Труды Крыловского государственного научного центра

Объект и цель научной работы. Объектом научной работы является кавитационный шум гребных винтов транспортных судов. Цель работы - анализ и обобщение современных исследований и методик прогнозирования широкополосного шума, индуцированного работой кавитирующего винта транспортных судов. Материалы и методы. Выполнен обзор опубликованных в ХХI веке материалов исследований, посвященных кавитационному шуму гребных винтов транспортных судов, в частности широкополосного шума, а также собственных авторских исследований причин и физических аспектов возникновения широкополосного шума. На основании анализа Фурье временных функций скоростей и давлений в потоке вблизи винта найдены условия возникновения широкополосного шума на (4-10)-лопастных гармониках и параметры, связывающие этот шум с различными видами кавитации на винте. Основные результаты. Обзор результатов исследований последних лет, посвященных кавитационному шуму гребных винтов транспортных судов, показал, что в качестве базиса для современных методик прогнозирования шума используются уровни так называемого широкополосного шума, возникающего при работе кавитирующего винта в неоднородном потоке на высоких (4-10)-лопастных гармониках. При этом авторами методик широкополосный шум рассматривается только как результат развития концевых вихрей. В работе рассмотрена и обобщена альтернативная гипотеза возникновения широкополосного шума, обусловленная возникновением и коллапсом каверн в пределах лопасти с образованием двуглавого пика на временной функции давлений. Анализ публикаций по развитию вихревого следа за гребным винтом и моделированию давлений при потере устойчивости спиралей концевых вихрей позволил показать, что сдвоенные пики давлений могут образовываться в потоке при развитии вихревого следа за гребным винтом. Это позволило объединить обе гипотезы образования широкополосного шума - от развития концевого вихря и от возникновения и коллапса каверн на лопасти - и связать оценку возможности роста высоких лопастных гармоник с параметрами кавитации. Заключение. Показано, что современные методы исследований позволили получить новые данные о механизме возникновения и коллапса кавитации как на лопасти, так и в концевом вихре. В то же время применяемые в настоящее время методики прогнозирования кавитационного и, в частности, широкополосного шума являются весьма приближенными и требуют уточнения для оценки влияния различных характеристик кавитации на широкополосный шум. Основой для такого уточнения могут служить приведенные в работе гипотезы возникновения широкополосного шума и предложенная физическая модель, охватывающая как вихревую кавитацию, так и образование и коллапс каверн.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является полимерный композиционный материал типа сферопластика, представляющий собой гетерогенную среду, состоящую из полимерной матрицы, наполненной сферическими включениями - микросферами. Основная цель работы заключается в разработке структурной модели деформирования и разрушения материалов такого типа при гидростатическом сжатии и программно-математического аппарата для ее реализации. Материалы и методы. Исходными данными для исследований являлись состав и структура сферопластика и характеристики его компонентов: полимерной матрицы и стеклянных микросфер. Построение структурной модели выполнялось на базе решений задач линейной теории упругости с использованием алгоритма Любачевского - Стилинджера для формирования структуры, методов гомонизации и т.д. На основе созданного математического аппарата разработан вычислительный алгоритм, который реализован в программном коде на языке С++. Верификация результатов расчетов проводилась путем сравнения с результатами испытаний при кратковременном нагружении гидростатическим давлением до разрушения образцов одной из марок сферопластика. Основные результаты. Разработана структурная модель деформирования и разрушения материалов типа сферопластика при действии гидростатического давления. Создан вычислительный алгоритм, который реализован в программном коде на языке С++, обладающий сравнительно большой эффективностью при расчете реальных структур с большим количеством микросфер порядка 105. Сопоставление с результатами экспериментов показало, что результаты моделирования согласуются с ними как по качественным, так и по количественным оценкам. Заключение. Разработанная структурная модель позволяет с высокой степенью достоверности описать процессы накопления повреждений и разрушения, идущие в сферопластике, при действии гидростатического давления. В практических целях модель может быть использована для прогнозирования характеристик сферопластика (прочности, объемной деформации и плавучести), исходя из свойств исходных компонентов - микросфер и полимерной матрицы.