, в частности гребных винтов, необходимо объединение результатов разнонаправленных исследований. Основой для такого объединения может служить энергетический анализ происходящих процессов. При этом возможно использование разработанной в статье модели эрозионного воздействия кавитации, базирующейся на рассмотрении аналогии между процессами эрозии и дробеструйной обработки.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом научной работы являются крупнотоннажные стоечные суда. Цель работы состоит в разработке методики определения расчетных ледовых нагрузок на конструкции крупнотоннажных стоечных судов. Материалы и методы. Вероятностно-детерминированная модель определения ледовых нагрузок при ледовых сжатиях. Статистические данные по ледовым условиям и температурным режимам. Основные результаты. Методика оценки локальных ледовых нагрузок, действующих на стоечные суда при сжатиях, на основе вероятностно-детерминированной модели, ориентированная на использование в Правилах классификации и постройки морских судов Российского морского регистра судоходства (РМРС). Заключение. Представлена методика и основные положения концепции нормирования параметров ледовых нагрузок, действующих на стоечные суда, на основании которых был разработан проект требований Правил РМРС в части обеспечения ледовой прочности крупнотоннажных стоечных судов.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектами научной работы являются судовые конструкции. Цель состоит в сопоставлении наиболее распространенных методов сведения сложного напряженного состояния к простому при расчетах усталостной прочности в случае непропорционального нагружения. Материалы и методы. Рассмотрены метод абсолютных максимальных главных напряжений, метод знаковых касательных напряжений, метод знаковых эквивалентных напряжений, метод Синса и метод критической плоскости. Основные результаты. Проанализированы реализации расчетных напряжений рассмотренных методов для двух простейших примеров непропорционального нагружения. На практическом примере нагружения гребного вала ледокола выполнено сопоставление результатов этих методов. Заключение. Показано, что среди указанных методов только метод критической плоскости может полноценно учитывать процесс нагружения. Отсутствие во всех остальных рассмотренных методах учета изменения ориентации главных напряжений приводит к тому, что они могут как занижать, так и завышать величины расчетных напряжений.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Исследуются возможности численного моделирования применительно к процессу работы системы мониторинга напряженно-деформированного состояния (НДС) морского инженерного сооружения. Данный подход позволяет моделировать поведение датчиков деформаций при упругом и пластическом поведении материала. Материалы и методы. Для моделирования процесса работы датчиков деформации в работе используется метод конечных элементов с учетом геометрической и физической нелинейности. Основные результаты. Разработаны уточненные конечно-элементные модели районов установки датчиков системы мониторинга НДС. Выполнено численное моделирование работы одноосевых и трехосевых датчиков деформаций. Получены зависимости деформаций датчиков при линейном и нелинейном поведении материала. Выполнен анализ чувствительности показаний датчиков в зависимости от вида деформированного состояния. Выполнена корректировка расположения датчиков для получения максимальной информации о деформированном состоянии конструкции. Заключение. Полученные результаты демонстрируют и подтверждают широкие возможности численных моделей применительно к разработке систем мониторинга НДС инженерных сооружений. Моделирование работы датчиков деформаций позволяет определять общее деформированное состояние конструкции на основе измерения деформаций в локальных районах.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются конструкционные материалы, подвергаемые циклическому нагружению. Цель исследования - определение минимальной величины усталостной долговечности, соответствующей некоторому значению вероятности непревышения этой величины. Материалы и методы. Исследование выполнено на примере трех конструкционных материалов: сталь 15ХМ, сталь 08Х18Н10Т и титановый сплав ПТ-7М. Первоначальная оценка параметров распределения усталостной долговечности выполнена на основании данных о гарантированных значениях максимальных и минимальных величин временного сопротивления и относительного сужения поперечного сечения. Оценка проводилась по известной зависимости «амплитуда условно-упругих напряжений - число циклов до разрушения» с учетом указанных механических свойств. Определение минимальных усталостных долговечностей проведено двумя различными методами - методом статистического моделирования случайных величин, подчиняющихся распределению Вейбулла, и по аналитической формуле для плотности вероятности минимумов при известной функции распределения случайной величины и фиксированном объеме выборки. Основные результаты. Значения минимумов, полученных по результатам статистического моделирования, являются более консервативными по сравнению с полученными по аналитической формуле. Коэффициент запаса по числу циклов до разрушения, установленный в ряде нормативных документов и равный десяти, представляется малообоснованным. Для малоцикловой области этот коэффициент является чрезмерно большим, для многоцикловой области - недостаточным. Заключение. Постулировано существование гарантированно максимальных и минимальных значений механических свойств конструкционных материалов - временного сопротивления и относительного сужения поперечного сечения. Эти значения использованы в общепринятых расчетных кривых усталости, в результате чего получены диапазоны возможного изменения циклической долговечности при различных значениях амплитуд условно упругих приведенных напряжений. При этом подразумевается наличие параметра сдвига (предела чувствительности) вероятностного распределения усталостной долговечности. По этим данным установлены величины стандартного отклонения и математического ожидания числа циклов до разрушения.