Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
ЯКОВЛЕВ Алексей Юрьевич
СОЗДАНИЕ СИСТЕМЫ РАСЧЕТНЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ НОВЫХ ТИПОВ ДВИЖИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ СОВРЕМЕННЫХ СУДОВ
Специальность 05.08.01 - Теория корабля и строительная механика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Санкт-Петербург - 2008
Работа выполнена в ФГУП ГНЦ РФ ЦНИИ имени академика А. Н. Крылова.
Научный консультант: доктор технических наук, член-корреспондент РАН Пустошный Александр Владимирович
Официальные оппоненты:
Доктор технических наук, профессор Русецкий Александр Алексеевич Доктор технических наук, профессор Терентьев Алексей Григорьевич Доктор технических наук, профессор Рождественский Кирилл Всеволодович
Ведущая организация: 1 ЦНИИ МО РФ
Защита состоится л____ ___________200__г. в ________час.
на заседании диссертационного совета Д 411.004.01 в ФГУП ГНЦ РФ ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, по адресу: 196158, Санкт-Петербург, Московское шоссе, 44.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГУП ГНЦ РФ ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова.
Автореферат разослан л____ __________200 ____ г.
Ученый секретарь диссертационного совета, к. т. н., доцент Грушецкий И. В.
1
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы Разнообразие требований, предъявляемых в последние годы к движителям кораблей и судов различных классов, привело к тому, что наряду с совершенствованием традиционных гребных винтов (ГВ), началось бурное развитее новых типов движителей, таких как поворотные колонки и водометы. Этому немало способствовало появление поворотных колонок с электромотором, размещенным внутри гондолы, что позволило снять ограничения по мощности, присущие давно известным поворотным колонкам с Z-образной передачей, и выдвинуло поворотные колонки в разряд весьма перспективных главных движителей, например для пассажирских и ледокольных судов. Появление таких колонок сделало возможным создание мощных соосных движительных комплексов ГВ на валу плюс поворотная колонка, расположенная соосно за ГВ (CRPOD), которые особенно перспективны для высокоскоростных крупнотоннажных транспортных судов, где переработка потребной мощности на валу одним ГВ становится проблематичной.
Своим путем развивались водометные движители, которые прочно заняли место как основные движители скоростных судов. Выделился особый класс водометов Pump-Jet, представляющих собой двойную лопастную соосную систему, включающую подвижную и неподвижную части, помещенные в удлиненную насадку. Сейчас делаются попытки объединения такого водомета с поворотной колонкой.
Применение указанных новых типов движителей для судов и кораблей различных классов позволяет решить многие задачи повышения экономичности, маневренности судов и их виброакустических качеств.
Обеспечить современный уровень проектирования этих движителей невозможно без создания соответствующей теории, математических моделей движителей и методов их расчета. Таким образом, возникла проблема ускоренной разработки методологии компьютерного проектирования сложных движительных комплексов.
Все перечисленные выше движители в принятой МКОБ международной терминологии носят название движительные комплексы с пассивными и активными элементами. Их проектирование, расчет эксплуатационных характеристик, обеспечение надежности связано с решением целого ряда комплексных гидродинамических задач. Особая сложность в данном случае связана с тем, что в состав движителя входят несколько взаимодействующих между собой элементов. В результате, для решения этих задач требуется создание специального теоретического аппарата и разработка библиотеки компьютерных программ. Разработке таких методов и программ посвящена настоящая работа.
Цель работы Целью настоящей работы является решение проблемы создания методологии компьютерного проектирования сложных движительных комплексов современных кораблей и судов, путем разработки методов гидродинамического расчета и создания реализующей эти методы библиотеки взаимосвязанных вычислительных программ.
Методы исследования В работе сочетаются теоретические, численные и экспериментальные методы исследования. Теоретические методы разрабатывались в тех случаях, когда приходилось сталкиваться с абсолютно новыми, не исследованными ранее, проблемами, или если применение известных методов оказывалось не рациональным для решаемых задач. С помощью теоретических разработок были созданы расчетные методы и реализующие их компьютерные программы. Экспериментальные методы использованы для верификации компьютерных методов. При этом эксперименты проводились на моделях реальных объектов, что позволило максимально приблизить работу к решению практических задач.
Научная новизна 1. Разработан новый метод расчета циркуляционного обтекания тел на основе решения граничного интегрального уравнения Фредгольма 2-го рода. Данный метод отличается от известных аналогов тем, что он 1) основан на методе Галеркина, а не на методе коллокации, 2) является методом высокого порядка, то есть использует более точную билинейную и бикубическую аппроксимацию искомых функций, 3) в процессе расчета использует реальную геометрию тела, без каких либо ее аппроксимаций.
2. Разработан метод расчета обтекания осесимметричных тел неоднородным и нестационарным потоком, использующий разложение искомых интенсивностей особенностей в ряды Фурье по угловой координате и времени.
3. Установлен и теоретически обоснован факт возникновения пульсаций сил на специфических частотах при гидродинамическом взаимодействии пары гребных винтов в неоднородном потоке. Эти пульсации не характерны для одиночных ГВ или соосных ГВ в однородном потоке и ранее не были теоретически обоснованы. Разработан метод расчета амплитуд этих пульсаций. С его помощью выявлены зависимости амплитуд и частот пульсаций от неоднородности потока и взаимного расположения гребных винтов.
4. Создан метод расчета формы вихревых пелен за лопастями ГВ, позволяющий учитывать сложные нелинейные эффекты их развития и в частности моделировать сворачивание этих пелен в вихревые жгуты.
5. Для анализа работы ГВ в сильно скошенном потоке, в условиях работы в составе поворотной колонки и для расчета характеристик этой колонки применен полуэмпирический расчетный метод. На основе этого метода проведено исследование особенностей работы ГВ и поворотной колонки на режимах существенно отличающихся от проектного.
6. Разработаны методы поверочного расчета многокомпонентного движительного комплекса с насадкой и метод прямой оптимизации для проектирования лопастных систем таких движителей.
7. Выявлена и исследована несимметрия силовых характеристик движительного комплекса CRPOD от угла поворота колонки. Обнаружено возникновение неустойчивости вихревых пелен за лопастями переднего ГВ и явление деформации этих пелен при взаимодействии со стойкой и крылом.
Практическая ценность Практическое значение диссертационной работы состоит в создании системы расчетных методов, находящих непосредственное применение при проектировании сложных движительных комплексов. Применение разработанных методов позволяет без существенных материальных и временных затрат оценить пропульсивные, реверсивные, виброакустические характеристики судов, оснащенных движительными комплексами. Важное значение имеют методы оптимизации характеристик движителей, что позволяет использовать систему расчетных методов не только как инструмент оценки тех или иных характеристик, но и как средство непосредственного проектирования, в результате применения которого определяются геометрические параметры движителя.
Реализация результатов работы на практике Методы поверочного и проектировочного расчета движителей в насадке разрабатывались и совершенствовались в рамках работ по темам A-VII-214, A-VII-265, A-VIII-370. Результатом этих работ явилась методика РД5ИМЯН.080-2008, которая используется при проектировании движителей данного типа с целью выбора оптимальной геометрии лопастных систем.
Кроме того, разработанные методы позволяют оптимизировать форму насадки и обеспечивать выполнение прочностных и виброакустических требований. Также с использованием разработанных методов, осуществляется оптимизация формы водозаборников движителей различных проектов. Примером служит успешно прошедший ходовые испытания катер проекта Буян.
Непосредственную практическую реализацию при выполнении контрактов с ABB Oy, в рамках научного обеспечения экспорта ГВ предприятиями России, нашли следующие результаты данной работы:
Х Метод расчета нагрузок на ГВ и поворотной колонке при произвольных режимах работы движителя, Х Метод расчета и результаты проведенных исследований переменных сил на взаимодействующих ГВ Х Метод расчета вихревых пелен и поля скорости в следе за ГВ.
В рамках этих работ, с использованием указанных методов проводились расчетные оценки характеристик движителя при реверсировании, оценки прочности лопастей ГВ поворотной колонки и переменных сил, действующих на движителе. Такие оценки выполнены, в частности, для крупнейших в мире пассажирских судов проектов УChallengerФ и УGenesisФ, а также более десятка других судов. Расчетные оценки сил действующих на элементах поворотных колонок были использованы при выработке рекомендаций Российского регистра.
Результаты, полученные в рамках исследования соосных ГВ, нашли применение при проектировании первого в мире комплекса CRPOD быстроходного судна Ro-Ro, построенного фирмой Мицубиси. Гребные винты этого комплекса были изготовлены в России.
Представленные в работе исследования были поддержаны грантом Президента РФ для молодых кандидатов наук № МК-2675.2004.8 и грантом РФФИ № 07-08-00745.
Апробация работы Материалы диссертации докладывались на всероссийских научнотехнических конференциях Проблемы мореходных качеств судов и корабельной гидромеханики. Крыловские чтения в 1997, 2001, 2003 и 20годах (ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, С.-Петербург), на 2-й конференции молодых ученых и специалистов по морским интеллектуальным технологиям МОРИНТЕХ-ЮНИОР 2002 (С.-Петербург, 2002), на научно-технической конференции Кораблестроительное образование и наука - 2005 (СПбГМТУ, С.-Петербург, 2005), на международных научных конференциях по механике Поляховские чтения (СПбГУ, С.-Петербург) в 2003 и 20годах, на научно-технической конференции, посвященной 95-летию со дня рождения А. Н. Патрашева (ВМИИ, С.-Петербург, 2005), на XXXV и XXXVI Уральских семинарах (УрО РАН, Миасс, 2005 и 2006), на всероссийском семинаре, посвященном 90-летию со дня рождения С. В. Валландера (СПбГУ, С.-Петербург, 2008), на международных конференциях: Второй международной конференции по судостроению ISCТ98 (С.-Петербург, Россия, 1998), Военно-морской флот и судостроение в современных условиях NSNТ2001, NSNТ2003 и NSNТ2007 (С.-Петербург, Россия, 2001, 2003 и 2007), Международной конференции по судостроению ISCТ2002 (С.-Петербург, Россия, 2002), Первой международной конференции по технологическим достижениям в области поворотных колонок T-POD (Ньюкасл, Великобритания, 2004), л8-й международной конференции по скоростным морским перевозкам FAST2005 (С.-Петербург, Россия, 2005).
