Труды Крыловского государственного научного центра

Объект и цель научной работы. В работе рассматривается решение задачи об определении интегральных внешних нагрузок на корпус судна различными способами, с последующим сравнением откликов системы. Материалы и методы. Для определения внешних сил на регулярном волнении используются метод плоских сечений и панельный метод, основанный на методе граничных элементов. Основные результаты. Приведены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) изгибающих моментов и перерезывающих сил для различных углов набегания волнения, полученные различными методиками. Проведен сопоставительный анализ расчетных схем. Заключение. В ходе работы решена задача об определении внешних нагрузок на корпус судна и исследовано влияние численных гидродинамических методик. Результаты сравнения показывают практическую применимость обеих методик, при этом панельный метод имеет больше возможностей для ввода и учета нелинейных параметров.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектами исследования являются конструкции морской техники. Цель состоит в оценке перспектив применения бессеточного метода сглаженных частиц (МСЧ) для численного моделирования ледовых нагрузок. Материалы и методы. Для достижения поставленной цели выполнен обзор наиболее популярных методов численного решения задач механики разрушения (метод конечных элементов, расширенный метод конечных элементов, метод сцепляющих элементов, метод дискретных частиц, метод сглаженных частиц и метод частиц Галёркина) с указанием их достоинств и недостатков. Приведены основные соотношения МСЧ.Основные результаты. На примере решения тестовой задачи взаимодействия цилиндрической колонны с ровным ледовым полем получены качественные картины динамики деформирования и процесса разрушения льда в случаях с наличием ледоразрушающих наделок и без, а также реализации глобальной ледовой нагрузки. Заключение. Анализ полученных результатов говорит о перспективности применения МСЧ в формулировке метода скользящих наименьших квадратов (МСНК) для численного моделирования разрушения пластичного (гранулированного) льда и определения соответствующих нагрузок на конструкции морской техники.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является полимерный композиционный материал типа сферопластик (СФП), который представляет собой гетерогенную среду, состоящую из полимерной матрицы, наполненной сферическими включениями - микросферами. В работе предложено рассмотреть распределения напряжений микросфер в составе СФП в роли качественной оценки расчетных методик. Сравнения таких распределений для разных моделей может быть использовано для объяснения результатов расчетов эффективных свойств СФП. Материалы и методы. Исходными данными для исследований являлись состав и структура сферопластика и характеристики его компонентов: полимерной матрицы и стеклянных микросфер. Численные исследования проводи- лись с использованием разработанной ранее структурной модели деформирования и разрушения сферопластика. Структурная модель оценивает напряженно-деформированное состояние (НДС) больших ансамблей микросфер (в работе используются модели с количеством сфер порядка 105). Результаты модели позволяют применить статистические методы обработки концентраторов напряжений, выявить закономерности в распределениях для прогнозированияпрочности СФП. Верификация результатов проведена путем сравнения с результатами расчетов конечно-элементных(КЭ) моделей.Основные результаты. Структурная модель деформирования и разрушения сферопластиков обладает большой эффективностью при расчете напряженно-деформированного состояния микроструктур с количеством микросфер порядка 105 и более. Сопоставление с результатами КЭ моделей показало, что результаты моделирования согласуются с ними как по качественным, так и по количественным оценкам. Заключение. Разработанная структурная модель СФП позволяет точно оценивать напряженное состояние ее компонент под внешним гидростатическим давлением при рассмотрении статистически значительного числа микросфер. Результаты показывают отличную сходимость НДС с расчетами детализированных КЭ моделей. Используя точные данные об НДС микроструктуры материала, можно прогнозировать развитие повреждений, рассчитать процесс его разрушения вплоть до полной потери плавучести.