Объект и цель научной работы. Пульсации давления, вызываемые кавитирующими лопастями, вносят существенный вклад в нагрузки, вызванные потоком, и усиливают вибрацию конструкции. Эти пульсации зависят от колебаний объема каверн на лопасти. Их прогнозирование обычно включает модельные испытания, и существуют три вида масштабных эффектов, влияющих на объемы каверн. Первый связан с неравномерным притоком. Второй связан с совместным воздействием пограничного слоя лопатки и поверхностного натяжения на поверхность каверны. Третий связан с плавучестью каверны. Материалы и методы. Из-за сложности обтекания лопастей полезен качественный анализ подобного нестационарного неоднородного обтекания трехмерных подводных крыльев. Представлен такой анализ для подводного крыла с сечениями, скопированными c лопасти морского винта. Набегающие потоки соответствуют следам за кораблем и его моделью. Расчеты проводились с использованием анализа вязко-невязкого взаимодействия. Основные результаты. Получено качественное объяснение наблюдаемых тенденций и масштабных эффектов благодаря этому анализу. В частности, подчеркивается роль кавитации на нагнетающей стороне лопасти в полномасштабных условиях. Заключение. Различие модели и следа корабля приводит к существенному различию углов атаки сечения лопасти при одинаковой нагрузке лопасти. Следовательно, при модельных испытаниях кавитация на стороне всасывания более обширна, тогда как кавитация на стороне нагнетания может не появиться, хотя она существует на полномасштабной лопасти гребного винта корабля. Этот эффект существенен и не рассматривался ранее.
Труды Крыловского государственного научного центра
2021. — Выпуск 3
Содержание:
Объект и цель научной работы. Исследуются взаимосвязи между коэффициентом сопротивления трения и распределением скоростей в турбулентном пограничном слое в слабоконцентрированных растворах полимера. Они отличаются от подобной связи в воде вследствие того, что в растворах полимера сопротивление трения при постоянных числах Рейнольдса дополнительно изменяется с изменением концентрации раствора. Материалы и методы. Проанализированы известные экспериментальные данные об изменении коэффициентов сопротивления трения и профилей скоростей в турбулентных течениях в круглых трубах при изменении концентрации раствора полимера. Основные результаты. Установлен общий закон согласованных изменений коэффициента сопротивления трения λ и профилей скоростей в пограничном слое в зависимости от числа Рейнольдса и концентрации раствора полимера. Обоснованы модели течения, описывающие закономерности изменения скоростей во всех характерных участках пограничного слоя - в ламинарном подслое, буферной и логарифмической областях течения. Введено в рассмотрение новое безразмерное число, характеризующее способность слабоконцентрированных водных растворов полимеров снижать сопротивление трения, которое в работе названо параметром эффекта Томса. Заключение. Результаты исследования будут полезны при разработках теоретических методов расчета характеристик пограничного слоя в растворах полимеров.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Статья посвящена анализу поля вызванных скоростей вне струи идеального движителя. Цель - расширение возможности выполнения расчетных оценок. Материалы и методы. Анализ материалов по данному вопросу показал, что для этих целей используются сложные и достаточно трудоемкие методы. Сделана попытка создания расчетной схемы, основанной на прямом определении вызванных скоростей от дискретных стоков, имитирующих работу идеального движителя. Для этого разработаны алгоритм расчета и программа его реализации на ПК. Тестирование программы позволило определить условия, обеспечивающие точность расчетов, показало практически полное совпадение получаемых результатов с данными других авторов и возможность расширения диапазона ее применения. Основные результаты. Выполнены систематические расчеты вызванных скоростей при работе идеального движителя вне его струи, позволяющие в инженерной практике определять величину скорости потока в любой точке рассмотренной широкой области. Заключение. Выполнен расчет продольной и радиальной компонент скорости, вызванной работой идеального движителя вне его струи, базирующийся на прямой оценке влияния системы стоков, распределенных по диску движителя, на поток идеальной жидкости. Разработан алгоритм расчета, составлена и протестирована соответствующая программа. Выполнены систематические расчеты вызванной скорости, данные которых могут быть использованы для практических вычислений.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом исследования является ледокол «Лидер»; цель исследования - оценка возможности движения ледокола в штормовых условиях с минимально допустимой скоростью в соответствии с требованиями IMO для случая аварийного движения. Материалы и методы. Основными методами исследования являлись анализ данных модельных испытаний ледокола и расчетные методы оценки буксировочного сопротивления и ходкости на волнении. Основные результаты. Выполнены расчеты ходовых качеств ледокола «Лидер» для режима аварийного движения в штормовых условиях. Произведен учет аэродинамического сопротивления, дополнительного сопротивления на нерегулярном волнении, а также рассмотрено влияние застопоренных гребных винтов на сопротивление ледокола при движении в аварийном режиме. Заключение. Показано, что ледокол «Лидер» удовлетворяет рекомендациям IMO в отношении возможности движения против ветра силой 8 баллов по шкале Бофорта и соответствующего волнения со скоростью 6 уз.