Публикации По материалам диссертации опубликовано 31 работа: 23 статьи и 8 тезисов докладов.
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, списка сокращений и условных обозначений, семи глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 299 страниц печатного текста, включает 144 рисунка и 399 литературных ссылок.
2 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении показана актуальность выполненной работы и сформулирована цель исследования. Здесь же описан аппарат исследования, обоснована достоверность полученных результатов, и отмечена их апробация в ходе выступлений на международных и всероссийских конференциях, а так же приведены данные по опубликованным работам.
В первой главе рассмотрена история развития теории и методов расчета движительных комплексов. На основе анализа преимуществ и недостатков современных движительных комплексов, а так же проблем возникающих при их проектировании, сформулированы основные задачи, решаемые в диссертации. Далее представлена общая характеристика системы расчетных методов, разработанных для решения этих задач, и определен круг вопросов, рассматриваемых в последующих главах диссертации.
Первый параграф данной главы посвящен истории развития теории движительных комплексов и методов их расчета. Отправной точкой выбраны исследования У. Ранкина, Н. Е. Жуковского и У. Фруда, заложившие основы теории идеального движителя, развитой в дальнейшем Дикманом, А. М.
Басиным, В. В. Копецким, В. Б. Липисом и Э. Э. Папмелем. Далее указано на зарождение и развитие вихревой теории ГВ, начиная с работ Н. Е.
Жуковского, а так же решение задачи об оптимальном ГВ в работах Бетца, Прандтля и их последователей. Отдельно выделено развитие теории несущей поверхности, представленное исследованиями В. М. Лаврентьева, В. В.
Копецкого, В. Моргана, Н. Н. Поляхова, В. Ф. Бавина, В. Г. Мишкевича, Н.
Ю. Завадовского, А. А. Русецкого (мл.), С. В. Мелешко. Выделены отечественные разработки методов граничных элементов для ГВ: Ю. С.
Тимошина, А. Ш. Ачкинадзе и В. И. Красильникова, а также RANS-метод И.
А. Чичерина. Исследования движителей с насадками представлены в работах В. М. Лаврентьева, В. Г. Мишкевича, В. К. Турбала, и многих других авторов. Исследования поворотных колонок проводились Э. А. Фишер, В. М.
Котловичем, Э. П. Лебедевым, А. В. Пустошным, С. В. Капранцевым, И. А.
Чичериным, И. Г. Фроловой, В. А. Бушковским, А. В. Чаловым, Т.
Вейконхеймо, Лю и Колбоурн, Ф. Сальваторе, Л. Греко. Методы расчета поворотных колонок разрабатывались И. А. Чичериным и М. П. Лобачевым, Санчес-Кайо, Пилканеном, А. Ш. Ачкинадзе и В. И. Красильниковым, и другими учеными. Исследования соосных ГВ осуществлялись В. М.
аврентьевым, В. Б. Морганом, Е. Н. Воеводской, О. Н. Каретниковым, В. С.
Шпаковым и А. Ш. Ачкинадзе. Лидирующие позиции в исследовании движителей CRPOD принадлежат ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова и коллективу ученых под руководством А. В. Пустошного.
Второй параграф посвящен проблемам, возникающим при проектировании главных винто-рулевых колонок (ГВРК). Термин ГВРК введен в соответствии с рекомендациями Российского регистра. В начале изложена история возникновении и развития этой группы движителей, отмечается ведущая роль ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова в исследовании ГВРК и проектировании ГВ, работающих в их составе. Далее дается общая гидродинамическая характеристика ГВРК некоторого базового типа (рис.1) и рассматриваются различные варианты движителей, получаемые путем его модификации.
Рис. 1. Схема ГВРК тянущего типа.
1 - гондола, 2 - стойка, 3 - ГВ.
К преимуществам этого типа движителей относятся: 1) экономия внутреннего пространства на судне, независимость расположения агрегатов внутри корпуса от ГВРК, отсутствие гребного вала, возможность резервирования и безопасного расположения элементов движительной системы, 2) отсутствие выступающих частей перед диском ГВ, 3) повышение маневренности, 4) ускоренное экстренное торможение, 5)снижение вибрации и шума. Из проблем, связанных с применением поворотных колонок, наиболее актуальны: 1) проблемы с управляемостью, возникающие при малых углах перекладки колонки, 2) ухудшение виброакустических характеристик при повороте колонки, 3) возникновение больших поперечных сил, 4) снижение КПД по сравнению с комплексом ГВ и руль. Решение этих проблем осложняется недостатком и сложностью получения экспериментальных данных, сложными нелинейными явлениями гидродинамического взаимодействия ГВ, гондолы, стойки и других элементов движителя между собой, слабым развитием нелинейных расчетных методов, учитывающих реальную форму вихревых пелен и особенности работы движителя на режимах отличных от проектного.
В третьем параграфе рассмотрены движительные комплексы с ГВ противоположного вращения. Наибольшее внимание здесь уделено новому типу движительных комплексов, объединяющему концепцию соосных ГВ и поворотных колонок - движителю CRPOD. В рамках этой концепции поворотная колонка тянущего типа устанавливается соосно за передним ГВ на валу (рис. 2). В этом случае достигается повышение эффективности движителя, аналогичное применению соосных ГВ, но при этом удается избежать сложной конструкции вала.
3 Рис. 2. Движитель CRPOD. 1 - поворотная колонка, 2 - кормовая оконечность судна, 3 - передний ГВ на валу.
Данный тип движителя, объединяя в себе достоинства поворотных колонок и соосных ГВ, имеет ряд недостатков, которые еще недостаточно изучены. Особое беспокойство вызывает поворот колонки в следе за передним ГВ, который может приводить к неожиданным явлениям гидродинамической природы. Можно указать на возникновение пульсаций сил на не характерных для ГВ частотах, которые имеют большую интенсивность при повороте колонки, в связи с этим возникает опасность попадания этих сил в резонанс с собственными частотами конструктивных элементов движителя. Исследование этих вопросов осуществлено в рамках представленной работы.
Четвертый параграф посвящен различным типам движителей, включающим кольцевую насадку. К этой группе относятся традиционные ГВ в направляющих насадках, поворотные колонки с ГВ в насадке и движители типа PumpJet. На рис.3 представлена условная обобщенная схема движителя с насадкой.
5 Рис. 3. Обобщенная схема движителя с насадкой.
1 - насадка, 2 - ГВ, 3 - задняя неподвижная ЛС, 4 - передняя неподвижная ЛС, 5 - гондола движителя, 6 - ось поворота движителя, в случае его исполнения в винторулевом варианте, 7 - стойка для крепления к корпусу.
К преимуществам данного типа движителей относятся: возможность получения дополнительного упора на насадке, снижение концевых потерь лопастной системы, выравнивание неоднородности внешнего потока, возможность повышения КПД за счет установки неподвижных лопастных систем перед или за ГВ, снижение пульсаций давления на корпусе в результате экранирующего действия насадки. К проблемам характерным для движителей в насадке относятся: возможность возникновения значительных пульсаций сил на насадке и центральном теле, необходимость комплексной оптимизации формы насадки и других элементов в составе единого движителя, специфические проблемы возникают так же при разработке методов поверочного расчета.
В начале пятого параграфа первой главы доказывается первоочередное значение расчетных методов для проектирования движителей.
Обосновывается заключение, что в настоящее время практичнее применять методы на основе теории невязкой жидкости. Далее сформулированы основные задачи, решавшиеся в ходе создания представленного в диссертации комплекса расчетных методов:
1) Разработать методы расчета обтекания осесимметричных тел и лопастей неоднородным и в ряде задач нестационарным потоком невязкой жидкости. Важным является требование высокой точности получаемого решения при малом числе площадок. В результате решения этой задачи создаются основные инструменты для последующего расчета обтекания различных элементов движителей.
2) Разработать полуэмпирические методы, позволяющие осуществлять оценку сил, действующих на элементах движительного комплекса на режимах его работы отличных от проектного.
3) Разработать методы расчета формы вихревых пелен за лопастями движителя, учитывающие особенности развития этих пелен в составе движительного комплекса, а также особенности взаимодействия их между собой и их сворачивания. Необходимость решения этой задачи обусловлена тем, что, в отличие от одиночных ГВ, форма вихревых пелен может оказывать существенное влияние на характеристики движительных комплексов. Однако разрабатываемые согласно первой задаче методы расчета являются потенциальными и не позволяют непосредственно определять форму вихревых пелен.
4) Исследовать особенности нестационарного взаимодействия различных элементов движительного комплекса между собой.
5) Разработать методы расчета гидродинамических характеристик движительных комплексов ГВРК, движителей с ГВ противоположного вращения и движителей, включающих в качестве составного элемента насадку. Эти методы создаются на основе базовых методов, разработанных в ходе решения предшествующих задач.
6) Разработать методы проектировочного расчета и оптимизации геометрии движительных комплексов, включающих в качестве составного элемента насадку.
Структура системы расчетных методов включает в себя базовые исследовательские расчетные методы для решения задач гидродинамики и методы расчета многоэлементных движительных комплексов, разработанные на их основе. К наиболее важным из базовых методов относятся:
специализированные методы граничных интегральных уравнений (BEM) высокого порядка, предназначенные для расчета обтекания лопастей и системы осесимметричных тел и крыльев, нелинейные методы расчета формы вихревых пелен за лопастями ГВ, работающего в составе движительного комплекса и полуэмпирические способы оценки характеристик ГВ и других элементов ГВРК на непроектных режимах работы. Гидродинамическое взаимодействие между различными элементами движителей основано на методе последовательных приближений, реализуется это взаимодействие через поля вызванных скоростей, представляемые с помощью рядов Фурье по времени и угловой координате, нестационарные эффекты моделируются на основе теории нестационарного взаимодействия лопастных систем представленной в настоящей работе. На основании базовых методов созданы методы расчета характеристик поворотных колонок, движителей с ГВ противоположного вращения, движителей включающих в качестве составного элемента насадку и модифицированы методы расчета современных ГВ и рабочих колес (РК). С помощью этих методов решаются задачи поверочного и проектировочного расчетов движителей. Поверочный расчет подразумевает определение пропульсивных характеристик, нестационарных сил, оценку прочности лопастей и в ряде случаев определение характеристик движителя на непроектных режимах работы. Как поверочный, так и проектировочный расчет входят в качестве составных частей в процесс проектирования движителя, который предполагает последующую экспериментальную проверку спроектированного движительного комплекса. Комплекс расчетных методов нашел практическое воплощение в виде библиотеки классов и компьютерных программ.
