Презентація на тему:
Модель занурення шпангоута

Мета роботи – визначення гідродинамічних навантажень при зануренні плоскокілюватих шпангоутів технічних засобів, що взаємодіють із вільною поверхнею рідини. Об'єкт дослідження – процес занурення тіл у рідину. Метод дослідження – математичне моделювання гідродинаміки занурених тіл із використанням обчислювального експерименту як програмної реалізації математичних моделей, побудованих на основі методу граничних інтегральних рівнянь та технології дискретних вихорів. Дослідження гідродинамічних навантажень при зануренні плоскокилюватих шпангоутів Науковий керівник Майборода О.М., д.т.н., професор Державний реєстраційний номер 0109U002727

Взаємодія з вільною поверхнею рідини високошвидкісних суден та літаків водного базування містить складову вертикального занурення окремих частин корпусів, що спричиняє найбільші гідродинамічні навантаження. Особливо небезпечним є занурення частин корпусів із плоскокілюватою формою шпангоутів, що є найбільш поширеною саме для високошвидкісних технічних засобів. Зокрема таким є напівглисуючий корпус корабля класу корвет, що має бути побудований в Україні.

Впровадження запропонованого методу розрахунку гідродинамічних навантажень є необхідним для: забезпечення міцності конструкції та вірогідної оцінки пропульсивних і маневрених характеристик відповідних зразків техніки; зменшення витрат на їхнє виробництво, випробування та модернізацію; підвищення надійності та безпеки їхньої експлуатації із відповідним зменшенням шкідливих наслідків для зовнішнього середовища.

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ЗАНУРЕННЯ ШПАНГОУТА Вперше побудовано нелінійну нестаціонарну математичну модель гідродинаміки для твердого контуру, що занурюється зі скінченними числами Фруда у вагому нестисливу рідину. На відміну від відомих вітчизняних та зарубіжних аналогів, модель дозволяє враховувати вагомість рідини, довільний закон руху та геометрії контуру, вплив бризкових струменів, збурення вільної поверхні рідини та зміну геометрії змоченої частини контуру під час руху.

Побудовано нелінійну систему інтегральних рівнянь для визначення щільності шарів і форми вільної поверхні

В результаті обчислювального експерименту вперше отримано систематичні дані щодо розподілених і сумарних гідродинамічних навантажень на плоскокілюватих суднових шпангоутах, що занурюються без замива скул (на неповній ширині), в діапазоні кутів кілюватості 5…80 град, що відповідає геометрії суднових корпусів

При середніх значеннях кутів кілюватості 30 і 45 град помітно збільшується навантаження поблизу кільової точки за рахунок відносного зменшення швидкості розширення змоченої поверхні шпангоута Практично граничне загострення шпангоута призводить до значного зменшення тиску, і гідродинамічне навантаження фактично визначається ефектом розширення змоченої поверхні Із подальшим збільшенням кута кілюватості зростаюче загострення шпангоута відносно зменшує коефіцієнти тиску поблизу кільової точки попри відповідне зменшення швидкості розширення змоченої поверхні шпангоута

Побудована в даній роботі модель гідродинаміки занурення вільна від обмежень відомих наближених підходів і відображує фізичний механізм і основні характеристики розглядуваного явища. У порівнянні з відомими даними інших авторів представлені результати розрахунку коефіцієнта сумарного гідродинамічного навантаження, що отримані запропонованим методом для занурених шпангоутів у повному діапазоні кутів кілюватості. Класичний результат Вагнера [1] відповідає апроксимаційній формулі для малих кутів кілюватості, яка побудована на аналогії занурення клину з вертикальним ударом по плавальній розширюваній пластинці. Дані Пірсона [6] основані на уточненні теорії Вагнера. Зао и Фальтинсен [22] використали метод зрошуваних асимптотичних розкладів. Всі названі автори розглядали занурення клину в невагому рідину в діапазоні кутів кілюватості від 10º до 55º.

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ КОРАБЕЛЬНИХ ХВИЛЬ Вперше запропоновано математичну модель вимушених нелінійних поверхневих хвиль зі скінченними числами Фруда, що є основою для дослідження узагальненої постановки задачі взаємодії тіла із вільною поверхнею рідини. Модель дозволяє розглядати можливі зони так званої позамежної нелінійності вільної поверхні (загострення та обрушування гребенів хвиль, бризкоутворення, вершини вільних струменів тощо).

Відмінні риси і перевага отриманих результатів (продукції) над вітчизняними або зарубіжними аналогами чи прототипами Розроблена математична модель вимушених поверхневих хвиль на відміну від відомих вітчизняних та зарубіжних аналогів дозволяє: Досліджувати механізм утворення хвиль довільної амплітуди (нелінійні хвилі) при довільних числах Фруда руху джерела збурення. Враховувати зони так званої позамежної нелінійності вільної поверхні (загострення та обрушування гребенів хвиль, бризкоутворення, вершини вільних струменів тощо). Сумісне застосування із гідродинамічною моделлю тіла, що перетинає вільну поверхню, для розрахунку гідродинамічних навантажень тіла. Розраховувати вплив нелінійних хвиль на тіло, що перетинає вільну поверхню. Розроблена математична модель гідродинаміки для твердого контуру, що занурюється у нестисливу рідину, на відміну від відомих вітчизняних та зарубіжних аналогів дозволяє враховувати: вагомість рідини, тобто скінченність чисел Фруда руху контуру; довільний закон руху та геометрії контуру, у тому числі і деформованого; вплив бризкових струменів і збурення вільної поверхні рідини; зміну геометрії змоченої частини контуру під час руху; наявність початкової неоднорідності поля швидкостей рідини.

1. 2. 3. 4.

Практична цінність результатів та продукції Результати НДР в цілому можуть бути використані у практиці дослідних і проектних установ у галузі суднобудування і літакобудування для визначення і дослідження гідродинамічних навантажень високошвидкісних суден, літаків водного базування та інших технічних засобів, що є передумовою для оцінки пропульсивних і маневрених характеристик, а також забезпечення міцності конструкції, надійності та безпеки експлуатації відповідних зразків техніки. Подальші роботи у розглядуваному напрямку доцільно зорієнтувати на дослідження гідродинаміки більш складного занурення шпангоутів із замиванням скул, коли утворюються бризкові струмені і, як показує експеримент, гідродинамичне навантаження раптово зменшується.