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются керамикосодержащие защитные конструкции. Цель работы - обоснование целесообразности и эффективности применения керамики в составе штатных корабельных конструкций для защиты от воздействия высокоскоростных поражающих элементов. Материалы и методы. Рассматриваются композиты типа «керамика + сталь», «керамика + стеклопластик», изготовленные с использованием поликристаллических керамических материалов на основе карбида бора, нитрида и карбида кремния, оксида алюминия и некоторых других видов. Исследования базируются на аналитическом подходе, результатах баллистических испытаний керамикосодержащих композитов и расчетном моделировании разрушения керамики в составе броневых конструкций. Основные результаты. Приведены результаты экспериментальных исследований, демонстрирующие уровень эффективности керамикосодержащих конструкций. Показано влияние особенностей фрагментации керамики различного типа на баллистическую стойкость защитных конструкций. Представлены конструктивно-технологические решения, направленные на повышение живучести и обеспечение монтажа керамикосодержащих конструкций на корабле. Заключение. Продемонстрирована высокая эффективность применения керамики в составе корабельных конструкций защиты от воздействия высокоскоростных поражающих элементов. Применение керамики в составе защитных конструкций позволяет получить значительное повышение баллистической стойкости конструкций при обеспечении их баллистической живучести.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом являются стали и сплавы для высоких температур. Цель исследования - получить необходимые данные для прогнозирования модуля нормальной упругости (МНУ) сталей и сплавов до их натурных испытаний. Материалы и методы. Материалами являлись данные по модулю нормальной упругости чистых металлов и справочные данные по МНУ сталей и сплавов для высоких температур. В работе используется понятие «стеснение» для ранжирования сталей и сплавов. Основные результаты. Определены МНУ железа и никеля при их работе в составе сталей и сплавов, составлен алгоритм прогнозной оценки МНУ сталей и сплавов в диапазоне температур 20-800 °С. Заключение. В работе показано, что при отсутствии опытных данных МНУ сталей и сплавов можно оценивать по величине «располагаемого» МНУ, определенного по величине МНУ чистых металлов. Результаты исследования показали возможность изменения МНУ чистых металлов при их работе в составе сталей и сплавов, получены характеристики МНУ железа и никеля при работе в составе сталей и сплавов и алгоритм прогнозирования МНУ сталей и сплавов на основе этих металлов в диапазоне температур 20-800 °С.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом научной работы являются полимерные композиционные материалы (ПКМ), применяемые для изготовления корпусных конструкций кораблей и судов. Цель работы - поиск способов противопожарной защиты кораблей и судов, построенных из этих материалов. Материалы и методы. В работе использовались результаты экспериментальных исследований и стандартных испытаний на огнестойкость конструкций из ПКМ, а также методы имитационного моделирования процессов тепломассопереноса в судовых помещениях при пожарах, для определения тепловых параметров, воздействующих на данные конструкции. Основные результаты. Определены пути повышения пожарной безопасности кораблей и судов с корпусными конструкциями из ПКМ. Обозначен состав проблем, требующих решения в данной области. Даны рекомендации по повышению противопожарной защиты проектируемых, строящихся и находящихся в эксплуатации кораблей. Заключение. Применяемые в отечественной практике конструкционные ПКМ не отвечают действующим требованиям Международной морской организации по безопасности на море (ИМО) по противопожарной защите высокоскоростных судов и требованиям по противопожарной защите кораблей ВМФ. На кораблях, находящихся в эксплуатации и построенных с применением данных материалов, не предусмотрены дополнительные меры по снижению их пожарной опасности. Пожары на таких кораблях могут приводить к катастрофическим последствиям. Необходимо скорейшее решение данной проблемы. Предложенные в работе рекомендации по способам ее решения, основанные на большом объеме экспериментальных исследований, представляют практическую значимость.