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является трехслойная пластина, образованная двумя жесткими анизотропными слоями и мягким средним изотропным слоем из вязкоупругого полимера. Каждый жесткий слой представляет собой анизотропную структуру, формируемую конечным числом произвольно ориентированных ортотропных вязкоупругих слоев композитов. Цель работы - выбор объектов исследования, демонстрирующих основные особенности параметров собственных затухающих колебаний трехслойных пластин. Материалы и методы. Качественный анализ систем дифференциальных уравнений, описывающих затухающие колебания анизотропных пластин различных составов и структур армирования. Основные результаты. В качестве основных объектов исследования рассматриваются две специальные структуры армирования жестких слоев, компонуемых из однонаправленных слоев углепластика: симметричная и асимметричная. Симметричная структура образована совокупностью однонаправленных слоев углепластика, одинаково ориентированных относительно глобальных осей этих слоев. В асимметричной структуре однонаправленные слои углепластика ориентированы в противоположных направлениях относительно глобальных осей жестких слоев. Приводятся результаты численного исследования параметров динамического отклика квазиоднородной моноклинной пластины. Показано, что связанные колебания симметричной трехслойной пластины описываются двумя системамидифференциальных уравнений, аналогичными системам уравнений, характерных для затухающих колебаний квазиод-нородной моноклинной пластины. В то же время связанные колебания асимметричной трехслойной пластины характеризуются двумя системами дифференциальных уравнений, совпадающими с системами дифференциальных уравнений, описывающих затухающие колебания глобально ортотропной трехслойной пластины. Заключение. В продолжении статьи будет приведено обсуждение результатов численных экспериментов выбранных объектов исследования.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются два судна-контейнеровоза греческой судоходной компании Danaos Shipping Co. Ltd. контейнеровместимостью 8100 и 8500 TEU. Цель работы состоит в экспериментальной проверке модификации формы обводов носовых оконечностей контейнеровозов, направленной на уменьшение гидродинамического сопротивления при снижении эксплуатационной скорости, а также в определении влияния модификации на энергетическую эффективность судна.Материалы и методы. Экспериментальные данные модельных испытаний, полученные в глубоководном опытовом бассейне ФГУП «Крыловский государственный научный центр».Основные результаты. В результате исследовательских работ получены зависимости потребной мощности от скорости хода контейнеровозов с исходной и модифицированной формой обводов носовой оконечности.Заключение. За счет перехода на более низкую скорость хода с одновременной оптимизацией и модернизацией формы обводов носовой оконечности возможное снижение потребной мощности, а соответственно, расхода топлива и объема выбросов углекислого газа, составляет примерно 40 %.

Ключевые слова

Статья содержит сопоставительный анализ изменения/улучшения характеристик сопротивления и мореходности однокорпусного водоизмещающего военного корабля при вариации формы носовой оконечности от традиционных обводов до различной конфигурации обводов с обратным наклоном форштевня. Представленная работа инспирирована различными исследовательскими работами, уже опубликованными во всем мире, а также имеющейся литературой по данной тематике. При решении исследовательских проблем корабль с традиционными носовыми обводами был принят в качестве базового варианта, и было разработано несколько его модификаций с формированием вариантов носовых обводов, предусматривающих обратный наклон форштевня (в частности, топорообразный нос (Axebow), X-форма носа (Ulstain X-bow), мечевидная форма (Sword bow) и типичная форма носа с обратным наклоном форштевня). При этом сохранялись основные характеристики для корректного сравнения, хотя изменения при формировании различных обводов корпуса были достаточны для получения заметных изменений гидродинамических характеристик. Проведенный анализ позволил получить многоплановую картину для вариантов корпуса, а также сделать обобщения, которые позволяют формулировать определяющие комментарии в отношении решения исследованной проблемы.

