Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Интенсивное внедрение вычислительной техники и существенное расширение изучаемого круга задач — вот две основные тенденции, наметившиеся в последние годы во всех областях судостроительной науки. Не является исключением и область проектирования и расчета гребных винтов — основного типа движителей современных транспортных судов. Все более жесткие требования, предъявляемые к гребным винтам (ГВ), приводят к необходимости совершенствования теоретических методов расчета и разрабатываемых на их базе с использованием ЭВМ программных средств.
В настоящее время на базе вихревой теории разработано значительное число различных по сложности математических моделей, предназначенных для решения задач как проектировочного,, так и поверочного расчета ГВ. Однако, с другой стороны, очевидно и то обстоятельство, что все существующие расчетные методы не являются универсальными, имеют свои ограничения и нуждаются в дальнейшем совершенствовании. Подтверждением этому служат результаты обсуждения указанных проблем на всех последних международных конференциях, посвященных проектированию и расчету судовых движителей, таких как, например: ITTC Propulsor Committee, Kobe, Japan, 1987: Propellers/Shafting'94 Symposium, Virginia Beach, USA. 1994; PROPCAV95 Conference, Newcastle- Upon Tyrte, UK, 1995; NAV & HSMV International Conference, Sorrento, Italy, 1997; Prope!lers/Shaning'97 Symposium, Virginia Beach, USA, 1997. К сожалению, приходится признать, что специалисты отечественной школы, не уступая, а во многом и превосходя своих западных коллег в области разработки теоретических методов исследования ГВ. отстают по части практической реализации этих методов. Ввиду вышесказанного дальнейшие исследования в этой области не только не утратили своей актуальности, но и. напротив, диктуются самой практикой судостроения.
Особую важность имеет теоретическое- решение задачи гидродинамического проектировочного расчета, являющейся составной частью более общей комплексной задачи проектирования ГВ. Поскольку на начальных этапах проектирования какой-либо систематический экспериментальный материал может полностью отсутствовать, разработка достаточно универсального теоретического метода проектировочного расчета представляет интерес не только с теоретической, но и с практической точки зрения. Решению этой актуальной задачи и посвящена данная диссертационная работа.
Цель работы. Целью данной диссертационной работы является разработка универсального алгоритма' гидродинамическою проектировочного расчета некавитирующего ГВ и создание соответствующих программных средств, реализующих указанный алгоритм.
Для достижения сформулированной непі п работе поставлены и решаются ел едующие основные задачи:
выбор и анализ математической м.і їсти внхрепого следа, образующегося з.і ГВ при его работе:
разработка на базе выбраг.юй математической модели алгоритма проектировочного расчет .і опшчлыюю ГВ, приспособленного к заданному
внешнему полю скоростей, и ГВ с заданным распределением нагрузки и толщины лопастей по радиусу:
расчет гидродинамических сил, действующих на лопасти ГВ, с использованием обобщенной теоремы Н.Е.Жуковского "в малом";
оценка различных составляющих пропульсивных потерь мощности, сопровождающих работу ГВ в заданном внешнем поле скоростей;
расчетное исследование влияния радиального распределения нагрузки и формы контура лопасти на эффективность и геометрические характеристики (кривизну и шаг) ГВ.
Метод исследования — экспериментально-теоретический.
Научная новизна. Научная новизна проведенного исследования состоит в следующем:
в работе продемонстрирована возможность использования обобщенной линейной модели (ОЛМ) вихревой теории в случае произвольного распределения нагрузки по радиусу ГВ;
в работе впервые в полном обьеме реализована теория несущей поверхности со схемой вихревого следа, соответствующей ОЛМ;
в рамках теории несущей поверхности строго теоретически решена задача об искривленной несушей линии произвольной формы:
в рамках теории несущей линии проведено сравнение результатов решения сингулярного интегродиф4ІеРенииа-,іЬН0Г0 уравнения проектировочного расчета с использованием различных классов функций, отличающихся поведением циркуляции в окрестности ступицы ГВ;
сравнительными расчетами и экспериментами показано, что ОЛМ обеспечивает хорошее согласование расчетных и экспериментальных значений КПД для ГВ сложной геометрии на режимах, близких к расчетному;
предложен алгоритм анализа составляющих потерь мощности для ГВ, работающего в заданном поле скоростей, а для уточнения расчета интегральных ГДХ применена обобщенная теорема Н.Е.Жуковского "в малом".
Практическая ценность работы. Основным практическим результатом данного исследования является разработка универсального алгоритма и соответствующей ггрограммы проектировочного расчета, которые с достаточной для практики точностью позволяют решать разнообразные задачи проектирования ГВ.
В работе выполнены систематические расчеты, позволяющие оценить влияние разгрузки корневых и концевых сечений, а также саблевидности контура лопастей на велмчину КПД и геометрические характеристики (кривизну и шаг) лопастей проектируемого ГВ.
Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований внедрены в ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова и были использованы при отработке ряда проектов ГВ сложной геометрии.
Разработанные программные средства используются в научно-исследовательской и учебно-методической работе на кафедре теории корабля СПбГМТУ.
Апробация работы. Основные результаты работы были изложены в докладах на 1-ой внутривузовской (НТК профессорско-преподавательского состава СПбГМТУ, май 1997), 1-ой Всероссийской (НТК 38-е Крыловские чтения 1997 г., НТО им. акад.
А.Н.Крылова, октябрь 1997) и 2-х Международных конференциях (Вторая Международная конференция МОРИНТЕХ-97, Санкт-Петербург, Россия, сентябрь 1997; SNAME Propellers/Shafting^ Symposium, Virginia Beach. USA, September 1997).
Публикации, Часть материалов проведенного исследования нашла отражение в 5-ти публикациях.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, приложений и содержит 169 страниц основного текста, 37 рисунков, 30 таблиц, список литературы из 95 наименований и 25 страниц приложений.