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом работы являются волнорассекающие пассажирские катамараны из алюминиевых сплавов. Цель исследования - поиск способов и средств улучшения конструкции носовых оконечностей корпусов катамаранов, снижения трудоемкости их изготовления и обеспечения эксплуатационной безопасности. Материалы и методы. Исследование базируется на использовании методов конструирования судов и численных методов расчета для прогнозирования усталостной прочности. Основные результаты. В работе предложены новые конструктивно-технологические решения для носовых оконечностей корпусов катамаранов, обеспечивающие их высокую эксплуатационную безопасность и пониженную стоимость изготовления. Заключение. Результаты исследований могут быть использованы при рациональном проектировании высокоэффективных пассажирских катамаранов.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Рассмотрены и сопоставлены существующие рекомендации по расчету взаимной индуктивности круговых контуров и соленоидов с параллельными осями. Выявлена целесообразность такой проверки для предельного случая, при котором имеет место совмещение осей. Материалы и методы. Проверка этих рекомендаций для случаев нулевого осевого сдвига осуществляется по хорошо апробированным выражениям. С этой целью приведены альтернативные выражения для взаимной индуктивности соосных контура и соленоида и двух контуров. Основные результаты. Выявлен ряд существенных несоответствий между численными значениями вплоть до различия в знаках для случая соленоида и контура с параллельными осями. Для контуров с параллельными осями внимание акцентировано на необходимости использования вспомогательных таблиц, подтверждающей сложность получения численных оценок и в этом случае. Заключение. С учетом выявленных недостатков сформулирован вывод о целесообразности применения вычислительных методов в конфигурациях с параллельными осями. Для контуров с параллельными осями, как это следует из записанного выражения, достаточно применения однократного численного интегрирования.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Взаимные индуктивности принадлежат к числу основных параметров электрических цепей, и их определение является важнейшей задачей для исследования происходящих в них физических процессов, включая возникновение электродинамических сил. Соосные катушки и соленоиды являются весьма распространенной частью электротехнических устройств, и нахождение взаимных индуктивностей и электродинамических сил в них имеет большое практическое значение. Материалы и методы. Использованы методы теоретической электротехники. Основные результаты. Получены выражения для взаимной индуктивности на основе декомпозиции соленоида на внешние и внутренние его части относительно торцевых плоскостей катушки. Заключение. На основе предпринятого анализа получены альтернативные выражения для взаимных индуктивностей.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Исследование условий возникновения гидроупругих автоколебаний перфорированной пластины, обтекаемой «скользящим» потоком. Материалы и методы. Измерения уровней вибрации обтекаемой пластины. Анализ физической природы максимумов в частотных спектрах вибрации. Основные результаты. Определены условия возникновения гидроупругих автоколебаний при обтекании перфорированной пластины. Заключение. Разработаны предложения по недопущению возникновения гидроупругих автоколебаний при обтекании «скользящим» водным потоком судовых конструкций, в состав которых входят перфорированные пластины.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Исследование закономерностей изменения акустического импульса при его распространении в ограниченных средах является одной из фундаментальных задач акустики, позволяющих ставить и решать обратную задачу об определении диссипативных и резонансных свойств данных сред. В работе исследовались физические процессы, происходящие при распространении импульса в цилиндрическом волноводе с жесткими стенками. Материалы и методы. Для анализа механизма диссипации были проведены экспериментальные исследования распространения импульса в гидроакустической трубе, с помощью аналитических методов выполнено теоретическое описание полученных результатов. Моделирование распространяющегося импульса в конечно-элементной модели волновода использовалось для подтверждения теоретических оценок и эксперимента. Основные результаты. Проведены экспериментальные исследования физических процессов при распространении акустического импульса в ограниченном пространстве цилиндрического волновода, ограниченного стенками, по характеристикам близкими к абсолютно жестким. Данные показали возможность контроля изменения фазовой скорости, амплитуды и формы сигнала, что позволило с достаточной степенью точности количественно оценить величину импеданса внутренних стенок волновода и диссипацию акустической энергии. Проведенный расчет на численной модели с учетом полученных теоретически количественных оценок величин диссипации и значения импеданса внутренней