Объект и цель научной работы. Работа посвящена управлению динамическими свойствами конструкций, нагрузка на которые имеет нестационарный характер, соответствующий заданному частотному спектру. На основе ранее полученных [8, 15] матричных зависимостей анализа чувствительности построены и программно реализованы эффективные итерационные алгоритмы проектирования на основе удовлетворения условий оптимальности Куна-Таккера. Материалы и методы. Используются балочный метод конечных элементов (МКЭ) в варианте метода перемещений, аналитические и полуаналитические методы получения производных от частот, форм, а также интегрально осредненных по пространству конструкции и времени нестационарных перемещений, метод простых итераций с релаксационным сглаживанием, методы линеаризации рекуррентных соотношений условий оптимальности и сведения условной задачи минимизации к безусловной с помощью множителей Лагранжа. Основные результаты. Для конечно-элементной модели балки с большим числом конечных элементов (КЭ) решены задачи минимизации массы при ограничении интегральной нормы прогиба для различных нестационарныхвозбуждений на заданном временном отрезке. Произведено сравнение точности и эффективности оптимизационных процедур с применением прямого дифференцирования неявной разностной схемы и с применением метода разложенияотклика по собственным формам. Заключение. Получены схожие результаты для разных методов расчета нестационарного отклика и анализа чувствительности. Показано эффективное управление распределением по конструкции массы и жесткости с высокимиотносительными выигрышами в изопериметрической постановке.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. В работе рассматриваются специализированные суда, снабжающие топливом газомоторные суда - т.н. LNG bunkering tanker (в правилах Российского морского регистра судоходства - LNG bunkering ship). Целью исследования является формирование рекомендаций по обоснованию состава флота судов-бункеровщиков для морского порта с учетом модели их функционирования и прогнозируемого уровня спроса на газомоторное топливо. Материалы и методы. Выполнены обобщение и анализ опыта эксплуатации судов рассматриваемого типа, а также факторов, влияющих на их работу. Собраны и систематизированы статистические материалы по функционированию бункеровочных компаний на рынке морского порта Санкт-Петербург, позволяющие дать рекомендации по прогнозируемому уровню спроса на топливо.Основные результаты. Обобщены характеристики работы судов-бункеровщиков в составе бункеровочной инфраструктуры порта. Предложен способ обоснования потребного количества судов-бункеровщиков для снабжениясудов сжиженным природным газом (СПГ), в основу которого положено использование аппарата теории игр. Выделены основные факторы, определяющие объемы бункеровки газомоторным топливом в порту. Приведен пример обоснования количества судов-бункеровщиков, обеспечивающих снабжение топливом газомоторные суда в порту Санкт-Петербурга. Заключение. Суда-бункеровщики являются опорным звеном бункеровочной инфраструктуры любого порта. Количество судов-бункеровщиков СПГ с каждым годом растет, что связано с тенденциями по предотвращению загрязнения окружающей среды и ужесточению требований по сокращению выбросов в атмосферу с эксплуатирующихся судов. Настоящее исследование позволяет выполнить обоснование количественного состава судов-бункеровщиковна этапе формирования бункеровочной инфраструктуры порта.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Работа посвящена исследованию взаимодействия доковой стойки с обшивкой поперечной переборки при постановке корабля в док. В работе оценивается степень участия обшивки переборки и ближайших к доковой вертикальных стоек в восприятии доковой стойкой реакции килевой дорожки. Целью работы является уточнение классической методики проектирования доковых стоек, в которой такое взаимодействие не учитывается. Материалы и методы. Рассмотрена плоская стальная поперечная переборка традиционного типа. Определены нагрузки при доковании корабля в сухом доке. Для исследования применен метод конечных элементов.Основные результаты. Исследование проводилось с помощью двух конечно-элементных моделей: плоской модели переборки и пространственной модели фрагмента корпуса корабля с переборкой. Результаты расчетов по обеим моделям в целом хорошо соотносятся друг с другом. Показано, что в восприятии реакции килевой дорожки вместес доковой стойкой частично участвует обшивка переборки и ближайшие к доковой вертикальные стойки.