Вы используете устаревший браузер, который не поддерживает такие современные технологии как HTML5 и CSS3, используемые на этом сайте.
Просьба воспользоваться современным браузером Chrome, Opera, Firefox

Труды Крыловского государственного научного центра. Выпуск 73(357), 2013 г.

12.02.2013


СОДЕРЖАНИЕ

ТЕОРИЯ КОРАБЛЯ И СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА


Пустошный А.В., Русецкий А.А.
Искусственная кавитация и опыт ее применения в отечественном судостроении

Аннотация (показать)

Анализируется опыт применения искусственной кавитации для снижения сопротивления и повышения эффективности движителей на судах отечественного флота. Приводятся данные о судах, на которых используется положительный эффект искусственной кавитации.
Ключевые слова: кавитация, каверна, движители, сопротивление, давление, вибрация.
А.V. Pustoshniy, А.А. Rusetskiy.
Artificial cavitation and experience of its application in domestic shipbuilding.

Summaries (show)

Experience of artificial cavitation used for resistance reduction and efficiency increase of propulsors onboard domestic fleet vessels is analyzed. Data on vessels demonstrating positive effect of artificial cavitation are provided.
Key words: cavitation, cavity, propulsors, resistance, pressure, vibration.

Яковлев А.Ю., Соколов М.А., Маринич Н.В.
Численное проектирование и экспериментальная проверка подруливающего устройства с кольцевым приводом

Аннотация (показать)

В работе представлены результаты проектирования и экспериментальной проверки лопастной системы подруливающего устройства, оснащенного приводом RIM. Проектирование гребного винта осуществляется путем прямой оптимизации шага лопастей. Кривизна лопастей равняется нулю для обеспечения симметрии характеристик движителя при работе на правый и левый борта. Для спроектированной лопастной системы проведен анализ ее прочностных характеристик, выполнены расчеты течения в насадке и оценка кавитационных характеристик. Для проверки правильности выполненного проектирования была изготовлена модель подруливающего устройства в тоннельном варианте. Эта модель была испытана в глубоководном опытовом бассейне Крыловского государственного научного центра.
Ключевые слова: движитель RIM, подруливающее устройство, проектирование, эксперимент.
А.Yu. Yakovlev, М.А. Sokolov, N.V. Marinich.
Numerical design and experimental verification of thruster with circumferential drive.

Summaries (show)

The paper provides results of design and experimental verification for blade system of thruster fitted with RIM drive. Propeller is designed through direct optimization of blade pitch. Blade camber equals to zero to ensure symmetry of propulsor characteristics when being operated starboard and portside. Strength parameters of designed blade system are analyzed, flow in pod is computed and cavitation characteristics are assessed. A model of podded thruster was manufactured to assess accuracy of the design. This model was tested in the deep-water towing tank of the Krylov State Research Centre.
Key words: RIM propulsor, thruster, design, experiment.

Вишневский Л.И., Тогуняц А.Р.
Проектирование винтов изменяемого шага для судов с различными режимами плавания и оценка ходовых качеств

Аннотация (показать)

В статье отмечаются особенности винта изменяемого ша-га (ВИШ), поясняется принцип его работы. Приводятся данные о преимуществах ВИШ перед традиционными винтами фиксированного шага, а также об их проектировании. На основании результатов исследований, выполненных Крыловским центром, демонстрируются преимущества использования ВИШ на судне арктического плавания (Arc 4) и на судне на подводных крыльях.
Ключевые слова: винты изменяемого шага, непроектные режимы работы гребного винта.
L.I. Vishnevsky, А.R. Togunyats.
Design of adjustable pitch propellers for ships operating under various conditions and propulsion performance evaluations.

