Введение к работе
Предметом исследования являются математические модели расчета гидродинамики современных быстроходных гибридных судов— катамаранов с гидродинамической разгрузкой-КГР в широком диапазоне скоростей. Численная реализация моделей осуществляется с помощью метода дискретных вихревых (МДВ) особенностей. Рассматриваются проблемы приложения математических моделей к расчету гидродинамики КГР в переходном и крейсерском режимах движения. Опыт показывает, что МДВ позволяет моделировать несущие поверхности и их гидродинамический след наиболее естественным образом с точностью, не меньшей, чем при модельных испытаниях. Он обладает перспективами совершенствования и применительно к решению поставленной задачи целым рядом преимуществ по сравнению с другими численными методами. Представленное в работе обобщение МДВ для решения потенциальных трехмерных волновых задач позволило использовать его для моделирования гидродинамики тел, пересекающих свободную поверхность.
Актуальность работы связана с определенным ростом интереса к судам с гидродинамической разгрузкой как. к современным перспективным быстроходным судам. К сожалению, эксплуатация многих типов СДПП (СП К, глиссеры, суда с малой площадью ватерлинии, СВП, экранопланы) в настоящее время сопряжена с целым рядом проблем. Низкая экономическая эффективность, зависимость от погодных условий, проблемы остойчивости, низкий комфорт привели к тому, что непрерывно сокращается число строящихся СП К, экранопланы так и не вышли из стадии экспериментальных разработок, закрыты многие пассажирские линии СВП. Судьба скоростных катамаранов КГР оказалась гораздо более удачной. Несмотря на то, что систематическое изучение КГР началось сравнительно недавно, на сегодняшний день в мире построено более 30 КГР большого водоизмещения и свыше 200 КГР длиной около Юм; целый ряд ранее эксплуатировавшихся катамаранов модернизирован с помощью подводных крыльев ПК. Известно, что с экономической точки зрения проектирование судов на ранних стадиях разработки рационально проводить с помощью надежного численного метода, а затем на основе предварительного численного
моделирования — с помощью экспериментальных исследований. Такой подход является эффективным способом предварительной оценки гидродинамики судов и способствует значительному уменьшению затрат на проведение эксперимента. Таким образом, для расчета перспективного типа современных быстроходных судов — КГР требуется надежный численный метод, который в рамках конструктивно единого подхода позволит определять гидродинамику рассматриваемых судов в широком диапазоне скоростей.
Целью работы является обобщение МДВ для решения
пространственных задач гидродинамики сложных
интегрированных объектов— катамаранов с гидродинамической разгрузкой, движущихся в переходном режиме и в режиме глиссирования. Для достижения поставленной цели необходимо рассмотреть ряд конкретных проблем, втом числе:
разработать теоретическую модель гидродинамики КГР в основном режиме движения (Fro 2:3), при котором часть корпуса КГР глиссирует в вихре волновом следе переднего ПК;
обобщить полученную теоретическую модель глиссирования на случай переходного режима (2 Fro < 3), и тем самым создать универсальную модель расчета гидродинамики КГР в широком диапазоне чисел Фруда в рамках единого численного метода;
провести апробацию моделей на примере исследования задач, для которых имеются надежные численные и/или экспериментальные данные.
Методы исследования — численные. Разработка математических моделей проводится в рамках единого численного метода, основанного на методе дискретных вихрей.
Научная новизна работы заключается в обобщении хорошо зарекомендовавшего себя на практике метода дискретных вихрей для решения нелинейных пространственных волновых задач для тел, пересекающих свободную поверхность. До сих пор для решения этой задачи использовались методы источников Ранкина.
Практическая ценность работы состоит в создании алгоритмов и программ,- позволяющих определять гидродинамику
быстроходных судов в широком диапазоне скоростей, проводить их параметрическое исследование и численные эксперименты.
Апробация работы и внедрение. Результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на семинарах и научно-практических конференциях СПбГМТУ, ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, международной конференции в Гамбурге HIPER'2001. Внедрение работы подтверждается актом о внедрении.
Публикации. Результаты исследований, представленные в диссертационной работе, частично отражены в 6 публикациях, в том числе в международном реферируемом журнале (см. перечень в конце автореферата).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Она содержит 235 машинописных страниц, в том числе 22 таблицы, 82 рисунка, библиографию из 109 наименований.