Заключение. Уточнена классическая методика проектирования доковых стоек. Учтено взаимодействие доковой стойки с обшивкой переборки и ближайшими вертикальными стойками, что позволило существенно уменьшить габариты и вес доковой стойки. Исправлена формула для оценки устойчивости доковой стойки.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. В работе исследуются вопросы диагностического обеспечения судовых силовых трансформаторов среднего напряжения на разных стадиях: от заводских приемо-сдаточных испытаний до швартовных испытаний. Целями исследования являются анализ требований и перспективных диагностических приборов для контроля технического состояния указанных трансформаторов, а также обзор проблемных моментов проверки данных устройств на электродинамическую стойкость. Материалы и методы. Рассмотрены стадии (операции), которые проходит судовой силовой трансформатор от заводских приемосдаточных до швартовных испытаний. Выполнен анализ требований к данным устройствам. Произведено сравнение промышленных трансформаторов отечественного и зарубежного производства с целью проверки и измерения их параметров и требований к испытаниям на электродинамическую стойкость.Основные результаты. Показано, что с учетом высоких эксплуатационных рисков, связанных с авариями и неисправностями установленных на судне трансформаторов, контролируемых характеристик и параметров данных устройств, измеренных после транспортирования или хранения (перед установкой на судно) для обеспечения высокой надежности недостаточно. Представлены результаты анализа функциональных возможностей приборов контроля отечественного и зарубежного производства и определены направления по совершенствованию российских приборов в интересах судостроения. Показано, что испытания трансформаторов на электродинамическую стойкость особенно важны, когда применяются новые конструктивные и технологические решения, надежная проверка которых невозможна ни расчетом, ни модели- рованием, а введение больших запасов «на незнание» экономически не выгодно. Заключение. В случае выхода из строя силовых элементов системы электродвижения (СЭД) на судне дополнительными существенными затратами могут стать расходы на работы по постановке судна в док и демонтажу исправного оборудования и корпусных конструкций с целью выгрузки неисправного.В руководящих документах отсутствуют требования по необходимому объему проверок элементов СЭД после транспортирования или хранения. К техническим мероприятиям обеспечения надежности СЭД относится диагностированиеэлементов системы перед установкой их на заказ и в процессе пуско-наладочных работ.Зарубежные устройства технического диагностирования имеют больше функциональных возможностей по сравнению с отечественными. Выбор конкретного прибора или затраты по доработке отечественных приборов должны основываться на технико-экономической базе. Необходимы новые требования к методам испытаний силовых преобразовательных трансформаторов на электродинамическую стойкость при коротком замыкании, а также к созданию или модернизации региональных межотраслевых ударных испытательных стендов.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является специальный силовой высокочастотный трансформатор, который является функционально необходимым элементом системы бесконтактного заряда аккумуляторных батарей (АБ) автономного подводного робота. Наличие разделяющихся первичной и вторичной частей трансформатора сопровождается немагнитным зазором между обмотками и межосевым смещением. Это определяет особенности расчета его конструкции и требует специальной методики, разработка которой и стала целью исследования. Методика обеспечивает получение конструктивных параметров трансформатора, выполненного на ферритовом магнитопроводе чашечного типа и оптимизированного по передаваемой удельной мощности с учетом особенностей применения на борту подводного робота. Материалы и методы. В методике предложена система относительных единиц с базовой величиной в виде наружного диаметра сердечника. Методика основана на использовании коэффициента магнитной связи между обмоткамии относительной индуктивности витка обмотки, полностью определяющих электромагнитные свойства трансформаторакак функций относительных значений зазора и межосевого смещения между обмотками [1]. Расчеты выполняются с использованием математического моделирования в программном пакете Ansys Maxwell и Solidworks. Конструктивные параметры трансформатора, обеспечивающие максимальную мощность заряда, определяются максимальным значением ампер-витков, связанным с допустимым нагревом провода при полном использовании окна магнитопровода. Основные результаты. Результатами расчета являются число витков и сечение провода обмоток, а также частота инвертора при заданном напряжении питания и принятом типоразмере ферритового магнитопровода чашечного типа. Рассчитанные параметры трансформатора должны обеспечивать передачу максимальной активной мощности при допустимом перегреве обмоток и заданных значениях немагнитного зазора и межосевого смещения. Пример расчета и натурный эксперимент подтверждают справедливость принятых решений и выводов. Заключение. Применение в составе системы трансформатора, выполненного по предлагаемой методике, позволяет повысить общую эффективность использования автономного подводного робота.