На основании анализа проблем проектирования движительных комплексов сформулированы основные задачи и разработана общая структура системы новых расчетных методов, что позволило определить структуру диссертационной работы (рис. 4) и основные положения, выносимые на защиту.
На защиту выносятся следующие основные результаты, полученные в данном исследовании:
1) Метод расчета обтекания крыла конечного размаха, на основе решения граничного интегрального уравнения Фредгольма 2-го рода. Данный метод построен на основе метода Галеркина в отличие от большинства других методов использующих метод коллокации.
2) Метод расчета обтекания системы осесимметричных тел и крыльев неоднородным нестационарным потоком, основанный на получении решения путем раздельного вычисления гармоник ряда Фурье по угловой координате и времени.
3) Результаты исследования формы вихревых пелен за лопастями ГВ в составе движительных комплексов с поворотными колонками. Данное исследование включает комплекс экспериментов, разработку нелинейной математической модели вихревой пелены с учетом ее сворачивания, и упрощенной нелинейной модели, результаты расчетной оценки формы вихревых пелен.
4) Теоретическое исследование частот пульсаций сил на взаимодействующих лопастных системах, метод расчета амплитуд этих пульсаций и результаты практического применения данного метода.
5) Метод расчета силовых характеристик движителя типа ГВРК на произвольном режиме работы и величине угла поворота и результаты его практического использования.
6) Совокупность методов используемых для проектирования движителей в насадке: метод поверочного расчета, метод оптимизации лопастных систем, выбор оптимальной формы насадки и их применение для оптимизации движительного комплекса.
Глава 1. Общая концепция комплекса расчетных методов, основные задачи работы Глава 2. Методы Глава 4. Расчет Глава 5. Учет влияния BEM - основные формы вихре- вязкости. Расчет инструменты расчета вых пелен движителей на непроектных режимах Глава 3. Определение принципов и расчет нестационарного взаимодействия ЛС в составе движительного комплекса.
Глава 6. Разработка методов Глава 7. Разработка методов поверочного расчета и их проектировочного расчета и практическое приложение их практическое приложение Рис. 4. Структура диссертационной работы Во второй главе проведен анализ известных методов решения задач гидродинамики идеальной жидкости на основе граничных интегральных уравнений, и представлены разработки новых методов этого типа.
Характерными особенностями последних являются их принадлежность к так называемым методам высокого порядка и специализация под задачи расчета движителей. Разработанные расчетные методы служат основным инструментом расчета движителей в рамках представленной работы.
Первый параграф второй главы посвящен истории и основным направлениям развития методов гидродинамических особенностей, к которым и принадлежат методы граничных элементов. Все рассматриваемые методы базируются на решении краевой задачи Неймана, и используют свойство линейности этой задачи, для получения решения в виде суперпозиции простейших решений уравнения Лапласа: источников (стока), стоков или вихрей. Здесь подробно рассмотрены методы, основанные на решения граничных интегральных уравнений (BEM), среди них методы Хесса и Смита, Морино, Л. А. Маслова и других авторов. Особо выделены методы BEM для расчета ГВ, разработанные Тсаконасом, Кервиным и Киннасом, Хошино, Хессом, Сасаки, Койама, Анду и рядом других зарубежных авторов и В. Г. Мишкевичем, Ю. С. Тимошиным, А. Ш.
Ачкинадзе и В. И. Красильниковым - в нашей стране. Предложена классификация методов гидродинамических особенностей, основанная на принципе получения основного уравнения метода и способе его дискретизации. Можно выделить следующие задачи дискретизации: переход от исходного уравнения к дискретному аналогу, выбор вида аппроксимации искомых функций, выбор формы панелей, аппроксимирующих поверхность обтекаемого тела. В данном параграфе подробно анализируются различные способы дискретизации, что служит отправной точкой для формулировки нового подхода к решению этих задач.
Целью данной главы, сформулированной в параграфе два, является разработка специализированных методов BEM высокого порядка, позволяющих проводить расчет обтекания лопастей и осесимметричных тел неоднородным нестационарным потоком жидкости. Эти методы должны обеспечивать максимальную точность получаемого решения при минимальном числе площадок.
В третьем параграфе представлен новый метод граничных элементов. Этот метод может быть отнесен к группе методов Хесса, при этом наиболее существенными отличиями метода являются особенности дискретизации основного уравнения.
Основное уравнение данного метода представляет собой интегральное уравнение Фредгольма 2-го рода относительно неизвестной интенсивности источников распределенных по поверхности тела.
q(P ) 0 V n (1) (r), - + q(P) dS = -V, n - p 2 4 S n R P0 P Pr где Р и Р0 - точки на поверхности S, RPP0 - расстояние между ними, n - r r нормаль к поверхности S, V - скорость набегающего потока (рис. 5), V - скорость создаваемая вихревыми особенностями.
Для моделирования циркуляционного обтекания тела, с образованием подъемной силы, на той же поверхности непрерывным образом распределены вихревые особенности . Для решения задачи используется криволинейная система координат 0, связанная с поверхностью тела (рис.5).
S V n ij z Po P y x Рис. 5. Схема обтекания тела (к разработке метода граничных элементов) Решение уравнения (1) представляется в виде линейной комбинации базисных, специальным образом выбранных билинейных функций ij, отличных от нуля на элементе поверхности тела ij M N i q(, )= q (, ) (2) ij ij i =1 j =где N, Mi - число базисных функций в направлении криволинейных N координат и , общее число функций ij равно L = M, qij - искомые i i =коэффициенты.
В соответствии с используемым для решения уравнения (1) методом Галеркина выбрана система L линейно независимых функций nm, n=1,N;
m=1,Mn, таким образом, чтобы в пределах площадки ij, отвечающей функции ij, величина соответствующей ей функции ij равнялась единице, а на всей остальной поверхности - нулю. После подстановки выражения для q (2) в интегральное уравнение (1), умножения на nm и интегрирования по S, приходим к системе L линейных алгебраических уравнений для L неизвестных qij.
Как следует из теории потенциала, принципиальным в данной задаче является распределение циркуляции Г вдоль координаты , зависимость интенсивности вихревых особенностей от координаты может выбираться произвольно. На основании этих соображений используем линейную комбинацию для циркуляции N -() = G g () i k i =Распределение , получается из этого представления на основании закона о сохранения вихрей, причем как бы ни была выбрана зависимость (), решение уравнения (1) при заданной величине циркуляции будет одним и тем же. Неизвестные величины Gi определяются из условия Чаплыгина Жуковского, что приводит к добавлению N-1 уравнения к полученной ранее системе.
В работе подробно рассмотрены особенности построения нового метода ВЕМ и сформулированы его преимущества, которые состоят в следующем:
Х метод относится к методам высокого порядка, что гарантирует точность, Х расчетная схема обеспечивает выполнение фундаментального закона сохранения вещества. При использовании метода коллокации в методах высокого порядка этот закон может нарушаться.
Х расчетная схема не требует отдельной дискретизации поверхности, реальная форма которой непосредственно используется в расчете. Это повышает точность расчета и упрощает работу пользователя.
В работе представлены примеры численного решения классических задач теории идеальной жидкости, для которых известны теоретические решения:
обтекания потоком идеальной жидкости кругового цилиндра, сферы (рис. 6), лобтекателя Рэнкина, плоской пластины и эллиптических профилей (рис.7).
В параграфе 4 представленный выше метод упрощен для расчета обтекания 2-х мерных тел. Представлены примеры расчета обтекания круга, эллипса и тонкой пластины.
1.1. - - - 0. - - 0.0.0 0.5 1.X Рис. 6. Сопоставление расчетной тангенциальной скорости с аналитическим решением на половине поверхности сферы единичного радиуса, обтекаемой потоком идеальной жидкости. Расчет с различным числом площадок (N x Mi): 1 - 6x3, 2 - 10x10, 3 - 20x20, 4 - 30x30, 5 - аналитическое решение.
Примером расчета обтекания реального 3-х мерного тела служит расчет обтекания лопастей ГВ, который рассмотрен в 6-й главе.
Пятый параграф посвящен разработке метода граничных элементов для расчета обтекания системы осесимметричных тел и кольцевых крыльев неоднородным и нестационарным потоком. В данном случае осуществляется решение уравнения (1), неизвестная в котором аппроксимируется рядом Фурье по угловой координате и времени t.
V q = qkm(х)ei[m+kt] (3) k =- m=- - - - 010 20 Рис. 7. Сопоставление расчетной и теоретической зависимостей циркуляции вокруг крыла бесконечного размаха с эллиптическим профилем обтекаемого потоком идеальной жидкости под углом атаки . 1- расчет для случая e=0.5, 2- расчет для случая e=0.1, 3 - аналитическая зависимость, V - скорость потока, С - длина хорды крыла.
Аналогичное представление используется для циркуляции вокруг кольцевого крыла, которая зависит от и t Г = Гkm ei[m+kt] (4) k=- m=- Подставляя полученные выражения (3) и (4) в интегральное уравнение (1) и интегрируя по угловой координате, приходим к отдельной системе линейных алгебраических уравнений для каждой гармоники. Помимо повышения точности и ускорения расчета, такое разделение гармоник удобно для решения ряда практических задач.
1, 0, 0,-0,-1,0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,x/L Рис. 8. Распределение коэффициента давления вдоль поверхности насадки Duct II из работы В. Моргана. Угол атаки: =80. Нижняя сторона насадки.