Summaries (show)

The fixed pitch propellers (FPP) designed for the maximum speed in calm water fail to provide optimum propulsion performance under other operating conditions. In reality the operating conditions are continuously changing, in particular this is the case for the vessels intended to operate under different modes like tugboats, hydrofoil boats, etc. Under these circumstances the penalties associated with deviations from optimum operating conditions for the propeller may be quite tangible. This fault can be eliminated if we use controllable pitch propellers (CPP). However, this is a costly option due to high costs of CPP and related maintenance.
A more simple technical solution would be to use adjustable pitch propellers. The blades of such propellers are adjusted to optimum position by inertial and hydrodynamic forces. At present a number of design options are suggested. However, in practice only one design option has been implemented. According to this design propeller blades are adjusted in the propeller disk plane. By today three prototypes of such propeller type have been developed for vessels of different types.
This paper addresses the issues related to the proper choice of the pivotal axis for blade rotation about the hub as well as mass and size of the blades. In conclusion the paper gives propulsion performance estimations for vessels operating under various conditions. It is shown that these propulsors are efficiently maximizing the performance of such ships.
Key words: adjustable pitch propellers, off-design propeller modes.

Маринич Н.В., Калюжный В.Г.
Расчет отрывного обтекания элементов движителя

Аннотация (показать)

В статье представлен метод расчета турбулентного пограничного слоя на плоских профилях с учетом отрывной области. Метод реализуется двойной оптимизацией. На первом этапе рассчитывается толщина вытеснения по методу Труккенбордта, на которую утолщается профиль, и определяются точки отрыва. Отрывная область моделируется струйной схемой Чаплыгина. Затем ее форма оптимизируется для получения постоянного распределения давления за точками отрыва. Таким образом, в результате нескольких итераций уточняются характеристики пограничного слоя и отрывной области. Проведены тестовые расчеты различных профилей и кругового цилиндра. Результаты сопоставлены с экспериментом.
Ключевые слова: турбулентный пограничный слой, вязкость, оптимизация, отрывная область.
N.V. Marinich, V.G. Kalyuzhny.
Calculation of separation-free flow conditions for propulsor elements.

Summaries (show)

The paper presents a method for calculating the turbulent boundary layer on 2D foils taking into account the flow separation zone. The method is implemented using double optimization. First, the thickness displacement increasing the foil thickness is calculated using Trukkenbordt method. The flow separation zone is modelled using Chaplygin strip theory. Then its shape is optimized to obtain a constant pressure distribution behind the separation points. Thus, after a number of iterations the characteristics of boundary layer and flow separation zone are refined. Case studies for different foils and circular cylinder are given. The results are compared with the experimental data.
Key words: turbulent boundary layer, viscosity, optimization, flow separation zone.

Маринич Н.В.
Оптимизация формы направляющей насадки

Аннотация (показать)

Описан метод оптимизации формы направляющей насадки в движительном комплексе. Поверочный расчет обтекания насадки основан на панельном методе (BEM). Гребной винт заменяется диском гидродинамических особенностей — стоков, устанавливаемым в месте расположения винта в насадке. Коэффициенты нагрузки определяются из результатов теории идеального движителя в насадке. За основу расчета пограничного слоя и точек возможного отрыва был взят способ Э. Труккенбордта. В результате получена безотрывная форма насадки с гладким распределением давления, которая дает максимальную тягу.
Ключевые слова: насадка, движитель, оптимизация, проектирование, пограничный слой.
N.V. Marinich.
Shape optimization of propeller duct.

Summaries (show)

The method for shape optimization of propeller duct in the propulsion system is described. The flow around the duct is calculated using the BEM technique. The propeller is represented by a disc of hydrodynamic singularities — sinks located in place of the propeller within the duct. The loading coefficients are determined based on the theory of actuator disc in the duct. The boundary layer and flow separation points are calculated using the method of E. Trukkenbordt. The optimization gives a duct shape with no flow separations and uniform pressure distribution providing the maximum thrust.
Key words: duct, propulsor, optimization, design, boundary layer.

Яковлев А.Ю., Лобова А.Г.
Расчет течения в водозаборнике водометного движителя

Аннотация (показать)

В настоящее время расчетные методы представляют собой важный инструмент проектирования движителей. Применительно к водометным движителям одной из задач проектирования является выбор формы и анализ течения жидкости в водозаборнике. В работе рассмотрено применение современных методов вычислительной гидродинамики к расчету течения в водозаборнике статического типа. Проведено сопоставление оценок, получаемых с помощью методов граничных элементов и RANS-методов в двух- и трехмерной постановке. Даны рекомендации по применению этих методов при проектировании водометных движителей.
Ключевые слова: водозаборник, водометный движитель, расчетные методы, идеальная жидкость, вязкая жидкость.
А.Yu. Yakovlev, А.G. Lobova.
Flow computation for waterjet inlet.