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Статья посвящена определению коэффициентов взаимной индукции соосных контуров в системе плоских катушек. Записаны известные модификации для взаимной индуктивности и электродинамических сил в системе соосных контуров, а также сопоставлены расчетные выражения для их вычисления. Материалы и методы. Использованы методы математической физики и теоретической электротехники. Основные результаты. Даны альтернативные выражения для коэффициентов взаимной индукции соосных катушек и электродинамических сил между ними при протекании токов. Построены кривые взаимной индуктивности для планарных катушек с расстоянием между плоскостями, равным 2 см, с расстоянием между витками в катушке Р, равным 1 см, и с расстоянием между витками в катушке N, равным 0,5 см, 0,4 см и 0,3 см. Заключение. Получены расчетные выражения для коэффициентов взаимной индукции и электродинамических сил при протекании токов в планарных соосных катушках, имеющие весьма важное значение для проблемы беспроводной передачи энергии.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются сепарационные установки и аппараты для разделения гомогенных (многофазных) жидких сред на моногенные (однофазные), применяемые в судостроении и других отраслях промышленности. Цель работы - определение эффективности различных версий оборудования и технических решений путем моделирования процессов сепарации аэрированных пространственных потоков с помощью модифицируемых макетов на экспериментальной установке.Материалы и методы. Официальные информационные материалы в области науки и техники на тему аналитических и экспериментальных исследований процессов в сепарационных установках и аппаратах. Методология механики жидкости и газа, методы теории размерности, экспериментальные методы.Основные результаты. Рассмотрены современные достижения в области создания и эксплуатации сепарационных установок и аппаратов в судостроении и в смежных отраслях. Отражена классификация основных применяемыхфизических принципов воздействия на процессы разделения смесей жидких сред. На гидравлическом стенде на унифицированных версиях модифицируемого макета проведены испытания ряда типовых технических решений, применяемых в судовых и промышленных сепарационных установках и аппаратах, предназначенных для управления процессами разделения пространственных многофазных потоков на однофазные. Экспериментальная оценка выявила несовершенства конструкций, характеризующих слабый уровень развития рассматриваемых объектов. Выявлены закономерности поведения высоконасыщенных многофазных потоков, которыеобладают физическими параметрами, установленными согласно практике эксплуатации оборудования в составе систем, в различных условиях с учетом разных конфигураций замкнутых контуров. Дополнена информация о взаимодействии многофазных потоков с конструктивами внутри ряда типов сепарационных устройств. Определены причины, препятствующие оптимизации процессов сепарации, обозначены перспективные конструктивные направления совершенствования сепарационных установок и аппаратов. Заключение. Результаты работ позволяют принимать объективное решение о применении конкретного типа сепараторов в определенных условиях эксплуатации в составе различных судовых или промышленных систем. Предложенные технические решения актуальны для разработки более совершенного импортозамещающего конкурентоспособного сепарационного оборудования. Экспериментальные материалы пригодны также для развития требований проектирования судовых балластных систем с высокопроизводительными насосами.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объект исследования - порядок размещения различных предметов на дне водоемов. Цель - достижение максимальной внешней незаметности таких предметов. Предполагаемый поиск или случайное обнаружение донных объектов может быть осуществлено батиметрическим методом, т.