Г/(V*C) P C 1 - эксперимент, внешняя поверхность, 2 - эксперимент, внутренняя поверхность, 3 - расчет Моргана, 4 - расчет Нозава и Окамото, 5 - расчет по данному методу.
Результаты расчетов по данному методу сопоставлены с известным аналитическим решением для обтекания тора, решением для тонкой пластинки, как предельного случая тонкого кольцевого крыла большого радиуса, расчетом и экспериментом Л. А. Маслова для кольцевого крыла с профилем NACA66, расчетом и экспериментом Моргана, а также расчетом Нозава и Окамото для насадки DuctII под углом атаки (рис. 8), а так же с расчетами В. Г. Мишкевича и В. К. Турбала.
Третья глава посвящена теоретическому и численному исследованию нестационарного гидродинамического взаимодействия двух лопастных систем. В первом параграфе приведен обзор литературы, по тематике данной главы и раскрывается актуальность и новизна поставленной задачи. На основе анализа литературы делается вывод, что приведенные ниже соотношения для частот пульсаций сил на паре гидродинамически взаимодействующих ЛС в неоднородном потоке получены впервые.
Предшествующими исследователями рассматривались только частные случаи этих соотношений: Страсберг и Бреслин - для соосных ГВ в однородном потоке и Г. М. Фомин - для взаимодействия подвижной и неподвижной ЛС турбомашин.
Создание метода расчета нестационарного взаимодействия лопастных систем и в частности соосных ГВ является сложной и трудоемкой задачей.
Подобные расчетные методы были ранее созданы только в США (С.
Тсаконас и др., 1983), Японии (Ч. Янг и др., 1992; Н. Сасаки и др., 1998) и Южной Корее (Ли, 1995). В связи с возникшими практическими запросами был разработан комплекс расчетных методов, позволяющий рассчитывать нестационарное взаимодействие не только соосных, но произвольно расположенных ГВ в условиях неоднородного набегающего потока.
Второй параграф посвящен теоретическому исследованию частот пульсаций сил и моментов на взаимодействующих ЛС. Это взаимодействие выражается в работе ЛС в неоднородном и нестационарном потоке создаваемой второй ЛС. Показано, что работа ЛС в таком потоке приводит к сдвигу частот пульсаций сил и моментов. На основании этих результатов получено соотношение для частот f пульсаций сил и моментов на паре взаимодействующих ЛС.
f = m Z + k Z (5) m, k p p 1- p 1- p 2 где k и m - произвольные (положительные или отрицательные) целые числа, Z - число лопастей, - скорость вращения ЛС, индексы p=0 или 1, определяют одну из ЛС.
Для случая соосного расположения ЛС получено необходимое условие пульсаций сил и моментов на частоте fm,k, связывающее их возникновение с присутствием в набегающем потоке гармоник скорости с определенным номером n = mZ + kZ - для продольных компонент силы и момента, p 1- p (6) n = mZ + kZ 1- для поперечных компонент силы и момента.
p 1- p где n - номер гармоники набегающего потока.
Для подтверждения справедливости полученных выводов было выполнено сопоставление аналитической зависимости (5) (6) с результатами расчётов соосных ГВ (рис. 9). В данном примере учитывалась только первая гармоника скорости набегающего потока.
Существует ряд важных частных случаев взаимодействия соосных ГВ.
Применяя формулу (6) для случая однородного набегающего потока (n=0), приходим к условию пульсации сил, совпадающему с решением, полученным Страсбергом и Бреслиным m Z = k Z - для продольных компонент силы и момента, p 1- p m Z = k Z 1- для поперечных компонент силы и момента.
p 1- p fp m,n -2 -1 0 1 1-p/p Рис. 9. Зависимость безразмерной частоты пульсации сил и моментов от отношения скоростей вращения пары соосных ГВ (число лопастей рассматриваемого ГВ ZP=4). 1, 2, - аналитическая зависимость (1 - m=0; 2 - m=1; 3 - m=2); 4, 5, 6 - расчетные частоты (4- Z1=3; 5- Z1-P=5; 6- Z1-P=7) P Задавая частоту вращения одного из ГВ равной нулю: = 0, приходим 1- p к взаимодействию подвижной и неподвижной ЛС. Пульсации в этом случае, в соответствии с (5), будут происходить на частотах кратных числу лопастей ГВ, удовлетворяющих условию (6), что согласуется с результатами известными из теории турбомашин. Если вообще исключить одну из ЛС (то есть положить = 0 и Z = 0), то из условия (5) следует вывод о 1- p 1- p пульсациях на лопастных частотах, а из условия (6) - известное свойство избирательной реакции ГВ на неоднородный набегающий поток.
Таким образом, полученное соотношение для частот пульсаций (5) и условие (6) является наиболее общим и включает в себя все ранее известные частные случаи.
Проведенное теоретическое исследование позволяет получить частоты пульсаций сил и моментов, но ни чего не говорит об амплитудах этих пульсаций. Их оценка может быть осуществлена с помощью расчетного метода. В третьем параграфе представлен такой метод, позволяющий определять пульсации сил и моментов, при произвольном расположении ГВ.
Метод построен в виде процесса последовательных приближений, на каждом шаге которого производится расчет обоих ЛС и определяются вызванные ими скорости в месте расположения соседней ЛС. Использование разработанного в нашей стране принципа анализа нестационарных характеристик с помощью рядов Фурье существенно упрощает расчет по сравнению с зарубежными методиками. Результирующие силы и моменты на ЛС определяются путем суммирования рядов Фурье, полученных для отдельных лопастей. Расчет переменных сил на лопасти осуществляется с помощью метода несущей поверхности, разработанного В. Ф. Бавиным и Л.
А. Мухиной.
TF QF TA QA Рис. 10. Амплитуды пульсаций сил и моментов на ГВ сосной пары CRP44,. 1 - f = эксперимент, 2 - расчет Tsakonas и др., 3 - расчет Yang и др., 4 - расчет по представленному методу TF QF TA QA Рис. 11. Амплитуды пульсаций сил и моментов на ГВ сосной пары CRP45,. 1 - f = эксперимент, 2 - расчет Tsakonas и др., 3 - расчет Yang и др., 4 - расчет по представленному методу SUM SUM 10 * T/T, 10 * Q/Q SUM SUM 10 * T/T, 10 * Q/Q Точность разработанного расчетного метода проверялась на примере двух соосных пар CRP44 и CRP45, для которых известны экспериментальные данные (Тсаконас, 1983). Сопоставление расчетных оценок по представленному методу с экспериментом и расчетами других авторов представлено на рис. 10 и 11. Приведенные результаты подтверждают правильность и точность расчетного метода.
Проведенные теоретическое и численное исследования позволили выявить следующие принципиальные моменты:
Х взаимодействие ЛС приводит к существенному изменению характера пульсаций сил и моментов, по сравнению с одиночной ЛС, Х неоднородность набегающего потока возбуждает дополнительные колебания сил и моментов, которые отсутствуют в условиях однородного потока, Х изменение взаиморасположения ЛС может существенно сказаться на пульсациях сил и моментов на ЛС.
Конкретное практическое отражение эти выводы нашли при исследовании движителя CRPOD (гл.6).
В четвертой главе представлены экспериментальные и численные исследования гидродинамических явлений, обусловленных динамикой вихревых пелен за лопастями ГВ. Эти явления для одиночных ГВ обычно считают несущественными и редко учитывают в расчетах. Иначе обстоит дело для многокомпонентных движительных комплексов. Взаимодействие пелен свободных вихрей (ПСВ) с расположенными ниже по потоку элементами движителя приводит к возникновению на последних дополнительных нагрузок, которые необходимо уметь определять расчетным путем. Таким образом, задача данной главы состоит в разработке методов расчета формы ПСВ.
Первый параграф представляет собой литературный обзор по проблемам экспериментального исследования и расчета формы ПСВ за крыльями и ГВ.
Экспериментальные исследования разделены на три группы: исследования с помощью лазерного доплеровского анемометра (ЛДА), исследования с помощью PIV (измерение скорости на основе изображений частиц) и визуализации следа. В первой группе особо выделены работы Джессап, Стелла и др. Во второй группе - работы Ди Фелисе и С. Ли. Методы визуализации наиболее активно применяются в аэродинамике и вертолетостроении, что нашло отражение в работах Ландгребе, Лейшман и В.
Э. Баскина.
Приводимый далее анализ различных методов математического моделирования ПСВ позволяет сделать вывод о перспективности разработки нелинейных моделей, что и реализовано в данной главе для движителей при нулевом угле поворота. Наиболее известные нелинейные модели ПСВ за лопастями ГВ были разработаны Майтре и Рове, Кервиным, Пио и Киннасом, Ч. Янгом и Хошино, но они созданы для одиночных ГВ и не применялись для многокомпонентных движительных комплексов. Только в последние годы, одновременно с нашими публикациями, появились зарубежные работы, посвященные развитию ПСВ в составе поворотных колонок. Отечественные исследования ПСВ ранее были посвящены расчету ГВ в сильно скошенном потоке с учетом отклонения вихревой пелены (работы Л. А. Мухиной, В. Б.
иписа, Е. И. Ефимовой и А. А. Русецкого), которое не учитывалось в представленном расчетном методе, а также задачам в области вертолетостроения, решаемым на основе метода дискретных вихрей. Таким образом, разработка нелинейной модели ПСВ ГВ с учетом сворачивания и взаимодействия с элементами движительного комплекса осуществлена по видимости впервые в нашей стране.
Особое внимание уделено вопросам неустойчивости и сворачивания ПСВ, которые впервые рассматривались Гельмгольцем и Кельвином Теоретическому решению этих проблем посвящены работы Каден, Муре и др. Методы расчета разрабатывались Муре, Чорин, Красни. Виот и Фруман применили для расчета RANSЦметод. В настоящей работе используется специальный алгоритм учета сворачивания ПСВ и подавления неустойчивости Кельвина-Гельмгольца основанный на результатах теоретических исследований.