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Исследуются возможности численного моделирования применительно к процессу работы системы мониторинга напряженно-деформированного состояния (НДС) морского инженерного сооружения. Данный подход позволяет моделировать поведение датчиков деформаций при упругом и пластическом поведении материала. Материалы и методы. Для моделирования процесса работы датчиков деформации в работе используется метод конечных элементов с учетом геометрической и физической нелинейности. Основные результаты. Разработаны уточненные конечно-элементные модели районов установки датчиков системы мониторинга НДС. Выполнено численное моделирование работы одноосевых и трехосевых датчиков деформаций. Получены зависимости деформаций датчиков при линейном и нелинейном поведении материала. Выполнен анализ чувствительности показаний датчиков в зависимости от вида деформированного состояния. Выполнена корректировка расположения датчиков для получения максимальной информации о деформированном состоянии конструкции. Заключение. Полученные результаты демонстрируют и подтверждают широкие возможности численных моделей применительно к разработке систем мониторинга НДС инженерных сооружений. Моделирование работы датчиков деформаций позволяет определять общее деформированное состояние конструкции на основе измерения деформаций в локальных районах. Ключевые слова: система мониторинга, датчик деформации, метод конечных элементов, устойчивость, геометрическая нелинейность, диаграмма деформирования.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является движитель типа «винт-насадка», предназначенный для установки на судах для обеспечения заданных характеристик движения. Цель работы состоит в снижении нестационарных сил на гребном винте при его работе за стойками (кронштейнами) направляющей насадки. Материалы и методы. Расчетные оценки параметров гребного винта и численные методы моделирования условий работы гребного винта при его работе внутри насадки, разработанные в ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Основные результаты. Проведены расчеты эффективного поля скоростей за стойками насадки движителя с учетом обтекания корпуса судна и его выступающих частей. Выполнены расчеты нестационарных сил, возникающих при работе штатного винта в этом поле. Спроектирован винт с увеличенной саблевидностью лопастей. Выполнены расчеты нестационарных сил, возникающих при работе нового винта в исходном поле. Определены параметры поля скоростей, обеспечивающего снижение нестационарных сил. Проведены расчеты новой формы стоек насадки для формирования поля скоростей с заданными характеристиками. В новом поле проведены расчеты амплитуд нестационарных сил для штатного винта. Заключение. На примере численных исследований движителя «винт-насадка» предложен способ формирования поля скоростей в диске гребного винта, позволяющий минимизировать нестационарные силы на гребном винте без изменения геометрических характеристик гребного винта с помощью придания стойкам, поддерживающим насадку, криволинейной формы.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. В работе рассматриваются специализированные суда, снабжающие морские буровые установки (БУ) расходными материалами, топливом, водой, провизией, запчастями к оборудованию, проводящие смену персонала объекта снабжения, выполняющие также функции дежурного, аварийно-спасательного, пожарного, природоохранного судов - это т.н. Platform Supply Vessel (PSV, а в Правилах Регистра судоходства - Supply Vessel). Целью исследования является формирование физической модели их функционирования и проектных рекомендаций по определению характеристик и свойств такого судна. Материалы и методы. Выполнены обобщение и анализ опыта проектирования, постройки и эксплуатации судов рассматриваемого типа, а также работ отечественных и зарубежных специалистов по изучению их особенностей. Собраны и систематизированы статистические материалы, позволяющие дать проектные рекомендации. Основные результаты. Обобщены свойства, характеристики судов снабжения БУ, требования к ним и способы их реализации. Подвергнуты анализу компоновка, комплектация профильным оборудованием, архитектурно-конструктивный тип, форма судовой поверхности и энергетическое обеспечение. Синтезирован образ судна снабжения как объекта проектирования. Предложены обширные проектные материалы, регрессионными методами аккумулирующие опыт и тенденции развития этих судов, в качестве основы модели их проектирования. Заключение. Суда снабжения БУ являются опорным звеном работ по освоению шельфовых месторождений нефти и газа. Их количество растет, особенно это касается многопрофильных судов. Настоящее исследование позволяет сформировать требования к ним и обозначить способы реализации этих требований. Предложены зависимости для определения размерений таких судов, их архитектурного облика и комплектующего профильного оборудования, а также основных проектных характеристик, свойств, транспортных и эксплуатационных возможностей.