Summaries (show)

Presently computational methods are important propulsor design tools. As applied to waterjets the selection of shape and analysis of liquid flow in waterjet inlet are one of design tasks. The paper addresses advanced CFD methods to predict flow in waterjet inlet of static type. Comparison of estimates obtained with boundary element methods and RANS-methods in two and three-dimensional statement is implemented. Recommendations on application of these methods during waterjet design are given.
Key words: waterjet inlet, waterjet, computational methods, perfect liquid, viscous liquid.

Мавлюдов М.А., Яковлева О.В., Кортунова Е.Л., Салазкин И.В.
Технические основы разработки малогабаритного водометного движителя

Аннотация (показать)

В статье дается описание физической сущности новых технических решений, принятых при разработке водометного движителя с реверсивно-рулевым устройством для быстроходных водоизмещающих судов, и положительного эффекта от этих решений.
Ключевые слова: малогабаритный водометный движитель, реверсивно-рулевое устройство, диффузорность, коэффициент засасывания, пропульсивный коэффициент.
М.А. Маvlyudov, О.V. Yakovleva, Е.L. Kortunov, I.V. Salazkin.
Engineering principles for development of small-size waterjet.

Summaries (show)

The paper describes the physical essence of new engineering solutions taken in the development of a waterjet with reversing bucket designed for fast displacement ships and the benefits achieved.
Key words: small-size waterjet, reversing bucket, divergence ratio, thrust deduction, propulsion efficiency.

Родионов В.А., Шевцов С.П.
Экспериментальное исследование тяговых, пропульсивных и кавитационных характеристик водометного движителя на подвесном моторе

Аннотация (показать)

В статье представлены результаты испытаний модели водометного движителя (ВД) на подвесном моторе (ПМ) в кавитационном бассейне, на основе которых выполнены расчеты натурных ВД на ПМ мощностью 5 и 15 л.с. Показана возможность их применения на мотолодках народно-хозяйственного назначения водоизмещением 400–700 кг на мелководных фарватерах глубиной 0,3–0,5 м.
Ключевые слова: подвесные моторы с гребными винтами, подвесные моторы с водометными движителями, мелководье, водозаборник, коэффициент поджатия сопла, число кавитации, коэффициент полезного действия, мотолодка.
V.А. Rodionov, S.P. Shevtsov.
Experimental investigation of thrust, propulsion and cavitation performance of waterjet with outboard motor.

Summaries (show)

An unconventional propulsor designed for civil motoboats of 400 to 700 kg displacement operating in shallow water is described. The waterjet (WJ) under consideration is connected to the vertical shaft of outboard motor (OM) to form an integrated propulsion system which has no bottom gearbox unlike conventional outboard motor — propeller systems.
Based on the calculations using systematic test data on water intakes, blading systems and nozzles of waterjets a model WJ with outboard motor having an integral channel is designed for full-scale WJ driven by OM of 5 and 15 hp.
The results of model tests of WJ on motorboat in vacuum tank are presented. The tests were conducted at advance coefficients J = 0–1,1 corresponding to full-scale speed range of motoboats.
The main results of calculations for full-scale WJ driven by OM of the above-said power outputs as well as performance estimates for the motorboats intended for shallow water of 0,3–0,5 m and propelled with these unconventional propulsors.
Key words: outboard motors with propellers, outboard motors with waterjets, shallow water, water intake, nozzle pressure coefficient, cavitation number, efficiency, motorboat.

Добродеев А.А., Сазонов К.Е.
Экспериментальные исследования взаимодействия соосной пары гребных винтов со льдом

Аннотация (показать)

Приведены результаты модельных испытаний по исследованию ледовой нагрузки на соосную лопастную систему на специально созданной установке в ледовом бассейне.
Ключевые слова: лед, ровный лед, соосные винты, ледовое сопротивление.
А.А. Dobrodeev, K.Е. Sazonov.
Experimental investigation of interaction between pair of co-axial propellers with ice.

