О подобии ходовой посадки при моделировании гидродинамики быстроходных судов

Рассматриваются особенности ходовой посадки, которая влияет на сопротивление движению быстроходных судов и определяется балансированием сил и моментов, действующих на корпус. Приводятся рекомендации по воспроизведению полной системы сил при буксировочных испытаниях и математическом моделировании соп...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
1. Verfasser:	Майборода, А.Н.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут гідромеханіки НАН України 2010
Schriftenreihe:	Прикладна гідромеханіка
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87728
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	О подобии ходовой посадки при моделировании гидродинамики быстроходных судов / А.Н. Майборода // Прикладна гідромеханіка. — 2010. — Т. 12, № 1. — С. 83-85. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-87728
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-877282015-10-25T03:02:06Z О подобии ходовой посадки при моделировании гидродинамики быстроходных судов Майборода, А.Н. Рассматриваются особенности ходовой посадки, которая влияет на сопротивление движению быстроходных судов и определяется балансированием сил и моментов, действующих на корпус. Приводятся рекомендации по воспроизведению полной системы сил при буксировочных испытаниях и математическом моделировании сопротивления таких судов. Розглядаються особливості ходової посадки, що впливає на опір руху швидкісних суден і визначається балансуванням сил і моментів, діючих на корпус. Наведено рекомендації щодо відтворення повної системи сил при буксировальних випробуваннях і математичному моделюванні опору таких суден. Features of running attitude which influences drag of high-speed ships and is defined by balancing of forces and the moments on the hull are considered. Recommendations about reproduction of full forces system at towing tests and mathematical modeling of ships drag are resulted. 2010 Article О подобии ходовой посадки при моделировании гидродинамики быстроходных судов / А.Н. Майборода // Прикладна гідромеханіка. — 2010. — Т. 12, № 1. — С. 83-85. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1561-9087 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87728 629.12.001.11 ru Прикладна гідромеханіка Інститут гідромеханіки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Рассматриваются особенности ходовой посадки, которая влияет на сопротивление движению быстроходных судов и определяется балансированием сил и моментов, действующих на корпус. Приводятся рекомендации по воспроизведению полной системы сил при буксировочных испытаниях и математическом моделировании сопротивления таких судов.
format	Article
author	Майборода, А.Н.
spellingShingle	Майборода, А.Н. О подобии ходовой посадки при моделировании гидродинамики быстроходных судов Прикладна гідромеханіка
author_facet	Майборода, А.Н.
author_sort	Майборода, А.Н.
title	О подобии ходовой посадки при моделировании гидродинамики быстроходных судов
title_short	О подобии ходовой посадки при моделировании гидродинамики быстроходных судов
title_full	О подобии ходовой посадки при моделировании гидродинамики быстроходных судов
title_fullStr	О подобии ходовой посадки при моделировании гидродинамики быстроходных судов
title_full_unstemmed	О подобии ходовой посадки при моделировании гидродинамики быстроходных судов
title_sort	о подобии ходовой посадки при моделировании гидродинамики быстроходных судов
publisher	Інститут гідромеханіки НАН України
publishDate	2010
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87728
citation_txt	О подобии ходовой посадки при моделировании гидродинамики быстроходных судов / А.Н. Майборода // Прикладна гідромеханіка. — 2010. — Т. 12, № 1. — С. 83-85. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series	Прикладна гідромеханіка
work_keys_str_mv	AT majborodaan opodobiihodovojposadkiprimodelirovaniigidrodinamikibystrohodnyhsudov
first_indexed	2025-07-06T15:24:42Z
last_indexed	2025-07-06T15:24:42Z
_version_	1836911673154207744
fulltext	КОРОТКI ПОВIДОМЛЕННЯ ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 1. С. 83 – 85 УДК 629.12.001.11 О ПОДОБИИ ХОДОВОЙ ПОСАДКИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ГИДРОДИНАМИКИ БЫСТРОХОДНЫХ СУДОВ А. Н. МА Й Б ОР О Д А Киевская государственная академия водного транспорта, Киев Получено 17.06.2009 Рассматриваются особенности ходовой посадки, которая влияет на сопротивление движению быстроходных судов и определяется балансированием сил и моментов, действующих на корпус. Приводятся рекомендации по воспроизве- дению полной системы сил при буксировочных испытаниях и математическом моделировании сопротивления таких судов. Розглядаються особливостi ходової посадки, що впливає на опiр руху швидкiсних суден i визначається балансува- нням сил i моментiв, дiючих на корпус. Наведено рекомендацiї щодо вiдтворення повної системи сил при буксиро- вальних випробуваннях i математичному моделюваннi опору таких суден. Features of running attitude which influences drag of high-speed ships and is defined by balancing of forces and the moments on the hull are