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом работы является модернизация уникального наземного гидробарического стенда ДК-600 Крыловского государственного научного центра (КГНЦ), предназначенного для проведения испытаний на прочность и герметичность объектов глубоководной техники при внешнем давлении 90-100 МПа. Цель работы - обеспечение сдаточных испытаний штатных прочных корпусов и оборудования перспективных обитаемых автономных сверхглубоководных аппаратов (АСГА) с максимальной рабочей глубиной погружения до 11 500 м. При этом в соответствии с мировым опытом создания обитаемых глубоководных аппаратов (ГА) требуется испытательное давление порядка 135-140 МПа. Материалы и методы. С использованием современных численных методов (метода конечных элементов) выполнены предварительные расчеты прочности и обоснован выбор конструкционного материала - стальные свариваемые поковки категории прочности 750-800 МПа. Основные результаты. Предложены способ и устройство («Капсула ДК-600»), обеспечивающие проведение указанных испытаний за счет введения в рабочее пространство док-камеры ДК-600 с давлением 85-90 МПа специальной разъемной промежуточной Капсулы, внутри которой, в свою очередь, может быть создано давление 135-140 МПа, воздействующее на размещенный в ней объект испытаний с наружными поперечными габаритами до 2400 мм. Заключение. Представлены результаты поисковой работы, направленной на техническую модернизацию уникального наземного гидробарического стенда, которая выведет стенд на передовые позиции в мире в плане испытательного давления для проверки прочности и надежности средств освоения глубин Мирового океана при габаритах прочных корпусов в пределах 2400 мм.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Статья посвящена физическому моделированию процесса взаимодействия аномальной волны (волны-убийцы) с плавучим объектом в волновом бассейне Крыловского государственного научного центра (КГНЦ). Аномальная волна чрезвычайно опасна для морских объектов тем, что отличается от ветровых волн необычайно крутым передним склоном и пологой ложбиной, она внезапно возникает и стремительно обрушивается на судно. Исследование особенностей процесса взаимодействия волны-убийцы с плавучим объектом является необходимым для понимания его поведения в экстремальных условиях. В результате эксперимента требовалось получить данные о динамических перемещениях и ускорениях морского объекта под воздействием волны-убийцы при различных курсовых углах и скоростях хода. Полученные данные станут фундаментом для теоретических исследований и численных методов расчета. Материалы и методы. Физическое моделирование процесса взаимодействия аномальной волны с плавучим объектом проводилось в глубоководном волновом бассейне. Аномальная волна генерировалась методом суперпозиции 4 двухмерных регулярных волн одного направления с различной крутизной в частотном диапазоне от 2 до 6 рад/с. Для создания управляющего сигнала при помощи специального программного обеспечения формировался волновой пакет, состоящий из последовательности 4 гармоник заданной частоты, высоты и длительности. Для регистрации параметров сгенерированной волны-убийцы использовались струнные волнографы, установленные с определенным шагом по длине бассейна. Плавучий объект располагался в окне буксировочной тележки с упругой системой удержания. Для измерения процессов качки плавучего объекта и его ускорений в определенных точках при взаимодействии с волной-убийцей использовалась бесконтактная оптическая аппаратура и двухкомпонентные датчики ускорений (акселерометры). Рассматривались случаи взаимодействия плавучего объекта с аномальной волной при различных курсовых углах и скоростях хода. Основные результаты. В результате физического эксперимента получены данные о поведении плавучего объекта при взаимодействии с волной-убийцей на 5 курсовых углах без хода и на ходу. Построены зависимости бортовой, килевой и вертикальной качки плавучего объекта от различных курсовых углов при разных скоростях хода, а также аналогичные зависимости вертикальных и поперечных ускорений в носовой оконечности. Проведен сравнительный анализ результатов с данными, полученными на интенсивном нерегулярном волнении (спектр JONSWAP) при аналогичных условиях эксперимента, а также с данными, собранными зарубежными исследователями. Заключение. Наибольший крен и максимальные ускорения зарегистрированы при положении лагом к аномальной волне, но грузовое судно имеет достаточный запас динамической остойчивости, чтобы противостоять такому импульсному воздействию. Значения бортовой качки и ускорений на нерегулярном волнении близки к параметрам, измеренным при воздействии аномальной волны. Такое сходство объясняется раскачивающим эффектом периодического воздействия нерегулярного волнения, близостью собственного периода бортовых колебаний судна к среднему периоду волнения и достаточно высокими волнами. По сравнению с зарубежными исследованиями рассмотрен более широкий диапазон курсовых углов и скоростей хода, а также получены данные об ускорениях в носовой оконечности.