поверхности волновода показал хорошее соответствие между модельными и экспериментальными характеристиками изменения распространяющегося импульса. Заключение. В работах, посвященных описанию распространения акустических волн в волноводах, вопросы, посвященные диссипации энергии, как правило, не рассматриваются, особенно в тех случаях, когда она слабо влияет на результат измерений. Теоретическая ценность проведенных исследований заключается в количественной оценке диссипации энергии волны по параметрам, которые в эксперименте могут быть определены с достаточной точностью: фазовая скорость, форма импульса. Дальнейшее повышение точности экспериментальных данных, прежде всего в широком частотном диапазоне, позволит усовершенствовать теоретическую модель диссипации за счет учета механизма неоднородных вязких и тепловых волн вблизи внутренней поверхности волновода. Практическое значение исследований заключается в повышении достоверности экспериментальных данных и развитии физико-математических моделей поглощения подводного звука за счет вынужденного переменного потока с высокотрансформированной скоростью вязкой жидкости в тонком поверхностном слое вблизи упругой стенки.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Развитие методов численного моделирования значительно расширяет возможности теоретического анализа в задачах, связанных с большим объемом вычислений и набором исходных данных, к которым можно отнести задачи о распространении звука в море. В статье проводится анализ возможности численной модели по описанию физического процесса распространения акустического сигнала в подводном звуковом канале в условиях глубокого моря. Материалы и методы. Расчет распространения акустического сигнала проводится в рамках лучевой теории на численной модели с учетом распределения профиля скорости звука по глубине и характеристик морского дна. Основные результаты. Показано, что в зависимости от вертикального распределения скорости звука, глубины погружения источника и расстояния направление распространения звуковой волны может меняться в значительном диапазоне углов в вертикальной плоскости. В связи с этим для объекта сложной геометрии расчет реальной силы цели целесообразно проводить не только от курсового угла в горизонтальной плоскости, но и с учетом возможного диапазона углов в вертикальной плоскости. Заключение. На модели рассчитан диапазон углов распространения волны в дальней зоне, с учетом которых возможна оценка изменения характеристик силы цели объекта. Практическое значение работы заключается в совершенствовании методов расчета реальной силы цели объектов сложной формы с учетом современных возможностей моделирования условий распространения акустических сигналов в океане.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. В работе представлены характеристики современной тепловизионной техники и обоснованы возможности ее расширенного применения. Материалы и методы. Представлены исследования, основанные на применении метода учета баланса различных составляющих теплового излучения водной поверхности и его изменения посредством применения различных режимов наблюдения водной поверхности, измерений при различной интенсивности излучения небосвода, применения дополнительной естественной подсветки за счет солнечного излучения. Основные результаты. Выполнен анализ современных тепловизионных средств, затрагивающий удобство измерения за счет применения информационных окон оператора, различных спектральных диапазонов ИК-спектра, различных форматов матричных приемников излучения, а также сравнительного представления поля температуры с применением 3-мерной формы, контрольных точек, линий и т.п.. Приведены результаты сравнительных измерений различных приборов при регистрации естественных и искусственных аномалий теплового излучения, связанных с изменением термодинамической температуры границы раздела «вода - воздух» и аналогичных измерений с превалирующей долей отраженной составляющей теплового излучения. Рассмотрены возможности применения тепловизионных средств с учетом использования дополнительного усиления сигнала посредством методики одновременной регистрации отраженного солнечного излучения; проведено сравнение данных одновременно в видимом и инфракрасном (ИК) диапазоне спектра. Заключение. Даны выводы об использовании различных методов измерения для регистрации составляющей собственного теплового излучения водной поверхности и отраженной составляющей, позволяющей использовать ее для измерения волновой структуры морской поверхности. Показаны возможности оперативного наглядного и структурированного анализа зарегистрированного теплового поля и его представления одновременно с температурной, цветовой, линейной и временной шкалами измерений.