considered. Recommendations about reproduction of full forces system at towing tests and mathematical modeling of ships drag are resulted. ВВЕДЕНИЕ На режимах с динамическим поддержанием со- противление движению судна зависит от ходо- вой посадки, которая при заданной скорости хо- да определяется балансированием сил и моментов, действующих на корпус. Поэтому при буксирово- чных испытаниях моделей и математическом мо- делировании гидродинамики быстроходных судов необходимо воспроизводить полную систему дей- ствующих на корпус сил, в частности и силу упора движителей. z O AR xT x 1 x R zR xR G P T TO TzT Рис. 1. Система сил на корпусе судна При допущении симметричности корпуса судна и его прямого хода на спокойной воде движение су- дна можно считать плоскопараллельным под дей- ствием плоской системы сил (рис. 1). На рис. 1 связанная с корпусом ось x1 парал- лельна грузовой ватерлинии; ось x скоростной сис- темы координат xOz направлена вдоль невозму- щeнной свободной поверхности воды; ~υ – скорость судна; ~P – вес судна; ~RГ, RГx, RГz – равнодейству- ющая гидродинамических сил и ee проекции; ~RA – гидростатическая сила поддержания; G – центр масс судна; ЛВ – условная линия гребного ва- ла; OТ – центр диска условного гребного винта; ~T , Tx, Tz – упор условного гребного винта и его проекции; ψ – угол ходового дифферента; ψТ – установочный угол наклона условной линии вала. 1. БУКСИРОВОЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ Традиционный метод определения сопротив- ления судов предусматривает буксировочные испытания несамоходной модели в опытовом бассейне с последующим пересчётом полученно- го результата на натуру. Сопоставим системы сил, действующих на корпус судна со штатным движителем и при его буксировании. За центр приведения сил естественно принять точку при- ложения сосредоточенной движущей силы: для судна со штатным движителем – центр диска условного гребного винта, а при буксировании – точку приложения буксировочной силы. На рис. 2 главный вектор ~R сил гидромехани- ческой природы и веса, действующих на корпус судна со штатным движителем, уравновешивается вектором ~T упора движителя, а главный момент при условии поступательного движении судна ра- вен нулю. Необходимость сохранения в условиях буксиро- c© А. Н. Майборода, 2010 83 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 1. С. 83 – 85 T R TzT xT x 1 x z O TO zR xR Рис. 2. Приведение системы сил на корпусе судна со штатным движителем TK R z x 1 x O T zR xR G Рис. 3. Приведение системы сил на корпусе судна к точке приложения буксировочной силы по рекомендации ITTC [1] вания ходовой посадки и сопротивления, которые имеет судно при движении со штатным движи- телем, требует сохранения главного вектора ~R и главного момента той же системы действующих на корпус сил, приведенных к точке приложения буксировочной силы. В соответствии с общими рекомендациями ITTC [1] при испытаниях моделей судов буксировочная сила TБ (рис. 3) прикладывается на линии вала в точке K c абсциссой центра масс. На рис. 3 пока- зано приведение к этой точке главного вектора ~R действующих на корпус сил. Буксировочная сила TБ по модулю должна быть равна горизонтальной составляющей Rx главного вектора, т. е. сопротив- лению судна. Как известно, главный вектор системы сил ин- вариантен относительно центра приведения, а при перемещении центра приведения вдоль линии дей- ствия главного вектора соответствующий глав- ный момент сохраняется по величине и направле- нию. Поэтому приведение системы действующих на корпус сил к точке К на линии вала не должно нарушать посадку и сопротивление судна, если система сил останется уравновешенной. Однако, как видно на рис. 3, главный вектор ~R не урав- новешивается буксировочной силой TБ, и при за- мене вектора упора штатного движителя буксиро- вочной силой изменится движение судна, его по- садка и сопротивление. Следовательно, буксиро- вочные испытания моделей судов по общим ре- комендациям ITTC [1] не обеспечивают подобия ходовой посадки и сопротивления. Можно ожи- дать, что по сравнению с параметрами движения со штатным движителем при буксировании судна с той же скоростью увеличится его средняя осадка и коэффициент статической нагрузки, а сопротив- ление вырастет на переходном режиме и умень- шится при глиссировании. Относительная ошибка определения сопротивления при этом зависит от установочного угла наклона вала, ходового диф- ферента, числа Фруда и обратного качества кор- пуса судна. Специальный выпуск руководства ITTC [2] относительно испытаний моделей быстроходных судов рекомендует направлять буксировочную си- лу возможно ближе к направлению линии ва- ла движителя и, если это окажется невозмо- жным, принимать меры по компенсации появ- ляющегося искусственного дифферентующего мо- мента. Выполнение указанной рекомендации осло- жняется тем, что направление линии вала зависит от скорости движения, т.