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются суда с малой площадью ватерлинии (СМПВ), основная особенность которых - высокая мореходность. Цель данной работы - демонстрация больших возможностей применения таких судов и кораблей. Материалы и методы. Рассмотрены как сведения, полученные из зарубежной литературы, так и собственные данные автора. Примененные методы сравнения направлены на демонстрацию главных особенностей объектов различного назначения. Основные результаты. Краткий очерк истории развития СМПВ показал основные тенденции этого развития. Рассмотрение типов таких судов позволило выявить общие особенности и отличия каждого типа СМПВ. Выявленные преимущества и недостатки, особенности проектирования дают широкую картину возможных областей применения. Заключение. Существенное повышение мореходности водоизмещающих морских судов малого и среднего водоизмещения может быть обеспечено применением архитектуры с малой площадью ватерлинии. Экономически рациональными СМПВ являются все типы морских судов, которым необходима большая относительная площадь палуб, так называемых носителей вместимости (capacity carriers), таких как пассажирские, научно-исследовательские, боевые, накатные и т.п. суда. Для более эффективного использования СМПВ рекомендуется разработка альтернативных проектов этой архитектуры на ранних стадиях создания всех судов названных выше назначений.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом и целью исследования являются способы и проблемы, анализ современного состояния и перспектив развития в области генерации электроэнергии в системах электродвижения кораблей и судов. Материалы и методы. Кратко изложены основные принципы и способы электрогенерации с использованием различных генерирующих установок, системы преобразования электроэнергии и определены их достоинства и недостатки на основе публикаций по данной тематике. Основные результаты. Исследованы современные достижения в области генерации электроэнергии кораблей и судов, а также способы ее трансформации. Проведен подробный анализ современного состояния и перспектив развития судовых систем генерации энергии, рассмотрены различные варианты двигателей и генераторов, в т.ч. перспективных, и подробно проанализированы их характеристики на основе данных, представленных в иностранных источниках. Заключение. Сформулированы обоснованные выводы о достижениях, а также текущие проблемы в области судовой генерации электроэнергии.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом исследования является выпрямитель (преобразователь) ОПЕД-12,5-115 (О - однофазный; П - постоянный ток; Е - естественное воздушное охлаждение; Д - на диодах с примером записи в документации; 12,5 - номинальный ток; 115 - номинальное напряжение). Материалы и методы. В работе применены методы силовой электроники и гармонический анализ. Основные результаты. Разработаны способы оценки и ограничения коэффициента гармоник (коэффициента нелинейных искажений от преобразователя) с учетом активной нагрузки генератора повышенной частоты (400 Гц). Заключение. Получены численные оценки для коэффициентов ослабления гармоник 3, 5 и 7 с использованием базовых значений Xd и Xq генератора АТО-20.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. В обзоре получены решения и выполнены расчеты характеристик отражения и рассеяния звука идеальными и упругими телами различных форм (аналитических и неаналитических), находящихся либо у границы раздела сред, либо в подводном звуковом канале, либо в плоском волноводе с твердым упругим дном. Материалы и методы. При изучении гармонических сигналов используется метод нормальных волн, опирающийся на фазовую скорость распространения сигналов, а для импульсных сигналов, связанных с переносом энергии, применяется метод действительных и мнимых источников и рассеивателей, основанный на групповой скорости распространения. Основные результаты. Выполнен расчет рассеянного звукового поля для идеальных сфероидов (вытянутых и сжатых), находящихся у границы раздела «жидкость - идеальная среда». Вычислен спектр рассеянного импульсного сигнала для тела, помещенного в звуковой канал. Найдены первые отраженные импульсы для идеального сфероида, находящегося в плоском волноводе с анизотропным дном. Заключение. При изучении дифракционных характеристик тел, находящихся у границы раздела сред, оказалось, что основной вклад в рассеянное поле дает не взаимодействие рассеивателей (действительных и мнимых), а интерференция рассеянных полей. Показано, что на больших дистанциях главенствующую роль играют спектральные характеристики самого канала. При использовании импульсных звуковых сигналов в плоском волноводе нужно применять метод действительных и мнимых источников и рассеивателей, опирающийся на групповую скорость распространения звука.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. В исследовании рассмотрена проблематика техногенного подводного шума с его проявлениями в экологической и конкурентной областях, а также в областях, затрагивающих интересы ВМФ. Материалы и методы. В связи с тем, что исследуемые вопросы являются относительно новыми для отечественного судостроения, судоходства и морской промышленной деятельности, первым шагом к системным исследованиям является постановка задачи о техногенном подводном шуме как физическом явлении, которое должно найти отражение в государственной морской промышленной и транспортной политике. В статье использованы результаты проектных работ, выполненных ФГУП «Крыловский государственный научный центр», а также сведения, полученные из средств массовой информации. В качестве основных источников техногенного подводного шума могут быть