Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПІ'ОЬЛЬМЬІ
Определение волнового сопротивления и оптимизация обводов во-доизмеїнаюіцих судов относяіся к числу нкіуалі.пьіх проблем судостроения, так как непосредственно связаны с повышением ходовых качеств. Улучшение ходкости приводні к увеличению скорости движения судна или к экономии топлива, что имеет важное значение для эксплуатации речного и морского флота страны в условиях непрерывного роста цеп на топливо.
Теория волн и волнового сопротивления относится к фундаментальным проблемам гидромеханики, связанным с проектированием речных и морских судов. Уменьшение волновой составляющей сопротивления движению коммерческих судов является одной из основных задач проектирования обводов корпуса. Снижение амплитуд воли, образующихся при движении речных судов, необходимо для обеспечения экологически безопасного движения по внутренним водным путям.
Теоретические и экспериментальные исследования волнового сопротивления судов выполняются как для получения метода расчета, так и для оптимизации обводов корпуса судна. Попытки решения этих задач имеют длинную историю и послужили стимулом д.ш многочисленных исследований, которые интенсивно проводятся и дают новые результаты по мере развития экспериментальной и вычислительной техники.
Обращение к линейной теории волнового сопротивления связано с тем, что современная вычислительная техника позволяет ответить на вопросы, которые до сих пор остались не выясненными и вынудили в своё время отказаться от её использования при решении прикладных задач. Теория Мичелла является классическим решением задачи о волновом сопротивлении в линейной постановке, поэтому она не потеряла своего значения, так как, во-первых, служит первым приближением во многих теориях высшего порядка и, во-вторых, позволяет использовать уравнение поверхности корпуса судна, в то время как все другие методы строятся на численном решении уравнения Фредгольма. что сопряжено с внесением больших неточностей в расчёты волнового сопротивления.
I. Углублённое и всестороннее исследование всех допущений линейной теории волнового сопротивления, чтобы найти пути её использования для решения практических задач.
-
Исследование механизма влияния вязкости на волновое сопротивление судна.
-
Выявление причин расхождения расчётов волнового сопротивления по интегралу Мичелла с экспериментальными данными и анализ возможности его корректировки.
4. Разработка метода оптимизации обводов водоизмещающих су
дов на малых числах Фруда (0,15 < Fn < 0,32).
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ связана с использованием теоретических, экспериментальных и численных методов. Исследования выполнялись путём численного анализа математических моделей волн, их взаимодействия и волнового сопротивления, полученных по линейной теории, с последовательным введением корректируюипгх поправок для учета вязкости жидкости и нелинейности граничных условий на поверхности корпуса и на свободной поверхности жидкости.
Расчёты выполнялись для аналитических моделей Виглея и Вейнблюма, а также обводов, спроектированных из развёртывающихся поверхностей. Для всех этих моделей известны результаты испытаний в опытовых бассейнах.
Программы разработаны автором на языке ФОРТРАН - IV, расчёты выполнялись с двойной точностью.
ДОСТОВЕРНОСТЬ метода выбора обводов с наименьшим волновым сопротивлением по главной части интеграла Мичелла подтверждается сопоставлением с известными результатами серийных буксировочных испытаний и не противоречат выводам других авторов и опыту проектирования хорошо обтекаемых обводов. Достоверность вывода о том, что пограничный слой и попутный поток не оказывают влияния на интерференцию носовой и кормовой систем корабельных волн, подтверждена экспериментально.
Научная новизна диссертационной работы заключается в выявлении неизвестных ранее свойств интеграла Мичелла, являющегося точным решением задачи о волновом сопротивлении водоизмещающих судов в линейной постановке, в определении механизма влияния вязкости на волновое сопротивление водоизмещающих судов и в разработке метода оптимизации обводов, отличающегося тем, что в качестве критерия для выбора форм корпуса с наименьшим волновым сопротивлением использовано отношение монотонно меняющейся главной части интеграла Мичелла к водоизмещению.
Относительная простота линейной теории иолноього сопротивления имеет большое значение для решения многих прикладных задач, выявление её возможностей и пределов достоверности важно не ТОЛ1>КО для определения волнового сопротивления, но и для других задач теории корабля.
Новый метод выбора обводов судна с наименьшим волновым сопротивлением позволяет дать обоснованные рекомендации в процессе проектирования формы корпуса до проведения модельных испытаний. Для разработчиков теоретических чертежей полезно иметь примеры обводов, имеющих наименьшее волновое сопротивление при заданных главных размерениях, коэффициенте общей полноты и числе Фруда.
Основные результаты диссертации докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава НИ-ИВТ (Новосибирск, 1973, 1978, 1979, 1983, 1984, 1986, 1987, 1989, 1991), на Крыловских чтениях (Ленинград, 1985, 1988, 1989, 1993,1995), на научно-технической конференции, посвященной 125-летию со дня рождения ак. А.Н.Крылова (Ленинград, 1988). на совещаниях по численным методам в задачах волновой гидродинамики (Новосибирск, институт вычислительных технологий СО РАН, Г992, 1994), на Сибирской конференции по прикладной и индустриальной математике (Новосибирск, 1994), на международных конференциях, посвященных 300-летию Российского флота (Санкт-Петербург, 1992, 1994), на международном симпозиуме по гидродинамике судна, посвященном 85-летию со дня рождения А.М.Басина (Санкт-Петербург, 1995)
Объём работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, разбитых на подпункты, заключения, списка литературы из 128 наименований, 77 рисунков, 20 таблиц. Работа изложена на 193 страницах и содержит 14 страниц списка литературы и том приложений, состоящий из пяти приложений на 81 странице.