е. ходовой посадки моде- ли. Для точного воспроизведения направления бу- ксировочной силы вдоль линии вала можно пре- дложить использование вертикальной разгрузки модели в точке K её подвески силой Tм Бz = Tм Б tg (ψм + ψT ), где Tм Б – значение величины горизонтальной бу- ксировочной силы модели; ψT – установочный угол наклона линии вала; ψм – угол ходового диффе- рента модели. Поскольку буксировочная сила и угол ходового дифферента измеряются в процес- се эксперимента, то величину силы Tм Бz можно по- следовательно рассчитывать и выполнять соответ- ствующую разгрузку модели, используя итераци- онный алгоритм в серии экспериментов, когда при первом испытании принимается Tм Бz = 0 и на ка- ждом последующем сила рассчитывается по зна- чениям Tм Б и ψм с предыдущего. 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В последние годы получило распространение математическое моделирование течений жидко- сти, в частности численное определение гидро- динамических характеристик судов, что позволя- ет учитывать их натурные размеры и действи- тельные свойства движения жидкости без недоста- тков масштабного эффекта физического модели- рования. Среди многочисленных известных подхо- дов наиболее эффективной является группа мето- дов CFD (Computer Fluid Dynamics), использую- щих численное решение уравнений Навье-Стокса 84 А. Н. Майборода ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 1. С. 83 – 85 zRR T x 1 x O T G z xR Рис. 4. Приведение системы сил при математическом моделировании гидродинамики судна и пограничного слоя. К этой группе относится программный комплекс FlowVision компании ТЕ- СИС (Россия, Москва), который, в частности, используют ведущие проектно-исследовательские организации (Зеленодольское ПКБ и Таганрог- ский авиационный научно-технический комплекс (ТАНТК) им. Г.М.Бериева, Россия; предприятие Digital Marine Technology, Украина, Одесса). Известные примеры моделирования гидродина- мики быстроходных судов и корпусов гидросамо- лётов, выполненного в указанных организациях, не учитывают вектор упора движителя. Действу- ющая система сил приводится к центру масс и фа- ктически моделируется режим “сухой” буксировки (рис. 4). Очевидно, и в этом случае главный ве- ктор ~R системы сил гидромеханической природы и веса не уравновешивается расчётной буксирово- чной силой. Поэтому ходовая посадка и сопротив- ление математической модели не будут соответ- ствовать действительным характеристикам дви- жения судна со штатным движителем. К тому же, в отличие от буксировочных испытаний по реко- мендациям ITTC, при математическом моделиро- вании действительный центр OТ приведения сил переносится не в направлении действия главно- го вектора ~R и возникает дополнительный диф- ферентующий момент, который равен моменту ве- ктора ~R, приложенного в точке OТ, относительно центра масс. Следовательно, математическое мо- делирование без учёта вектора упора движителя не воспроизводит действительную ходовую посад- ку и сопротивление модели. В частности, неучёт вектора упора движите- ля при математическом моделировании предпри- ятием Digital Marine Technology гидродинамики быстроходного судна на переходном режиме при- водит к появлению дополнительного дифференту- ющего момента, который уменьшает расчётные значения дифферента и сопротивления на 3%. До- полнительную ошибку вносит неучёт угла наклона линии вала, т.е. вертикальной составляющей ве- ктора упора движителя. Программный комплекс FlowVision позволяет ввести в исходных данных величину корректиру- ющего момента при расчёте динамики движения модели. Таким образом был введен постоянный момент вектора тяги двигателя при моделирова- нии в ТАНТК им. Г.М.Бериева глиссирования ги- дросамолёта [3]. Однако очевидно, что сила тяги определяется сопротивлением модели и не может быть задана в исходных данных. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Воспроизведение полной системы сил на корпу- се при моделировании гидродинамики судна тре- бует учёта вектора упора движителя. При физическом моделировании с этой целью может быть использована разгрузка модели в то- чке подвеса силой, равной вертикальной составля- ющей упора движителя. Пересчёт сопротивления на натурное судно производится по общепринятой методике, а упор и режим работы натурного дви- жителя определяется с учётом установочного угла линии вала и угла ходового дифферента модели. При математическом моделировании центром приведения сил должен быть центр диска условно- го движителя, а сила упора должна определяться через расчетное сопротивление и действительный угол наклона линии вала, например, с использова- нием итерационной процедуры. 1. ITTC – Recommended Procedures and Guideli- nes. Testing and Extrapolation Methods Resistance. Resistance Test. 7.5-02-02-01. – Proceedings of 23 rd International Towing Tank Conference, Venice, 2002. 11 p. 2. ITTC – Recommended Procedures. Testing and Extrapolation Methods High Speed Marine Vehi- cles Resistance Test. 7.5-02-05-01. – Proceedings of 23 rd International Towing Tank Conference, Venice, 2002. 17 p. 3. Аксёнов А.А., Шмелёв В.В., Сафронов П.В., Ле- довских Ю.П. Применение программного компле- кса FlowVision для моделирования режима глис- сирования самолёта-амфибии. – Сборник докладов “Гидроавиасалон-2006” 6-й научной конференции по гидроавиации. – Геленджик, 2006. – С. 93-96. А. Н. Майборода 85

О подобии ходовой посадки при моделировании гидродинамики быстроходных судов

Institution

Ähnliche Einträge