отмечены объекты прибрежной промышленной и портовой инфраструктуры, морские нефтегазовые сооружения, транспортные и ледокольные суда. Основные результаты. Сделан вывод о необходимости постановки и выполнения специализированной комплексной целевой программы, результатом которой должна стать систематизация научно-исследовательских и проектных работ, направленных на анализ, регламентацию и стандартизацию параметров техногенного подводного шума объектов морской техники различных типов. Заключение. Техногенный подводный шум непосредственно связан с вопросами обеспечения безопасности жизнедеятельности морских экосистем. Кроме того, он является фактором коммерческой и более масштабной экономической межгосударственной конкуренции. В перспективе техногенный подводный шум морской техники может стать инструментом конкурентной борьбы за возможность и право разработки морских нефтегазовых месторождений российского шельфа, а также получения права на использование российских арктических транспортных путей. На фоне этих двух факторов очевидны интересы ВМФ к повышению эффективности стационарных и мобильных гидроакустических систем в условиях воздействия техногенного подводного шума морской техники гражданского назначения.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Объектом научной работы является физическое явление наблюдаемости лидаром гидрофизических возмущений от подводного движущегося объекта, подтвержденное научным открытием, зарегистрированным Российской академией естественных наук (РАЕН). Цель работы состоит в кратком изложении сущности явления и обосновании возможности создания системы подводного наблюдения с использованием лидаров. Материалы и методы. Материалами работы являются описание открытия рассматриваемого явления и публикации, подтверждающие его достоверность. Метод обоснования возможности создания системы подводного наблюдения с использованием лидаров состоит в модельном представлении этой системы в виде группы рассредоточенных стационарных лидаров, фиксирующих моменты времени прохождения подводного движущегося объекта, с решением навигационной задачи определения его координат и параметров движения. Основные результаты. Результаты демонстрируют точное решение задачи, реализованное в системе программирования MATLAB, что подтверждает адекватность модели и корректность ее программной реализации. Заключение. Достигнута цель работы, состоящая в обосновании возможности создания системы подводного наблюдения с использованием лидаров. Постановка и методика решения навигационной задачи определения координат и параметров движения объекта по данным регистрации моментов наблюдения лидарами гидрофизических возмущений являются новыми научными результатами. Гипотетическая система подводного наблюдения с применением лидаров при условии экспериментального подтверждения достаточно больших дальностей действия лидаров является перспективной.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Центробежное оборудование широко применяется в различных отраслях промышленности. Одна из основных деталей центробежного оборудования - рабочее колесо. Эксплуатация рабочих колес в судостроении рассматривается как перспективное направление, особенно с учетом необходимости организации бесперебойной работы в тяжелых условиях арктической зоны. Целью исследования является разработка технологии изготовления рабочих колес центробежных насосов с помощью электронно-лучевой сварки (ЭЛС), исключающей применение припоев и заключительную термообработку. Материалы и методы. В качестве основного материала для рабочего колеса была выбрана высокопрочная хладостойкая сталь 10ХН3МД. Основные результаты. В процессе отработки технологии была выбрана конструкция рабочего колеса. Выработаны режимы сварки на макетных образцах, имитирующих тавровые соединения покрывного диска с лопаткой. Выполнены испытания образцов и исследования. Сделаны выводы для продолжения работы и внедрения технологии ЭЛС. Заключение. Разработана технология ЭЛС рабочего колеса центробежного насоса, позволяющая изготавливать его из высокопрочных, хладостойких материалов, в т.ч. и трудносвариваемых.
Ключевые слова
Объект и цель научной работы. Рассматривается защитная конструкция стенда для пневматических испытаний элементов оборудования системы подводной добычи применительно к открытому бассейну ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Цель работы - обоснование конструктивных параметров, обеспечивающих безопасность в условиях аварийной разгерметизации испытуемого оборудования. Материалы и методы. Используются методы компьютерного моделирования, на основе которых выполнен анализ газодинамических процессов формирования поражающих факторов и их воздействия на защитную конструкцию. Основные результаты. Представлены результаты проектной разработки плавучего погружного защитного сооружения. Приведены результаты расчетных оценок параметров воздействия поражающих факторов и сопротивляемости защитного сооружения в условиях гипотетической аварии при пневматических испытаниях оборудования. Заключение. Предложенный вариант конструкции защитного сооружения при выбранных условиях погружения в открытый бассейн и заданных условиях пневматических испытаний (давление 69 МПа, объем азота 1 м3) предотвращает выход опасных поражающих факторов в окружающую среду. Следовательно, проведение испытаний не будет представлять опасности для персонала, а также производственной инфраструктуры предприятия.