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом работы являются пассажирские катамараны. Цель исследования - поиск способов и средств улучшения мореходности, ходкости в условиях волнения, снижения внешних силовых воздействий на конструкции судна, комфортабельности и материалоемкости катамарана за счет рационального выбора формы носовых оконечностей корпусов и установки на них пассивных стабилизаторов качки. Материалы и методы. Исследование базируется на использовании методов теории корабля и качки судов, а также численных методов расчета. Основные результаты. В результате анализа расчетных данных предложены принципиальные технические решения, обеспечивающие высокую комфортабельность и экономическую эффективность катамарана. Заключение. Результаты исследований могут быть использованы при рациональном проектировании комфортабельных и высокоэффективных пассажирских катамаранов.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом научного исследования является заниженный расход воды типовой форсунки с завихрителем корабельных систем пожаротушения тонкораспыленной водой. Цель научного исследования - выявление причин заниженного расхода воды и способы его увеличения. Материалы и методы. Исследования проводились с помощью компьютерного моделирования в ком- мерческом пакете инженерного анализа Ansys CFX на основе современных методов вычислительной гидро- динамики (CFD). Основные результаты. Получен модернизированный завихритель для форсунки с увеличенным расходом воды, исключающий появление кавитации во внутренних каналах. Заключение. Полученные результаты позволяют проектировать форсунки и распылители корабельных систем пожаротушения тонкораспыленной водой исключая кавитацию в каналах завихрителя.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом работы являются структуры судовых электроэнергетических систем с системами электродвижения большой мощности. Цель работы заключается в обобщении технических решений, принимаемых при создании данных систем. Материалы и методы. Исходными материалами для статьи являются научно-техническая информация, а также многолетний опыт, накопленный автором в ходе проведения НИР и ОКР по разработке судовых систем электродвижения. Решение поставленной перед автором задачи основывается на сравнительном анализе технических решений, примененных при построении структур судовых электроэнергетических систем с системами электродвижения большой мощности. Основные результаты. К основному результату, полученному в ходе работы, следует отнести обобщение технических решений по созданию систем электродвижения большой мощности для таких судов, как ледоколы, транспортные суда для вывоза углеводородов, круизные суда. Заключение. Ценность полученных авторов практических результатов заключается в их использовании при проектировании систем электродвижения атомного ледокола-лидера и других судов для освоения Арктики.

Объект и цель научной работы. Объектом научной работы является система электродвижения ледокола лидера. Цель работы - создание математической и компьютерной модели гребного электропривода с асинхронным электродвигателем с тремя обмотками на статоре для исследования установившихся, переходных, несимметричных и аварийных режимов в электроэнергетической системе и системе электродвижения ледокола лидера. Материалы и методы. Используются средства и методы компьютерного моделирования сложных технических объектов. Основные результаты. Разработана математическая модель трехобмоточного асинхронного двигателя в фазных координатах. Выполнены расчетные исследования прямого пуска гребного электродвигателя мощностью 15 МВт, а также установившихся и переходных режимов судовой электроэнергетической системы, состоящей из синхронного генератора мощностью 36 МВт, двухобмоточных трансформаторов и гребного электропривода с асинхронным электродвигателем мощностью 15 МВт в фазных координатах с тремя обмотками на статоре и трехуровневым преобразователем частоты. Расчетным путем определен коэффициент несинусоидальности кривой напряжения на шинах главного распределительного щита при работе гребного электродвигателя 15 МВт от синхронного генератора мощностью 36 МВт. Заключение. Разработанную математическую модель асинхронного двигателя можно применять для расчета установившихся и переходных режимов в судовых электроэнергетических системах с частотно-регулируемым трехобмоточным асинхронным двигателем, и, кроме того, для расчета электромеханических и электромагнитных процессов и отладки алгоритмов частотного управления. Это особенно актуально связи с тем, что асинхронные электрические машины, входящие в состав электромашинных агрегатов гребных электродвигателей ледокола лидера, имеют по три трехфазных обмотки, уложенных на статоре, и опыт создания судовых электроприводов мощностью 15 МВт в настоящее время отсутствует.