Второй параграф посвящен экспериментальному исследованию концевых вихрей за лопастями ГВ, работающего в составе движительного комплекса.
Необходимость экспериментальных исследований обусловлена малой изученностью данной проблемы и недостатком информации для разработки и тестирования расчетного метода. Экспериментальные исследования проводились на различных вариантах моделей движителей в кавитационной трубе. В ходе эксперимента производилось фотографирование и видеосъемка визуализированных вихревых пелен. В результате проведенных исследований было выявлено, что 1) форма концевых вихрей существенно зависит от режима работы движителя и определены основные тенденции этой зависимости, 2) влияние различных элементов движителя на концевые вихри проявляется на различных режимах по-разному и может быть весьма существенным, 3) на больших расстояниях от ГВ, а также при малой нагрузке проявляется неустойчивость вихревых жгутов, 4) выявлены локальные нелинейные эффекты, возникающие при взаимодействии вихревых жгутов с крылом и стойкой поворотной колонки. Кроме того, результаты экспериментальных исследований были использованы в качестве тестовых примеров при разработке расчетных методов.
В третьем параграфе представлен нелинейный метод расчета формы ПСВ за лопастями ГВ. В рамках этого метода предполагается, что форма ПСВ может быть определена в условиях потенциального течения, поскольку завихренность за лопастями ГВ концентрируется в тонких вихревых пеленах, которые могут быть смоделированы методами вихревой теории. Форма ПСВ рассчитывается в связанной с ГВ невращающейся системой координат.
Набегающий на ГВ поток считается однородным, что позволяет считать форму ПСВ одинаковой для всех лопастей ГВ. Ранее подобные расчетные методы были разработаны за рубежом, а отечественные методы не учитывали сложных нелинейных процессов, таких как сворачивание ПСВ.
Уравнение поверхности ПСВ записывается в лагранжевых координатах, в качестве которых выбраны радиус схода вихря с лопасти ГВ r0 и время схода этого вихря , отсчитываемое от некоторого нулевого момента. Переход к лагранжевым координатам связан с тем, что завихренность, переносимая с жидкой частицей, в идеальной несжимаемой жидкости неизменна во времени. Уравнение вихревой поверхности SГ представляется следующим образом r = r (r, , t). Тогда уравнение движения этой поверхности имеет следующий вид t r (r, , t) = r (r, , )+ (), (7) 0 0 V r r, , t d где V - скорость жидкости в точках вихревой пелены, определяемая в результате расчета.
Решение уравнения (7) осуществляется последовательными приближениями.
В качестве начального приближения r задается правильная геликоидальная форма вихревой пелены, имеющая постоянный шаг и радиус. Итерационный процесс включает два вложенных цикла. На каждом шаге внешнего цикла внутренний цикл обеспечивает последовательное определение новых координат вихревой пелены, начиная от выходящей кромки лопасти и до текущей лагранжевой координаты . Внешний цикл предназначен для повторного определения формы ПСВ с учетом ее формы, полученной на предшествующем шаге итерации. Специальный алгоритм позволяет избежать неустойчивости ПСВ, возникающей при расчете бесконечно тонких пелен.
Результаты расчета формы ПСВ по разработанному методу сопоставлены с экспериментальными данными Ди Фелисе (рис. 12) и данными, полученными в ходе эксперимента, описанного в предшествующем параграфе.
Расчеты скорости в следе ГВ, проведенные с учетом нелинейной формы ПСВ показали существенное повышение точности по сравнению с традиционным подходом.
В четвертом параграфе представлены упрощенные методы расчета формы ПСВ. Эти методы не позволяют определить локальные изменения ПСВ, но обеспечивают необходимую точность расчета силовых характеристик движительных комплексов при существенно меньшем времени расчета. В рамках упрощенной нелинейной модели скорости, входящие в уравнение (7), берутся осредненными по угловой координате. Форма ПСВ вблизи лопасти ГВ определяется на основе специальной асимптотики, поскольку расчетный метод в упрощенной постановке не обеспечивает точности в окрестности выходящей кромки. Кроме того при таком подходе не удается полноценно учесть эффекты сворачивания ПСВ. Тем не менее, общие закономерности поведения шага и радиуса ПСВ в рамках упрощенного метода определяются верно, что гарантирует точную оценку силовых характеристик.
Примеры расчета ПСВ на основе упрощенной нелинейной модели включают ГВ в присутствии гондолы и соосную пару. Для последнего случая приведено сопоставление с экспериментальными данными второго параграфа (рис. 13).
y/R 1.J=0.0.0.0.0.x/R -0.2 0.3 0.8 1.3 1.8 2.3 2.Рис. 12 Сопоставление расчетной (темные линии) и экспериментальной формы ПСВ.
r/RF 1, 0,0,0,0,0,00,51,01,52,02,x/RF Рис. 13 Изменение радиуса ПСВ за передним ГВ соосной пары. 1 - ПСВ одиночного ГВ, - ПСВ переднего ГВ сосной пары, 3 - экспериментальное положение концевых вихрей за передним ГВ сосной пары, RF - радиус переднего ГВ.
Для ряда задач находит применение еще более упрощенная модель ПСВ - полуэмпирическая. В этой модели закон распределения шага и радиуса ПСВ определяется с учетом особенностей конкретной задачи и полный расчет ПСВ не производится.
В пятой главе представлены методы расчета движительных комплексов на непроектных режимах эксплуатации.
Проектным называется тот режим работы движителя, для которого выполняется проектирование и следовательно характеристики движителя на этом режиме должны удовлетворять всем заявленным требованиям. Однако, во многих практически важных случаях таких, например, как реверсирование и маневрирование судна движитель работает на режимах существенно отличающихся от проектного. Поэтому в ходе разработки движителя эти режимы эксплуатации исследуются особо.
Методы представленные в предшествующих главах ориентированы на расчет движителей, работающих на проектном режиме или вблизи него. В данной Передний ГВ Задний ГВ главе рассмотрены расчетные методы применимые в широком диапазоне режимов эксплуатации движителя.
Первый параграф главы посвящен обзору известных методов расчета движителей на непроектных режимах и их анализу. До последнего времени исследования в основном относились к ГВ. Можно выделить две группы подобных методов. К первой относятся методы расчета ГВ на режиме реверса, то есть в широком диапазоне поступей. Наиболее известны среди них разработки А. А. Русецкого и Т. Ю. Прищемихиной (1963, 1981) базирующиеся на фундаментальных положениях сформулированных в частности в трудах В. Ф. Дюрэнда (1940), а также исследования работы винтов вертолета. Вторую группу образуют методы расчета ГВ в скошенном потоке. Здесь можно указать на работы Л. А. Мухиной, В. Б. Липиса, Е. И.
Ефимовой и А. А. Русецкого (1980-е годы). Представленные в данной работе расчетные методы Мухина Л. А., Яковлев А. Ю. (2001) основываются на указанных разработках, и развивают их в направлении расчета ГВ работающего в составе поворотной колонки при произвольном угле поворота и расчетной поступи.
Во втором параграфе сформулированы основные принципы расчета вязких и отрывных эффектов характерных для обтекания элементов движителя на непроектных режимах. Эти принципы состоят в следующем. При расчете безотрывного обтекания используются поправки на вязкость традиционно применяемые для ГВ. Для расширения диапазона применимости этих поправок предлагается использовать новую формулу для расчета коэффициента сопротивления профиля. В работе показано, что на проектном режиме эта формула дает результат, совпадающий с общепринятыми поправками, и в то же время имеет существенно больший диапазон применимости. Для определения момента возникновения отрыва на входящей кромке профиля используются упрощенные соотношения теории пограничного слоя. Расчет отрывного обтекания осуществляется с помощью формулы Рэлея для коэффициента нормальной силы CN, с учетом поправок предложенных к этой формуле Shen и Fuhs (1997).
2sin() CN = (8) 4+sin()1.0++8(+4) где величина представляет собой коэффициент давления в отрывной области, - угол атаки.
Специальные поправки вводятся для учета особенностей обтекания 3-х мерного крыла.
Эффективность применения сформулированных принципов для расчета обтекания крыла продемонстрирована в з3. Сопоставление расчетных коэффициентов сопротивления и подъемной силы с результатами круговых продувок профилей (рис. 14) подтвердили правильность разработанной математической модели.
Cx, Cy CX C Y 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 1-эксперимент расчет -Рис. 14. Расчетные и экспериментальные зависимости коэффициентов подъемной силы CY и сопротивления CX от угла атаки .
В четвертом параграфе представлен метод расчета характеристик ГВ на непроектных режимах работы в скошенном потоке. Этот метод представляет собой модификацию и усовершенствование методов струйной теории ГВ, ведущих свое начало от метода Э. Э. Папмеля и усовершенствованных Б. А.
Бискупом и В. А. Бушковским. Расчет обтекания профилей цилиндрических сечений лопастей ГВ в данном случае реализован с учетом скоса потока и отрывного обтекания лопастей. Решение задачи сводится к нелинейному алгебраическому уравнению, которое решается для ряда цилиндрических сечений лопасти ГВ, при ее различных угловых положениях и в разные моменты времени. Разработанный расчетный метод обеспечивает точность расчета достаточную для решаемых с его помощью задач. На рис. приведено сопоставление расчетных характеристик ГВ с экспериментальными данными Binek (1975).
з5 посвящен методу расчета сил на поворотной колонке без учета ГВ.
Данный метод основан на соотношениях для коэффициентов сопротивления и подъемной силы, действующих на поворотной колонке, полученных на основе формулы Рэлея.
CX = CN ()sin + A(, Re) (9) CY = CN ()sin + CY 90 sin где коэффициент CN определяется согласно (8), A - учитывает зависимость от числа Рейнольдса при ламинарном или турбулентном режимах обтекания, CY90 - поправка, учитывающая боковую силу, возникающую из-за несимметричности колонки в продольном направлении, коэффициент =0.учитывает 3-х мерный характер отрывного обтекания. Входящие в (9) коэффициенты определены по результатам обработки экспериментальных данных, полученных И. А. Чичериным и И. Г. Фроловой. Сопоставление расчетных оценок с экспериментальными данными подтвердило точность предложенного полуэмпирического метода.