Summaries (show)

The paper is dealing with the experimental investigations of a co-axial propeller system in ice model tank. This study is of interest because co-axial propeller systems are considered today as a promising solution for large-size ships improving propulsion performance and operational capabilities. The paper describes the experimental setup, propeller test rig and alignment tools, it contains the main results obtained during the tests.
Key words: ice, level ice, co-axial propellers, ice resistance.

Соловьев С.Ю.
Экспериментальное исследование вихревых структур, влияющих на поле скорости в плоскости движителя подводного аппарата

Аннотация (показать)

В статье рассмотрена одна из основных причин возникновения периодических гидродинамических сил и моментов на движителе — неоднородность по окружной координате натекающего на него потока, которая определяется архитектурой подводного аппарата. В ходе измерения в аэродинамической трубе полей скорости зафиксированы возникновение, развитие и диссипация основных вихревых структур, образующихся при движении подводного аппарата на прямом курсе.
Ключевые слова: неоднородность поля скорости, подводный аппарат, вихревые структуры, диссипация вихря.
S.Yu. Soloviev.
Experimental investigation of vortex systems in propeller plane of underwater vehicle.

Summaries (show)

The paper contains the experimental data on the main vortex structures generated by an underwater vehicle at straight heading: sail horseshoe vortex, sail tip vortices, viscous vortex street in wake of sail, horseshoe vortices of stabilizers, deck vortex. Numerical evaluation of dissipation is given and contributions to non-uniform velocity field in the propeller plane from each individual vortex structure are evaluated.
Key words: non-uniform velocity field, underwater vehicle, vortex systems, vortex dissipation.

Котков С.В., Морозов В.П. , Мощук М.Я., Цомаев М.З.
Идентификация шумов кавитационной природы и взаимодействие движителей с набегающим потоком при движении судна

Аннотация (показать)

В статье приводятся результаты применения технологии идентификации кавитационных явлений при испытаниях высокоскоростного судна постройки ОАО «СЗ «Северная верфь». Показано, что использование предложенной технологии позволяет достоверно идентифицировать как начальные, так и более развитые стадии кавитации, возникающие на движителях судна при его движении.
Ключевые слова: технология идентификации кавитационных явлений, судовой движитель, вибрация обшивки корпуса судна, спектральные характеристики, мгновенные значения сигнала, функции распределения, спектры модуляции.
S.V. Kotkov, V.P. Morozov , М.Ya. Moschuk, М.Z. Tsomaev.
Identification of cavitation-induced noise and inflow/propulsor interaction of ship underway.

Summaries (show)

The paper gives the grounds for a necessity to develop the methods for detection and identification of cavitation stages for propulsors and appendages. Processing sequence is suggested for propulsor cavitation stages detection and identification based on experiments performed in the cavitation tunnel of special propulsors. The suggested technology was implemented on the high speed vessel built by JSC Shipbuilding plant «Severnaya verf». The results of application are shown. It is also demonstrated that the suggested technology makes it possible to obtain reliable identification of both initial and well developed cavitation stages arising on the ship propulsors when she is underway using instrument measurements to define vibroacoustic characteristics.
Key words: technology for identification of cavitation phenomena, ship propulsor, vibration of ship hull plating, spectral characteristics, instantaneous signal amplitudes, distribution functions, modulation spectra.

Пустошный А.В., Коваль А.А.
Исследование влияния параметров функций давления на широкополосный спектр

Аннотация (показать)

В работе рассматривается новое направление исследований нестационарных давлений на корпусе судна — исследование широкополосных давлений, индуцированных работой кавитирующего гребного винта. Для понимания причин возникновения широкополосных давлений проведено исследование спектров различных функций-пиков. В ходе анализа было установлено, что появление «горба» в спектре связано с эффектами возникновения и схлопывания кавитационных каверн и кавитирующих вихрей. Эти эффекты обусловлены прохождением лопастями зон неоднородности поля скорости в диске винта.
Ключевые слова: широкополосные давления, спектральный анализ, гребной винт, кавитация, Фурье-анализ.
А.V. Pustoshny, А.А. Koval.
Studies of the effect of pressure function parameters on the broadband spectrum.

