Введение к работе
Актуальность работы
Проектирование движителей в насадке представляет собой комплексную задачу, в ходе решения которой необходимо спроектировать гребной винт (ГВ) или рабочее колесо, собственно насадку и в ряде случаев гондолу, а так же учесть особенности взаимодействия движителя с корпусом или поворотной колонкой. Проектирование каждого из перечисленных элементов имеет специфические особенности и требует создания специального расчетного метода. Кроме того, нельзя ограничиться проектированием этих элементов по отдельности, поскольку они оказывают существенное взаимное влияние. Получается, что оптимальный движитель не обязательно является совокупностью оптимальных элементов, что требует комплексного подхода к решению задачи.
До последнего времени в отечественной практике находил применение подход, согласно которому осуществлялось проектирование гребного винта, а форма насадки выбиралась из заданного набора испытанных ранее насадок или на основе общих зависимостей характеристик движителя от наиболее важных параметров насадки. Форма гондолы обычно считалась изначально заданной и не подлежащей корректировке. Данный подход отвечал требованиям середины XX века, но к настоящему времени безусловно устарел. Современные тенденции развития движителей требуют всемерного улучшения их характеристик. С этой целью необходимо выполнять комплексную оптимизацию движителей в насадке. Подобные попытки делаются за рубежом, в частности известны практические примеры численной оптимизации насадок и их внедрения на практике рядом международных корпораций. Таким образом, данная работа находится на пике современных тенденций развития теории и практики проектирования движителей и представляет большое значение для конкурентоспособности проектировщиков отечественных кораблей и судов.
Цель работы
Целью данной работы является создание методики комплексного компьютерного проектирования движителей в насадке для современных кораблей и судов.
Методы исследования
В работе сочетаются численные и экспериментальные методы исследования. С помощью известных теоретических разработок были созданы расчетные методы и реализующие их компьютерные программы. Экспериментальные методы использовались для верификации компьютерных методов.
Научная новизна
-
Разработан быстродействующий метод расчета обтекания элементов движителя вязкой жидкостью с учетом отрыва пограничного слоя. Данный метод позволяет определить гидродинамические характеристики хорошо обтекаемых тел, определить координаты точек отрыва турбулентного пограничного слоя, определить форму отрывной области, рассчитать гидродинамические характеристики обтекания тела при отрыве пограничного слоя. Метод отличается быстротой расчета, что позволяет использовать его в задачах проектирования.
-
Разработан метод определения коэффициентов взаимодействия движителя в насадке с осесимметричным центральным телом. Эти коэффициенты необходимы для проектирования движительного комплекса. Ранее их определяли экспериментальным путем или по приближенным зависимостям, основанным на систематизации экспериментального материала.
-
Разработан метод проектирования формы направляющей насадки на основе метода прямой оптимизации. Ранее форму насадки определяли по нескольким известным прототипам, что в ряде случаев существенно ухудшает характеристики движителя. Разработанный метод позволяет наилучшую форму насадки путем численной оптимизации.
-
Усовершенствован метод численной оптимизации лопастной системы гребного винта в насадке. Новый метод позволяет оптимизировать не только распределение шага и кривизны лопасти, но и подбирать наилучшее дисковое отношения при условии сохранения прочностных характеристик.
-
Разработана методика комплексного компьютерного проектирования движителей в насадке для современных кораблей и судов, как на заданную тягу движителя, так и на требуемую мощность, по которой осуществляется одновременное комплексное проектирования ГВ и насадки. При этом не обязательно задаваться геометрией элементов движителя.
Практическая ценность
Разработанная методика позволяет без существенных материальных и временных затрат спроектировать движительный комплекс гребной винт – направляющая насадка на заданный режим работы движителя. Метод является гибким и позволяет спроектировать как весь комплекс в целом (форму насадки, форму центрального тела, лопастную систему ГВ), так и отдельные его части. При этом задается минимальное количество исходных данных, что облегчает работу проектировщика. Во время проектирования возможно оценить опасность отрыва пограничного слоя на неподвижных элементах движителя. При возникновении отрывных явлений метод позволяет оценить характеристики обтекания этих элементов и влияние на другие элементы движителя.
Разработанная методика нашла применение на практике в рамках НИР «Автопроект», НИР «Ломовик», НИР «Стабилизация». Методика вошла составной частью в комплекс методик «Комплексное проектирование современных гребных винтов и двухступенчатых движительных комплексов», разработанных по НИР «Автопроект» и в технологии «Технология поверочного расчета многофункциональных двухступенчатых движителей», «Технология проектирования многофункциональных двухступенчатых лопастных движителей».
В результате работы получены два свидетельства на регистрацию программ для ЭВМ.
Апробация работы
Результаты исследований прошли всестороннюю апробацию – материалы диссертации докладывались на Всероссийском семинаре по аэрогидродинамике, посвященному 90-летию со дня рождения С. В. Валандера (СПбГУ, Санкт-Петербург) в 2008; на молодежных научно-технических конференциях «ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ – 2009» и «ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ – 2011» (ОАО «ЦКБ МТ «Рубин», Санкт-Петербург), на которых диссертант был награжден дипломами; на II международной научно-практической конференции «Наука и современность – 2010» (Новосибирск); на II международном симпозиуме по морским движителям – SMP’11 (Гамбург, Германия) в 2011; на III международной научно-практической конференции «Достижения молодых учёных в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» (БГТУ, Брянск) в 2011, на которой диссертант был награжден дипломом I степени; на IX международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях NPNJ’2012 (МАИ, Алушта), на X международной конференции по гидродинамике ICHD-2012 (Санкт-Петербург).
Публикации
Основные материалы, представленные в диссертации, опубликованы в научных изданиях: всего 14 работ, в том числе 5 статей, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертационных исследований.
Структура и объем работы