1, 0, 0,-0,-1,0 90 180 270 3 Рис. 15. Сопоставление расчетных и эксперимен-тальных компонент силы и момента на ГВ при углах скоса потока , изменяющихся от 0 до 360 (J=0.8). Эксперимент: 1 - KQ, - KX, 3 - KY. Расчет: 4 - KQ, 5 - KX, 6 - KY.
В з6 представлен метод расчета характеристик поворотной колонки и ГВ работающего в ее составе в широком диапазоне режимов и углов поворота колонки. Данный метод включает в себя методы расчета ГВ и поворотной колонки представленные выше. Для учета взаимодействия ГВ с колонкой вводятся в рассмотрение коэффициенты засасывания и попутного потока, аналогично тому, как это принято для ГВ, работающего за корпусом.
Имеющиеся экспериментальные данные позволяют проанализировать эти коэффициенты и представить их в виде функций от поступи и угла поворота колонки w = w(J,) t = t(J,) Пользуясь полученными зависимостями, можно осуществлять пересчет характеристик ГВ полученных непосредственным расчетом (з4) на случай его работы в составе поворотной колонки. Сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными (рис. 16) подтверждает эффективность предложенного метода.
В шестой главе представлены методы поверочного расчета движительных комплексов непосредственно используемые при их проектировании. В настоящей главе находят свое решение практические задачи, стоящие перед проектантами движителей и разработчиками расчетных методов сформулированные в главе 1.
В каждом параграфе данной главы рассматривается группа методов, применяемая для расчета одного из типов движителей: поворотной колонки, движителей с ГВ противоположного вращения, движителей с насадками и ГВ. Указанные группы методов представляют собой расчетные комплексы, нацеленные на решение конкретных задач проектирования движителей. Они построены на основе общих принципов и с применением расчетных методов изложенных в предшествующих главах диссертации. Для каждого типа движителя дается 1) описание группы расчетных методов, включающее перечень используемых расчетных методов, схему алгоритма расчета и ее Q X Y 10*K, K, K описание. 2) Перечень практических задач, решаемых с помощью представленной группы методов 3) наиболее важные результаты полученные в результате исследования.
1,1,0, 0, -0,5 -1,0 30 60 90 120 150 1 Рис. 16. Расчетные и экспериментальные зависимости коэффициента продольной силы на поворотной колонке. Расчет: 1 - J=1.855, 2 - J=1.350, 3 - 0.473, эксперимент: 4 - J=1.855, - J=1.350, 6 - 0.473.
В первом параграфе представлены исследования движителя типа ГВРК. Для расчета поворотной колонки на режимах близких к проектному может применяться метод, объединяющий: панельный метод расчета обтекания осесимметричных тел (гл. 2), упрощенный нелинейный метод расчета формы ПСВ (гл. 4) и метод несущей поверхности разработанный Л. А. Мухиной.
Алгоритм данного метода представляет собой процесс последовательных приближений, позволяющий учесть взаимодействие всех элементов движителя. Для расчета поворотной колонки в широком диапазоне режимов используется метод представленный в гл. 5.
Представленная группа методов позволяет решать задачи определения нагрузок в процессе реверсирования судна и расчет нагрузок на режиме представляющем наибольшую опасность с позиции обеспечения прочности лопастей ГВ. В результате решения первой задачи определяются силы и моменты действующие на ГВ и поворотной колонке в целом, необходимые для проведения расчета реверса судна, осуществляемого путем поворота колонки. Расчет реверса судна выполняется по методу, разработанному В. А.
Бушковским и А. В. Васильевым. Далее представленный метод применяется для расчета нагрузок на наиболее опасном режиме, определенном по результатам расчета реверса. Проведенные исследования показали, что в процессе реверсирования движитель работает в условиях существенно отличных от проектного режима работы. Нагрузки на лопасти ГВ и обусловленные ими напряжения в этом случае принципиально отличаются от аналогичных характеристик при традиционном реверсе. В настоящее время разработанная группа расчетных методов в комплексе с методом расчета X K реверса В. А. Бушковского и А. В. Васильева представляет основной инструмент обеспечения прочности ГВ в составе ГВРК.
Второй параграф посвящен расчетному исследованию особенностей работы движителя типа CRPOD, включающего передний ГВ на валу и задний в составе поворотной колонки. Метод основан на разработках представленных в гл. 3, а также частично в гл. 2 (метод расчета осесимметричных тел), гл. (форма ПСВ для пары ГВ) и в предшествующем параграфе данной главы.
Алгоритм расчета реализован в виде процесса последовательных приближений, в основе которого лежит итерационный метод расчета взаимодействия ЛС подробно рассмотренный в гл. 3.
С помощью разработанного расчетного метода проведено исследование поля скоростей в диске ГВ поворотной колонке. Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы: 1) поле скорости в диске заднего ГВ принципиально отличается от поля за кормовой оконечностью судна и в значительной степени определяется работой переднего ГВ (рис. 17), 2) поле скорости в диске заднего ГВ имеет нестационарный характер, обусловленный перемещающимися следами, простирающимися за лопастями переднего ГВ, 3) имеет место сильная неоднородность поля скорости по угловой координате, связанная с изменением нагрузки лопасти переднего ГВ за ее оборот (рис. 17), 4) поворот колонки приводит к принципиальному изменению поля скорости в диске ее ГВ (рис. 17).
а) б) в) z11,/R z/R0 z11,/R 1,1.0,1,1,0.1,1,0,0.8 1,0,0,0.0.6 0,9 1,0,0,0,0,0.0,0.0,1,-0,1,-0.-0,0,1,-1.0 -1,-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 -1,0 -0,5 0,0 0,y/R0 y11,01 -1,/R -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,y1/RРис. 17. Сопоставления полей скоростей: а) в диске переднего ГВ, б) в диске ГВ поворотной колонки, =0О, в) в диске ГВ поворотной колонки, =15О, RF - радиус переднего ГВ, RA - радиус заднего ГВ.
Выявленные особенности поведения скорости в диске ГВ поворотной колонки, позволили объяснить и численно оценить силовые характеристики движителя типа CRPOD. Основные результаты исследования силовых характеристик состоят в следующем: 1) работа ГВ в нестационарном поле скоростей приводит к изменению амплитуд и спектрального состава пульсаций сил на лопасти ГВ (рис. 18) и ГВ в целом, по сравнению с традиционным ГВ, 2) поворот колонки служит причиной резкого изменения как стационарных, так и нестационарных силовых характеристик. Это изменение зависит как от режима работы, так и от геометрических особенностей движительного комплекса, 3) Наличие неоднородности поля скорости приводит к несимметричности силовых характеристик при повороте на правый и левый борт (рис. 19). Указанные особенности были выявлены в ходе исследования движительного комплекса CRPOD, с помощью представленного расчетного метода и послужили важной информацией при проектировании движительных комплексов данного типа.
Расчетная оценка нестационарных характеристик ГВ, осуществляемая по данному методу, является неотъемлемым этапом, проектирования ГВ CRPOD.
Помимо комплекса CRPOD в этом же параграфе рассмотрена работа сосной пары ГВ за корпусом судна. Показано, что расчетный метод позволяет учесть влияние неоднородности потока на стационарные и нестационарные характеристики соосных ГВ. Сопоставление с экспериментальными данными подтверждает, что возникновение пульсаций сил и моментов на соосных ГВ происходит на частотах взаимодействия, определенных согласно (6).
Fj X 2 0123456 |A| Рис. 18. Изменение продольной силы на лопасти во времени 1 - одиночный ГВ, 2 - ГВ поворотной колонки,, =0О, 3 - ГВ поворотной колонки, =15О.
0,KT 0, Nonuiform 0, Uniform 0,KTY -0,KTZ -0,-30 -20 -10 0 10 20 Рис. 19. Несимметричность силовых характеристик ГВ, при правом и левом направлении поворота колонки. KTY - коэффициент вертикальной силы, KTZ - коэффициент горизонтальной силы.
В третьем параграфе представлен итерационный метод поверочного расчета движителей в насадке. Данный расчетный метод объединяет большую часть разработок, представленных в предшествующих главах. Для расчета обтекания насадки и ступицы ГВ используется метод расчета обтекания T TY TZ K, K, K осесимметричных тел (гл.2), для расчета обтекания стоек применяется панельный метод (гл.2), находят применение также методы расчета формы ПСВ, описанные в гл. 4, в качестве математической модели ГВ используется хорошо зарекомендовавший себя метод на базе теории несущей поверхности, разработанный В. Ф. Бавиным и Л. А. Мухиной. Приводятся сопоставления с экспериментальными данными.
Отдельно рассматривается работа ГВ-тандем в насадке. Показано, что характеристики этого движителя зависят от взаимного расположения передней и задней ЛС, как в продольном направлении, так и от угла поворота друг относительно друга.
Далее представлен метод расчета работы РК в длинной насадке. Этот метод основан на методе расчета обтекания решетки профилей, разработанном совместно с А. В. Васильевым. Сопоставление с экспериментальными данными подтверждает возможность применения этого метода для расчета работы РК в трубе. Разработанный метод позволяет рассматривать не только вращающиеся, но и неподвижные ЛС, располагающиеся перед или за РК.
Примером такой комбинации ЛС является осевой насос ОД-10, для которого получены расчетные оценки, хорошо согласующиеся с экспериментом (рис.
20).
K, K H Q 0.=0.KH 0.Q 0.расчет эксперимент 0.H СА KQ0.0.3 0.4 0.5 0.6 0.Рис. 20. Характеристики насоса ОД-10.
K = KT - напор насоса, KHCA - напор создаваемый спрямляющим аппаратом.
Н g В отдельном параграфе представлен поверочный расчет ГВ с помощью метода BEM, а также расчеты вызванных ГВ скоростей.
В главе седьмой представлена система методов для проектировочного расчета движительных комплексов, включающих в качестве составного элемента насадку. Методы проектировочного расчета движителей с поворотными колонками и соосными ГВ в данной работе не разрабатывались, поскольку на практике уже используются подобные методы, созданные под руководством А. Ш. Ачкинадзе. В то же время создание современных методов проектирования движителей в насадке остается актуальной задачей.