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются преобразователи энергии морского волнения (ПЭМВ) в электроэнергию. Целью работы является составление дифференциального уравнения, описывающего работу ПЭМВ, его решение и определение влияния конструктивных параметров ПЭМВ на эффективность преобразования энергии. Материалы и методы. Использованы теоретические методы, принятые в механике и теории корабля для исследования работы сложных механизмов и динамики морских объектов. Использованы данные о характеристиках электрогенераторов. Основные результаты. Составлено дифференциальное уравнение, описывающее работу ПЭМВ на регулярном морском волнении. Уравнение связывает характеристики морского волнения с конструктивными параметрами ПЭМВ. Получены обобщенные характеристики электрогенераторов. Проведены систематические расчеты, которые показывают влияние конструктивных параметров ПЭМВ на эффективность преобразования энергии морского волнения в электроэнергию. Заключение. Результаты могут быть использованы при проектировании ПЭМВ. Полученное дифференциальное уравнение позволяет исследовать работу ПЭМВ в различных морских условиях и оценить влияние конструктивных параметров на эффективность преобразования энергии. Обобщенные характеристики электрогенераторов могут быть использованы при проектировании волноэнергетических комплексов и ветроэнергетических установок.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. В статье рассматриваются в сопоставлении методы опреснения морской воды и их энергетические особенности с точки зрения целесообразности включения опреснительной установки в состав комплекса с плавучим атомным энергоблоком. Материалы и методы. На основе анализа различных литературных источников произведен обзор основных методов ядерного опреснения. Для сравнения различных технологий опреснения использована программа МАГАТЭ DEEP. Основные результаты. По итогам моделирования ядерного опреснения в программе МАГАТЭ DEEP на примере акватории Персидского залива составлены предварительные рекомендации по применению методов опресненияпри совместной работе установки опреснения с плавучим атомным энергоблоком. Заключение. Интегрированный комплекс позволяет проводить опреснение как мембранным, так и термическими способами. Для оптимального выбора технологии необходима конкретизация района дислокации и взаимного расположения плавучего атомного энергоблока и опреснительной установки, и дальнейший поиск компромисса на основе более точных расчетов.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является влияние мировой энергетики на экологию и безопасность человека и природы. Цель - выявление путей развития энергетики на основе базового критерия «согласие с природой». Материалы и методы. Анализ регламентирующей документации, литературы, интернет-источников, расчетная систематизация и классификация статистических данных. Основные результаты. Подведена убедительная доказательная основа к вектору развития мировой энергетики на базе активного замещения углеводородов атомной энергетикой. Заключение. Глобальное потепление и энергетический кризис не за горами, и только атомная энергетика способна решить эти проблемы, обеспечивая возрастающие потребности человечества в энергии в согласии с природой. Главный вопрос сегодня связан не с технологией, а с психологией. Задача состоит в системном формировании общественного мнения о безопасной работе атомной энергетики.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Статья представляет собой обширный аналитический обзор, посвященный современным управленческим решениям на уровне правительства и трех ключевых морских служб США - Военно-морских сил, Корпуса морской пехоты и Береговой охраны, известных под общим названием Военно-морская служба, а также основным тенденциям развития ВМФ США. Материалы и методы. Исследование выполнено на основе новейших стратегических документов, определяющих ближайшие и долгосрочные планы военного кораблестроения США, принятых в 2020-2021 гг. Основные результаты. Подробно изложены основные направления государственного финансирования ВМФ США, проанализированы перспективы развития американского военного флота и возможности его перевооружения, обозначены основные страны-конкуренты США, претендующие на контроль над Мировым океаном и Арктикой. Заключение. Исследование дает возможность адекватно оценить масштаб военных планов действующей администрации США, связанных с программами кораблестроения будущего, с учетом военных и стратегических интересов России.

Ключевые слова