Summaries (show)

The studies of broadband pressure fluctuations for cavitating propellers have started just recently after introduction of spectral analysis for measured unsteady pressures on the hull. Spectral analysis of functions with various peak shapes was made for this study to define the relationship between pressure fluctuations spectrum and their time dependence. It is assumed that for the cavitating propeller pressure fluctuation peaks should have similar dimensionless form that is present in the measured spectra but could be distorted due to superposition of various sources. These peaks should give representative contribution to the spectrum and their separation is of critical importance in the study of the broadband pressure fluctuations problem. It was found that the presence of the broadband fluctuations stems from narrow and sharp peaks associated with the growth and collapse of the cavity. These effects are caused by blades passing non-uniform velocity field in the propeller disk.
Key words: broadband pressure, spectral analysis, propeller, cavitation, Fourier analysis.

Пустошный А.В., Коваль А.А.
Метод оценки широкополосных пульсаций давления кавитирующего гребного винта

Аннотация (показать)

В работе предложен метод прогнозирования широкополосных пульсаций давления, вызванных работой кавитирующего винта в неоднородном потоке. Влияние неоднородности проявляется опосредствованно в виде динамики изменения формы и объемов каверн. В расчетах применяется сферическая модель для объема каверны. Несмотря на то, что такой подход является приближенным, он про-демонстрировал чувствительность к изменению поля скоростей и числа кавитации.
Ключевые слова: кавитация, гребной винт, широкополосные давления, пульсации давления, Фурье-анализ.
А.V. Pustoshny, А.А. Koval.
A method to evaluate broadband pressure fluctuations for the cavitating propeller.

Summaries (show)

A method to predict the broadband pressure fluctuations presented in this paper includes the following stages: cavity length is calculated in various cross-sections along the radius at different blade location around the axis, the cavity volumes are plotted and the spectral analysis of cavity time histories is performed, the pressure fluctuation spectrum is determined. Non-uniformity effect shows itself indirectly as variations in cavity dynamics. The cavity volume is presented in calculations as a spherical model. Broadband noise reduction is achieved by: optimum shape of the blade, and smooth velocity variations in the propeller disk. Optimum propeller would be the one with the most slow and smooth variation of cavity volumes on blades in the propeller rotation providing reduction of broadband pressure fluctuations.
Key words: cavitation, propeller, broadband pressures, pressure fluctuations, Fourier analysis.

Бушковский В.А., Чалов А.В.
Излучение звука при движении вихрей в потоке жидкости вблизи обтекаемого профиля

Аннотация (показать)

В статье описан метод оценки спектральных уровней специфической составляющей шума, возникающей при работе гребного винта за корпусом судна при наличии кормовых выступающих частей. Появление указанной составляющей происходит за счет акустического излучения вихрей, сходящих с задних кромок выступающих частей, при попадании вихрей в поле скоростей лопастей гребного винта. Показано, что данная составляющая шума имеет силовую природу, подчиняясь закономерностям, характерным для дипольного излучения. Получены расчетные зависимости для определения спектральных уровней шума.
Ключевые слова: лопастной комплекс, излучение, вихрь, скорость, частота звука, спектр шума.
V.А. Bushkovskiy, А.V. Chalov.
Acoustic radiation by vortexes moving in liquid flow nearby streamlined profile.

Summaries (show)

The paper sets forth evaluation procedure for spectral levels of acoustic radiation characteristic component arising as a result of propeller operation behind the ship with aft appendages (propeller brackets, fins, etc.). The above component is caused by noise radiation due to vortexes generated at appendage trailing edge when these penetrate velocity field of propeller blades. It is demonstrated that such radiation is of force nature. General relations for prediction of noise spectral levels are obtained. It is established that noise spectra depend on circulation and dimensions of individual vortex, vortex repetition rate, as well as shape and dimensions of cylindrical propeller blade section profiles. Numerical estimations of noise spectral levels are implemented using idealized profiles.
Key words: blade system, emission, vortex, velocity, sound frequency, noise spectrum.