Первый параграф данной главы посвящен анализу принципов проектирования и оптимизации элементов движителей. На его основе делается вывод о необходимости развития методов прямой оптимизации ГВ и ЛС. Методы оптимизации вместе с рассмотренными в предыдущей главе методами поверочного расчета образуют единую систему позволяющую производить проектирование многокомпонентного движительного комплекса. В работе выделены основные этапы проектирования: 1) выбор базовых геометрических характеристик, 2) оптимизация геометрии лопастей ГВ или РК, 3) оптимизация неподвижных ЛС, 4) оптимизация формы различных элементов движителя (насадки, гондолы и т. д.), 5) поверочный расчет движительного комплекса, 6) анализ полученных результатов и в случае необходимости - повтор процесса проектирования, начиная с шага 2.
По завершении данного процесса получается оптимальный движительный комплекс, который может в дальнейшем совершенствоваться по результатам модельных испытаний.
В последующих параграфах данной главы рассматриваются методы выбора базовых геометрических характеристик движителей в насадке, оптимизации ЛС, оптимизации формы насадки и водозаборников. Кроме того, в состав данной системы включен метод проектировочного расчета ГВ А. Ш.
Ачкинадзе, который был адаптирован для оптимизации ГВ в насадке.
Второй параграф посвящен выбору базовых геометрических характеристик движителя в насадке. Для решения этой задачи на раннем этапе проектирования, когда геометрия лопастей неизвестна, разработан специальный расчетный метод. Этот метод основан на моделировании работы ГВ путем замены его диском стоков. Эта модель позволяет с хорошей точностью определить коэффициент засасывания и поле скоростей в диске ЛС, что подтверждено сопоставлением с экспериментальными данными. Для ряда типов движителей существуют эмпирические формулы определения этих коэффициентов, в работе находят применение формулы, полученные С.
П. Чекаловым.
Далее в данном параграфе приведены результаты расчетов КПД движителя (рис. 21), доли упора, реализующегося на насадке, амплитуд пульсаций нестационарных сил и минимальных чисел кавитации ГВ в зависимости от коэффициентов раствора и расширения насадки, а также ее относительной длины L/D. Этот расчет наглядно демонстрирует, возможность выбора наиболее удачной формы насадки, с помощью разработанного быстродействующего метода. За основу при этих расчетах была принята насадка из ОСТ 5.4129-75.
P/P0, /1, / P/P0 расчет P/P0 эксперимент 1,1,0, 0,80,91,01,11,21,Рис. 21. Зависимость КПД движителя и доли упора на насадке от коэффициента расширения насадки . Все величины отнесены к их значениям 0 и 0 при штатной величине =0.
В третьем параграфе представлен метод прямой оптимизации ЛС. Этот метод представляет собой метод нелинейной оптимизации с ограничениями для решения задачи следующего вида 1-(H(r), f (r)) min K (H(r), f (r), J0 )=KT T (H(r), f (r),r, J0 ) (8) H(r) > H (r) min 0 < f (r) fmax где H(r) и f(r) - искомые распределения шага и кривизны лопасти по радиусу, KT0 - заданная величина упора ЛС, 0 - требуемое минимальное значение числа кавитации.
Таким образом, ставится задача достижения оптимума по КПД. Первое из ограничений обеспечивает достижение заданного упора, второе ограничение - гарантирует требуемые кавитационные характеристики, а остальные ограничения обеспечивают корректную форму лопастей. Решение этой задачи ищется в виде линейной комбинации базисных функций, что позволяет свести задачу к отысканию конечного числа коэффициентов при этих функциях. Для решения задачи (8) используются стандартные методы математического программирования. Данный метод реализован для одиночной ЛС и для комплекса вращающейся и неподвижной ЛС, взаимодействующих между собой. В качестве примера рассмотрена оптимизация РК осевого насоса.
В четвертом параграфе представлены методы оптимизации водозаборников различных типов. Задача оптимизации в данном случае относится к группе обратных краевых задач. В работе рассмотрено решение такой задачи для носовой части кольцевого крыла и приведен пример, демонстрирующий существенное улучшение характеристик. Помимо кольцевого крыла рассмотрен водозаборник в виде узкой поперечной щели, течение в котором может в первом приближении считаться плоским.
Отрыв потока внутри насадки 3 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1) В результате разработки методологии проектирования развиты и уточнены следующие разделы теории судовых движителей:
Х Разработаны теоретические положения методов расчета обтекания тел на основе решения граничного интегрального уравнения Фредгольма 2-го рода, использующих специальные законы распределения искомых интенсивностей особенностей. Подобные методы носят название методов высокого порядка, и несмотря на свою эффективность и точность, редко встречаются в отечественной практике. В работе представлены два подобных метода: метод расчета обтекания произвольных 3-х мерных тел, используемый для расчета обтекания систем крыльев и специализированный метод расчета обтекания системы осесимметричных тел и кольцевых крыльев неоднородным и нестационарным потоком. Метод обтекания 3-х мерных тел построен на основе метода Галеркина, в этом случае удается избежать ряда трудностей связанных с нелинейностью метода и учитывать в расчете реальную форму обтекаемого тела без каких либо аппроксимаций.
Х Разработана упрощенная полуэмпирическая теория отрывного обтекания лопастей ГВ на непроектных режимах его эксплуатации основанная на модифицированной формуле Рэлея. На основе этой теории разработан расчетный метод, позволяющий с достаточной точностью оценивать силовые характеристики движителей в широком диапазоне режимов работы и углов скоса потока, существенно отличных от проектного.
Х Доказана необходимость учета нелинейной формы ПСВ при работе ЛС в составе движительного комплекса. Разработанные расчетные методы позволяют определять форму ПСВ с учетом эффекта сворачивания.
Сопоставление с экспериментом показало детальное согласование с экспериментальными данными, учитывающее сворачивание ПСВ.
Х Развита теория нестационарного взаимодействия нескольких лопастных систем между собой. В результате получены общие соотношения для частот пульсаций сил на паре произвольно расположенных гидродинамически взаимодействующих между собой ЛС в условиях неоднородного набегающего потока. Эти соотношения обобщают известные ранее соотношения Страсберга и Бреслина выведенные для случая соосных ГВ в однородном потоке и соотношениями известными из теории турбомашин для взаимодействия подвижной и неподвижной соосных ЛС. Теоретические соотношения выведенные автором для частот пульсаций сил и моментов, дополнены и подкреплены численным методом, позволяющим определить амплитуды этих пульсаций.
2) В результате проведенных исследований выявлены новые явления и факты. В частности установлены законы пульсаций сил на ЛС, происходящих в условиях взаимодействия нескольких ЛС между собой. В ходе исследования движителя CRPOD выявлено 1) что поворот колонки в составе движителя CRPOD приводит к характерному изменению поля скорости в ее диске, отличающемуся повышенной степенью неоднородности потока, 2) силовые характеристики колонки могут существенно различаться при ее повороте на правый и левый борт, 3) Пульсации сил на ГВ поворотной колонки резко усиливаются при ее повороте. Причем наиболее сильно возрастают пульсации на специфических частотах взаимодействия, не характерных для одиночных ГВ. 4) Поворот колонки приводит к существенному росту поперечных сил и моментов. Установлено, что работа поворотной колонки при больших углах атаки приводит к возникновению на колонке и ГВ значительных нагрузок, которые могут являться определяющими с точки зрения прочности ГВ. Экспериментально установлены и получены расчетным путем эффекты деформации ПСВ, происходящие в результате ее взаимодействия с гондолой и стойкой поворотной колонки, задним ГВ соосной пары и движителя CRPOD.
3) Создана методология компьютерного проектирования сложных движительных комплексов современных кораблей и судов. Разработанная методология основана на теоретических, численных и экспериментальных исследованиях, что позволило всесторонне обосновать, проверить и оттестировать входящие в нее новые расчетные методы и математические модели. К числу наиболее важных элементов данной методологии относятся:
1) группа специализированных методов граничных интегральных уравнений высокого порядка, обеспечивающих высокую точность расчета обтекания лопастей и осесимметричных тел потоком идеальной жидкости при малом числе площадок, 2) группа методов расчета формы вихревых пелен за лопастями ГВ, работающего в составе движительного комплекса, учитывающая нелинейные эффекты развития ПСВ, 3) полуэмпирический способ способы оценки характеристик ГВ и элементов движительных комплексов на непроектных режимах работы, а также принципы учета взаимодействия элементов движителя, включающие 1) использование принципа последовательных приближений, 2) учет взаимного влияния элементов движителя через поля вызванных ими скоростей, 3) теорию нестационарного взаимодействия лопастных систем. Практическое значение представленной методологии определяется возможностью проведении поверочного и проектировочного расчета движителей. В ходе поверочного расчета определяются пропульсивные характеристики движителя, дается оценка нагрузок на лопастях, действующих на них нестационарных сил и определяются характеристики движителя на непроектных режимах эксплуатации. Проектировочный расчет включает прямую или традиционную оптимизацию лопастных систем, выбор предварительной геометрии и оптимизацию формы неподвижных элементов движителя. В отличие от традиционных методик проектирования отдельных типов движителей, разработанная компьютерная методология обеспечивает проектирование широкого спектра типов движительных комплексов, применяемых на современных кораблях и судах.
4) Разработанная методология реализована в виде библиотеки взаимосвязанных программ. В результате разработчики движителей получили эффективный инструмент, обеспечивающий решение задач, возникающих при проектировании многокомпонентных движительных комплексов. Библиотека построена на основе принципов объектноориентированного программирования. Разработка единой системы программ позволила: сократить время на создание новых методов, сосредоточить усилия на решении новых задач, оперативно учитывать особенности компоновки движителей, использовать программные продукты разных разработчиков. В настоящее время разработаны комплексы программ для проектирования движителей типа: ГВРК, движителей с соосными ГВ и движителей в насадках. Однако принципы построения системы расчетных методов и реализующих их компьютерных программ позволяют эффективно модернизировать и настраивать ее под новые практические задачи.