е. методом оценки толщи воды над ними. Материалы и методы. Предполагается, что для обнаружения подводных объектов используется низколетящий беспилотный летательный аппарат (БПЛА), снабженный лазерным батиметрическим излучателем. С учетом некоторых упрощений осуществлена оптимизация работы лазерного батиметрического обнаружителя размещенных на дне объектов. Задача обнаружения подводного объекта считается решенной при уверенной регистрации разницы между сигналами, отраженными от дна моря и от искомого подводного предмета. Минимальная внешняя обнаруживаемость достигается при минимальной величине указанной разницы.Основные результаты. Составлен целевой функционал, характеризующий суммарный сигнал от множества подводных объектов. В результате проведенной оптимизации определено условие, при котором достигается минимум целевого функционала. Согласно полученному результату, суммарный отраженный от подводных объектов сигнал достигает минимума, если высота подводных объектов и коэффициент их отражения изменяются парафазно, т.е. рост одного сопровождается уменьшением другого.Заключение. Предложен и теоретически обоснован метод обеспечения минимальной обнаруживаемости установленных на дне складируемых объектов. Определен практический порядок складирования различных объектов на дне, при котором обеспечивается их скрытность для батиметрического обнаружителя с использованием лазерного источника, установленного на низколетящем БПЛА.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. Объектом является блок гребного вала (БГВ). Цель исследования - разработка вибропоглотителей, уменьшающих уровни резонансных колебаний дисков упругих вставок БГВ. Материалы и методы. Измерение спектров вибрации диска упругой вставки без вибропоглотителей и при их установке. Эффективность вибропоглотителей определена по разнице уровней вибрации диска при их отсутствиии наличии. Основные результаты. Установка вибропоглотителей приводит к уменьшению уровней резонансных максимумов в спектрах вибрации диска. Заключение. Показана возможность существенного уменьшения вибрации дисков упругих вставок БГВ путем установки на них малогабаритных вибропоглотителей с большими потерями колебательной энергии.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. На примере численной модели рассматривается реализация метода активного поглощения короткого акустического сигнала от отражающей границы. Анализ проводится на модели виртуального волновода с жесткими стенками, в котором имитируется излучение импульса с тоновым заполнением на одном конце и с активным поглощением его на другом конце. Целью исследований являлась оценка реализуемой эффективности метода на примере конкретной задачи по поглощению сигнала. Материалы и методы. Расчет распространения сигнала выполнялся методом конечных элементов на численной модели. Результаты численных расчетов верифицировались с известными аналитическими решениями теории распространения волн в волноводах. Основные результаты. На примере численной модели показаны ключевые задачи, которые должны быть решены при проектировании средств активного поглощения сигнала. Подробно рассмотрены сделанные ограничения для модели волновода и акустического сигнала для достижения эффективности 9 дБ, полученной по результатам исследований.Заключение. На примере конкретной задачи показана невозможность практической реализации условий для полного поглощения короткого сигнала без отражения только с помощью активных методов. Отмечены условияи пути их реализации, без выполнения которых невозможно достичь значимого эффекта за счет метода активного поглощения.

Ключевые слова

Объект и цель научной работы. В работе рассмотрены ключевые аспекты воздействия морских платформ на окружающую среду (ОС) и выполнена их качественная оценка. Особое внимание уделено анализу основных систем и компонентов, которые могут оказать наиболее существенное влияние на ОС. К ним относятся: корпус, системы удержания, судовая энергетическая установка и ее системы, буровое оборудование. Материалы и методы. Рассмотрены следующие виды воздействий от морских платформ: на атмосферный воздух, на недра при строительстве скважин, на гидросферу, а также на флору и фауну. Основные результаты. Основываясь на приведенных уровнях загрязнения флоры и фауны, атмосферы и воды, можно констатировать, что рассмотренные компоненты платформ в условиях штатной работы практически не оказывают негативного влияния на окружающую среду. Наибольшее, при этом вполне приемлемое воздействие на ОС могут оказать элементы энергетического и бурового комплексов. Заключение. Данное заключение относится к безаварийной эксплуатации морских платформ при соблюдении всех норм, регулирующих морскую деятельность, а также при установке оборудования, отвечающего предъявляемым требованиям к его техническому состоянию.

Ключевые слова