Каневский Г.И., Пустошный А.В., Русецкий А.А., Чичерин И.А.
О работах в области волнового сопротивления (вместо рецензии)

Аннотация (показать)

Выполнен систематический анализ работ по теории волнового сопротивления и опыта практического использования ее результатов. Показана ложность ряда положений, принятых в рецензируемой работе за основу при объяснении природы волнового сопротивления.
Ключевые слова: теория корабля, сопротивление, корабельные волны, система волн, взаимодействие корабельных волн с судном.
G.I. Kanevskiy, А.V. Pustoshniy, А.А. Rusetskiy, I.А. Chicherin.
Work in the area of wave resistance (instead of review).

Summaries (show)

Systematic analysis of work on wave resistance theory and practical application experience is implemented. Falseness of a number of assumptions used in paper under review as a basis for description of wave resistance nature is demonstrated.
Key words: ship theory, resistance, ship waves, wave system, ship wave/ship interaction.

ДРУГИЕ ВОПРОСЫ МОРСКОЙ ТЕХНИКИ


Кадыров С.Г., Афанасов Е.Н.
Об обтекании тел вязкой несжимаемой жидкостью при малых числах Рейнольдса

Аннотация (показать)

В работе рассмотрен новый метод линеаризации уравнений Навье — Стокса при малых числах Рейнольдса на «фоне» поля скоростей идеальной жидкости, обтекающей тело. Выведены линейные уравнения, относительно вектора скорости, с переменными коэффициентами, описывающие процесс обтекания вязкой несжимаемой жидкостью осесимметричных тел. Предложен метод численного решения этих уравнений. Результаты вычислений сравнивались с известными экспериментальными данными и расчетами по теориям Стокса и Озеена.
Ключевые слова: уравнения Навье – Стокса, малые числа Рейнольдса, линеаризация уравнений Навье – Стокса, новая модель «ползущих» течений вязкой жидкости.
S.G. Kadyrov, Е.N. Afanasov.
Body flow with viscous incompressible liquid at small Reynolds numbers.

Summaries (show)

Common way of Navier-Stokes equations’ linearization at small Reynolds numbers is either complete neglect of convected members in these equations (Stokes equations) or Oseen approximation where a part of speed components in quadratic terms is replaced with speed constants of outside flow, while the rest equation members are rejected as being «small» ones. In terms of formal approach the first of the above way means complete linearization of Navier-Stokes equations against rest state, the second one — linearization of specified equations against uniform flow incoming to body. The paper suggests linearization of Navier-Stokes equations against velocity field of perfect liquid flowing the body around. The system of linearized Navier-Stokes equations under such approach is a linear one with variable coefficients. The offered method is used for description of axisymmetric problem of body uniform flow with viscous incompressible liquid.
It turns out for axisymmetric problems that in case flow function and potential are selected as independent variables, the problem is formulated in the form of equations for vorticity, speed and pressure components, and is successfully solved numerically.
To develop numerical method transition to new coordinates is used — to potential of axisymmetric flow by perfect liquid and function of contour flow. Exception to pressure equations results in closed equation system for vorticity and speed vector components. Boundary condition for vorticity is absent, therefore the above system is solved numerically through the method of successive approximations. Pressure equation is solved after vorticity is determined.
The problem of sphere uniform flow with viscous incompressible liquid is analyzed as a model problem of axisymmetric body flow. Results of resistance coefficient prediction for the sphere flow problem are compared with experimental data and results of Stokes and Oseen theory.
Key words: Navier-Stokes equations, small Reynolds numbers, linearization of Navier-Stokes equations, new model of “creeping” flows of viscous liquid.

По вопросам приобретения издания обращаться по электронной почте коммерческого управления (commercial@ksrc.ru).

Возврат к списку

Далее: Труды Крыловского государственного научного центра. Выпуск 74 (358), 2013 г.