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом работы являются отработавшие газы судовых энергетических установок. Цель исследования - изучение влияния коррозии смесью кислот пористых проницаемых каталитических материалов в системе каталитической нейтрализации отработавших газов. Материалы и методы. Разработаны программа проведения экспериментальных исследований по изучению влияния смеси кислот на каталитический материал в системе очистки отработавших газов судовых энергетических установок, а также установка для изучения влияния смеси азотной и серной кислот на коррозионные свойства пористых проницаемых каталитических материалов. Основные результаты. В результате проведенных исследований получены данные о влиянии смеси кислот на пористые проницаемые каталитические материалы, используемые в системах очистки отработавших газов судовых энергетических установок. Заключение. Результаты экспериментальных исследований позволяют оценить степень влияния агрессивной среды эксплуатации систем очистки на каталитические материалы в системах очистки, используемые на судах, а также выбрать в случае необходимости состав определенного каталитического материала в соответствии с заданными требованиями к качеству очистки отработавших газов.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Целью настоящей работы является экспериментальная проверка возможности дополнительного эффективного низкочастотного вибродемпфирования пластин конструкций, имеющих большие начальные потери колебательной энергии. Материалы и методы. В качестве средств вибродемпфирования использованы резонирующие полосовые вибропоглотители, частотно настроенные на частоту повышенной вибрации пластины. Основные результаты. Экспериментально показана возможность дополнительного эффективного вибродемпфирования пластины с большими начальными потерями энергии на низших резонансных частотах ее изгибных колебаний. Заключение. Показано, что предлагаемые вибропоглотители имеют высокую эффективность и отличаются от применяемых средств вибродемпфирования меньшими массой и толщиной.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объект работы - приводный слой на границе раздела «вода - воздух». Цель - изучение в контролируемых условиях динамики свойств при вариации состояний теплового поля водной поверхности. Материалы и методы. Применены контактные многоканальные средства контроля температуры и характеристик влажности, а также тепловизионные средства контроля температуры водной поверхности. Обеспечено моделирование различного теплового состояния границы раздела двух сред и гидрофизических возмущений свободной поверхности малой интенсивности. Основные результаты. Получены данные о модельном представлении и проведено экспериментальное подтверждение вариаций состояния влажности приводного слоя при различных состояниях теплового поля границы раздела двух сред и возмущений этой границы средствами малой интенсивности. Заключение. Получены данные о качественном изменении параметров влажности приводного слоя границы раздела на базе расчетов по одновременно измеренным количественным параметрам теплового поля водной среды у границы раздела и приводного слоя.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Лазерная батиметрия, совершенствование и развитие оптических методов и средств исследования морской среды. Материалы и методы. Программы для ЭВМ в обеспечение расчетных методов лазерной батиметрии с учетом параметров гидролидара и трассы зондирования. Основные результаты. Повышение эффективности расчетных методов и доказательство практической значимости лазерной батиметрии в исследовании гидросферы на базе разработанной физико-математической модели (ФММ). Заключение. Представленные расчетные методы лазерной батиметрии открывают дополнительные возможности при проведении оптиколокационных исследований морской среды нефтеносной шельфовой зоны северных акваторий.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Приводятся обоснования возможности применения компенсированной регистровой тонны (CGT) в качестве основной единицы измерения потенциала производительности предприятий отечественного судостроительного комплекса. Материалы и методы. На основе зарубежных и отечественных источников проанализированы характеристики наиболее распространенных типов судов, построенных за последние годы, а также находящихся в постройке. Изучены потребности отечественной экономики в судах и другой морской технике. Основные результаты. Применяемый в маркетинговых и статистических источниках информации показатель CGT является наиболее объективной статистической единицей определения возможностей потенциала как отдельно взятых судостроительных производств, так и отрасли в целом. Исходя из результатов исследования, предлагается использовать СGT в качестве основного статистического измерителя для определения потенциала отечественных судостроительных производств, ориентированных на изготовление продукции гражданского назначения, и отрасли в целом. Заключение. Проанализирована возможность использования CGT в качестве основной единицы измерения потенциала производительности судостроительных предприятий. Применяя методологию, приведенную в данной исследовательской работе, можно будет проанализировать потенциал отечественных судостроительных мощностей, дать объективную оценку загруженности предприятий, а также определить степень недозагруженности имеющихся судостроительных производств.

Ключевые слова