5) Разработанная методология, была реализована в виде комплекса компьютерных программ, которые позволяют успешно решать следующие практические задачи.
Х Определение силовых характеристик поворотных колонок при произвольном угле поворота, и определение на основе этих данных реверсивных характеристик судна и прочности лопастей ГВ в процессе реверса, выработка требований к режиму реверсирования из условия обеспечения требований прочности.
Х Расчет нестационарных сил и моментов, действующих на соосных ГВ, работающих в неоднородном потоке за корпусом судна.
Х Определение нестационарных сил и моментов, действующих на ГВ комплекса CRPOD при различных углах поворота колонки. Выработка практических рекомендаций по проектированию движителя с целью снижения амплитуд пульсаций сил.
Х Расчет сил и моментов, действующих на ГВ и ГВ-тандем в насадке.
Определение нагрузок на лопастях этих движителей и оценка их прочности. Выработку рекомендаций по обеспечению заданных виброакустических и прочностных характеристик движителей.
Х Оптимизация элементов движителя в насадке включая подвижные и неподвижные ЛС, форму и профилировку насадки.
6) Решение задач проектирования обеспечило научное сопровождение проектирования ГВ поставляемых отечественной промышленностью на экспорт.
7) Разработанное программное обеспечение позволило создать современные методологии проектирования ряда движительных комплексов в интересах обороноспособности страны.
СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Амромин Э.Л., Бушковский В.А., Яковлев А.Ю. О предельных возможностях снижения сопротивления воды движению тел // Журнал технической физики, т.66, в. 5, 1996, с. 172 - 176.
2. Яковлев А. Ю. Метод расчета течения жидкости в водозаборнике // Депонирована в ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, № ДР 3639, 1997, 20 стр 3. Бушковский В.А., Яковлев А.Ю. Метод расчета кольцевого крыла в неоднородном потоке // Тезисы докладов научно-технической конференции УПроблемы мореходных качеств судов и корабельной гидромеханикиФ (XXXVIII Крыловские чтения 1997 г.).) / НТОC им.
акад. А.Н.Крылова., С.-Пб., 1997, с.66-67.
4. Бушковский В.А., Яковлев А.Ю. Расчетное определение гидродинамических характеристик движительного комплекса Увинт в насадкеФ // Вторая международная конференция по судостроению (ISCТ98). том В. - 1998.
5. Бушковский В.А., Яковлев АЮ. Приближенный метод расчета кривых действия для винта в насадке // В сборнике докладов представленных на семинаре ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, СПбГМТУ и НТО им. акад.
А.Н.Крылова для молодых специалистов, аспирантов и студентов, вып.1, С.-Пб., 1998, с.33-48.
6. Яковлев А.Ю. Определение пропульсивных характеристик движительного комплекса ГВ в насадке, с использованием модели идеального движителя // В сборнике докладов представленных на семинаре ЦНИИ им. акад.
А.Н.Крылова, СПбГМТУ и НТО им. акад. А.Н.Крылова для молодых специалистов, аспирантов и студентов, вып.1, С.-Пб., 1998, с.17-32.
7. Moukhina L. A., Yakovlev A. Yu. Calculation of forces on propeller at vessel manoeuvring // NSNТ2001 Proceedings, S.-Petersburg, Russia, 2001, pp.70-77.
(Мухина Л. А., Яковлев А. Ю. Расчет сил, действующих на гребном винте при маневрировании судна).
8. Васильев А. В., Яковлев А. Ю. Расчетный метод оценки гидродинамических характеристик осевых насосов // Тезисы докладов XL Крыловских чтений, 2001.
9. Яковлев А. Ю. Численное моделирование нестационарного взаимодействия соосных гребных винтов // Тезисы докладов конференции Моринтех-юниор 2002, С.-Петербург, 17 -18 октября 2002 г., с. 60.
10. Bushkovsky V.A., Moukhina L.A., Yakovlev A.Yu. Evaluation of duct shape influence on hydrodynamic characteristics // ISCТ2002 Proceedings, S.-Petersburg, Russia, pp.145-152. (Бушковский В. А., Мухина Л. А., Яковлев А. Ю. Оценка влияния формы насадки на гидродинамические характеристики) 11. Moukhina L. A., Yakovlev A. Yu. Computation of counter-rotating propellers steady and unsteady characteristics // ISCТ2002 Proceedings, S.-Petersburg, Russia, 2002, pp.137-144. (Мухина Л. А., Яковлев А. Ю. Расчет стационарных и нестационарных характеристик гребных винтов противоположного вращения).
12. Яковлев А. Ю. О частотах пульсаций сил на взаимодействующих гребных винтах // Морской Вестник, № 4 (8), 2003, с. 69-74.
13. Бушковский В. А., Мухина Л. А., Яковлев А. Ю. Расчет гидродинамических характеристик пары несоосно расположенных гребных винтов // Тезисы докладов XLI Крыловских чтений, 2003.
14. Бушковский В. А., Яковлев А. Ю. Применение метода граничных элементов для расчета обтекания насадки гребного винта // Тезисы докл.
Международн науч. конф. 3-и Поляховские чтения, С.-Пб., 2003.
15. Bushkovsky V.A., Moukhina L.A., Yakovlev A.Yu. Calculation of propellers interaction in contra-rotating concept // Proceedings of NSNТ2003, SaintPetersburg, Russia, 2003, pp.276-283. (Бушковский В. А., Мухина Л. А., Яковлев А. Ю. Расчет взаимодействия гребных винтов, работающих в составе соосного движительного комплекса) 16. Bushkovsky V.A., Frolova I.G., Kaprantsev S.V., Pustoshny A.V., Vasiljev A.V., Jakovlev A.J., T.Veikonheimo, On the design a shafted propeller plus electric thruster contra-rotating propulsion complex // Proceedings First International Conference on Technological Advances in Podded Propulsion (TPOD), Ньюкасл, Великобритания, 14-16 апреля 2004, c.247-261.
(Бушковский В. А., Фролова И. Г., Капранцев С. В., Пустошный А. В., Васильев А. В., Яковлев А. Ю., Вейконхеймо Т. Разработка движительного комплекса противоположного вращения, состоящего из гребного винта на валу и поворотной колонки) 17. Boushkovsky V.A., Moukhina L.A., Yakovlev A.Yu. Computation of propeller wake on poded propulsors of fast ships // Proceedings of the 8th International Conference on Fast Sea Transportation, Saint-Petersburg, Russia, 27-30 June, 2005. (Бушковский В. А., Мухина Л. А., Яковлев А. Ю. Расчет следа за гребным винтом, работающим в составе поворотной колонки быстроходного судна) 18. Яковлев А.Ю. Исследование нестационарного гидродинамического взаимодействия лопастных систем движительных комплексов современных судов // Наука и технологии труды XXV Российской школы и XXXV Уральского семинара, посвященных 60-летию победы, Москва, РАН, 2005, с.144-154.
19. Бушковский В.А., Мухина Л.А., Яковлев А.Ю. Расчет лопастных систем типа тандем в составе различных движительных комплексов // Труды Военно-морского инженерного института / Материалы научнотехнической конференции, посвященной 95-летию со дня рождения А.Н.Патрашева, 30 ноября - 1 декабря 2005 г., С.-Пб., ВМИИ, 2005, с. - 37.
20. Мухина Л.А., Яковлев А.Ю. Применение теории вихревой поверхности к расчету поля скорости и формы вихревых пелен за работающим гребным винтом // Четвертые Поляховские чтения. Избранные труды, С.-Пб., 2006, с.384-393.
21. Яковлев А. Ю. Новый метод граничных интегральных уравнений для расчета обтекания элементов движителей//Тезисы докладов научнотехнической конференции XLII Крыловские чтения, С-Пб,2006,с.28Ц30.
22. Яковлев А. Ю., Мореншильдт К. В. Экспериментальное исследование формы концевых вихрей за лопастями гребных винтов движительных комплексов // Тезисы докладов научно-технической конференции XLII Крыловские чтения, С.-Пб., 2006, с. 34 - 36.
23. Яковлев А. Ю. Разработка модифицированного метода граничных уравнений для расчета судовых движителей // Механика и процессы управления. Труды РАН. УрО РАН. Том 1. Труды XXXVI Уральского семинара, Екатеринбург: УрО РАН, 2006, с. 85 - 98.
24. Яковлев А. Ю. Метод граничных интегральных уравнений высокого порядка для расчета обтекания элементов движителей // Труды ЦНИИ им.
акад. А. Н. Крылова, вып. 31 (315), 2007, с. 42 - 54.
25. Яковлев А. Ю. Расчет изменения формы вихревых пелен в следе гребного винта //Труды ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, вып. 31(315), 2007, с.55-68.
26. Moukhina L. A., Yakovlev A. Yu. Optimization of components for propulsion system // Proceedings of NSN-2007, 26 - 29 June 2007, St. Petersburg, Russia, Paper sA-23. (Мухина Л. А., Яковлев А. Ю. Оптимизация компонентов пропульсивной системы).
27. Яковлев А. Ю., Коваль А. А., Маринич Н. В. Расчет гидродинамических характеристик тянущей винторулевой колонки // Тезисы докладов.
Всероссийский семинар по аэрогидродинамике, посвященный 90-летию со дня рождения С. В. Валландера, 5 - 7 февраля 2008 г., С.-Пб., СПбГУ.
28. Яковлев А. Ю. Расчет стационарных гидродинамических характеристик тянущей винторулевой колонки // Труды ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, вып. 35(320), 2008, с.96-110.
29. Яковлев А. Ю. Проектировочный расчет лопастных систем путем прямой оптимизации // Труды ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, вып. 35(320), 2008, с.111-121.
30. Яковлев А. Ю. Метод расчета и численное исследование движителей с гребными винтами противоположного вращения // Судостроение, № 2, 2008.
31. Бушковский В. А., Яковлев А. Ю. Метод граничных элементов для расчета обтекания тел, имеющих осевую симметрию // Труды ЦНИИ им.
акад. А. Н. Крылова, вып. 36(321), 2008, с.187-200.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям