Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время для улучшения эксплуатационных характеристик некоторых типов судов с динамической воздушной подушкой (СДВП) днищевую часть их корпусов изготавливают из упругих материалов. В режиме движения по водной поверхности, когда воздушная подушка еще не сформирована и корпус судна движется в жидкости, взаимодействие упругих изгибных колебаний днища и гравитационных волн на поверхности жидкости может привести как к резкому увеличению уровня вибраций и излучения звука, так и к аварийным ситуациям, связанным с потерей устойчивости движения. Кроме того, даже при стационарном движении, достаточно сильное деформирование корпуса при контакте с жидкостью, приводит к изменению гидродинамических характеристик судна. Возможность возникновения данных эффектов определяет актуальность развития математических теорий, позволяющих исследовать данные проблемы гидроупругости с целью улучшения характеристик скоростных аппаратов. Исследования в этой области в разное время, начиная с середины прошлого века, проводили Л.И.Седов, Н.Е.Кочин, М.А.Лаврентьев, М.В.Келдыш, М.Д.Хаскинд, Л.Н.Сретенский, А.И.Некрасов, Э.И.Григолюк, В.Д.Кубенко, А.Я.Сагомонян, Л.В.Черкесов, А.Н.Панченков, Ю.Ф.Орлов, Р.Ю.Шлаустас, А.А.Коробкин, В.В.Пухначев, Y.M.Scolan, D.G.Crighton и другие. В последнее время широкое распространение получил математический аппарат теории потенциала ускорений, развитый А.Н.Панченковым и Ю.Ф.Орловым для исследования подобного рода задач. В данной работе использование современных методов математического моделирования и теории потенциала ускорений позволило получить решение ранее неисследованных стационарных и нестационарных задач механики жидкости, о взаимодействии упругих оболочек с тяжелой слабосжимаемой жидкостью.
Цель работы. Первая основная цель работы заключается в получении решения задачи гидроупругости об определении деформаций корпуса и формы гравитационных волн, характерных для стационарного движения судна с упругим днищем по поверхности тяжелой жидкости. Вторая основная цель работы состоит в определении таких параметров движения судна с упругим днищем по поверхности тяжелой жидкости, при которых возможно ухудшение акустических характеристик и возникновение повышенных уровней вибрации корпуса.
Методы исследования. Результаты работы получены на основе использования методов математической физики. Расчет конечных значений величин и получение их графической интерпретации проводился с использованием современных средств вычислительной техники и сопутствующего программного обеспечения.
Научная новизна. Научная новизна работы заключается в развитии методов математической физики для решения ряда ранее не исследованных актуальных задач о взаимодействии гравитационных волн и движущихся упругих оболочек.
Результаты, выносимые на защиту.
1. В рамках линейной теории потенциала ускорений исследованы новые стационарные и нестационарные задачи механики жидкости, о взаимодействии упругих оболочек с тяжелой слабосжимаемой жидкостью.
2. Разработан асимптотический метод решения двумерных, сингулярных интегральных уравнений пространственных задач, основанный на упрощении ядра с последующим определением введенных в решение постоянных методом наименьших квадратов по минимуму ошибки в выполнении граничного условия на теле.
3. Получены расчетные зависимости для определения гравитационных волн на поверхности жидкости и нагрузки на гибких корпусах.
4. Выведены расчетные формулы для определения формы деформированного корпуса при его стационарном движении, для определения режимов движения опасных с точки зрения возникновения высоких уровней вибрации и ухудшения акустических характеристик гибких корпусов в зависимости от числа Фруда.
5. Проведены исследования процессов динамического деформирования гибких упругих корпусов и распространения гравитационных волн на модели корпуса, близкой по форме к корпусам пассажирских СДВП «Волга-2» и «Ракета-2».
Достоверность результатов. Достоверность результатов работы обоснована корректностью постановок задач, строгими математическими преобразованиями и сравнением с полученными ранее решениями.
Практическая ценность. Результаты, полученные в работе, могут быть использованы при проектировании скоростных судов с гибкими корпусами, с целью повышения их эффективности во взлетно-посадочных режимах, и оптимизации виброакустических характеристик.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:
- на ряде научных конференций: третья молодежная научно техническая конференция «Будущее технической науки» (Н. Новгород, НГТУ, 2004), VI международный конгресс по Математическому моделированию (Н. Новгород, ННГУ, 2004), «Корабельная ядерная энергетика» (Н.Новгород, «ОКБМ», 2004), V международная молодежная научно-техническая конференция «Будущее технической науки» (Н. Новгород, НГТУ, 2006), IХ конкурс работ молодых ученых ИПФ РАН (Н. Новгород, ИПФ РАН, 2007), XIX сессия российского акустического общества (Н.Новгород, 2007)., XII нижегородская сессия молодых ученых (Татинец, 2007), XX сессия российского акустического общества (Москва, 2008);
- на ученом совете отделения гидрофизики и гидроакустики Института прикладной физики РАН;
- на научном семинаре Нижегородского государственного технического университета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе одна статья [1] опубликована в журнале “Известия РАН. Механика жидкости и газа” рекомендованном ВАК. Статья [9] принята к печати в журнале “Прикладная механика и техническая физика” рекомендованном ВАК.
Личный вклад автора. При выполнении работ по теме диссертации автор принимал непосредственное участие в постановке задач, разработке методологии исследований и подготовке публикаций по результатам исследований.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы (56 наименований). Общий объем диссертации 88 страниц, включая 29 рисунков.
