- необходимостью оценки ходкости ГС с новыми перспективными обводами без привлечения дорогостоящих модельных экспериментов;
- необходимостью совершенствования методики расчета динамики процесса глиссирования;
- отсутствием систематических данных по оценке эффективности применения специальных вспомогательных элементов (интерцепторов, транцевых плит и др.), способствующих повышению ходовых и маневренных характеристик ГС.
Связь работы с научными программами, планами, темами Диссертационная работа включает в себя результаты исследований, полученные автором при выполнении прикладных научно-исследовательских работ, связанных с совершенствованием системы экспертной оценки ходкости ГС в соответствии с Указом Президента Украины г. “О мерах по обеспечению развития Украины как морской державы” и постановлением Государственного совета Вьетнама “Развитие океанской экономики и судостроения Вьетнама” № 09/NQ-TW от 01.01.2001 г. в рамках научно-исследовательской темы № 000 кафедры гидромеханики Национального университета кораблестроения им. адм. Макарова “Гидродинамическое совершенствование средств освоения океана”.
Цель и задачи исследования
Целью диссертационной работы является совершенствование системы экспертной оценки ходкости ГС за счет повышения точности методов расчета сопротивления воды движению ГС с различными формами обводов.
Для достижения намеченной цели исследования поставлены и решены следующие задачи:
1. Выполнен анализ основных направлений повышения ходовых и маневренных характеристик ГС и оценки эффективности вспомогательных элементов размещаемых на корпусе ГС;
2. Осуществлена постановка общей задачи о движении ГС по свободной поверхности жидкости, в которой реализуется принцип совместного решения уравнений гидродинамики и движения судна как твердого тела;
3. Разработан метод множественной оценки характеристик ходкости ГС;
4. Разработан метод определения ходовых характеристик несерийных безреданных ГС с перспективными формами обводов водоизмещением до 40,0 тонн на основе использования CFD-технологий;
5. Разработано и включено в систему программное обеспечение для реализации экспресс-оценки ходкости ГС с серийными обводами;
6. Выполнена верификация разработанных методов по данным буксировочных испытаний модели 4666 из серии DTMB №62;
7. При помощи разработанных методов проведено численное моделирование процесса глиссирования судов: определена оптимальная высота интерцептора для модели 4666, исследовано влияние центровки для катера MKV Patrol boat, выполнен расчет гидродинамических и кинематических характеристик процесса глиссирования саней Фокса, иследованы ходовые характеристики проекта 1100 “Marlin”.
Объектом исследования является система экспертной оценки ходкости ГС.
Предметами исследования являются методы экпресс-оценки ходкости ГС с серийными формами обводов на начальных стадиях проектирования, метод оценки ходкости и параметров посадки несерийных безреданных ГС с перспективными формами обводов водоизмещением до 40,0 тонн, а также метод оценки эффективности применения вспомогательных элементов способствующих повышению ходовых и маневренных характеристик ГС.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертации используются основные методы механики и гидроаэродинамики твердого тела, вычислительной гидродинамики, статистической обработки данных, математического и компьютерного моделирования, теория дифференциальных и интегральных уравнений, теория ошибок, а также программные комплексы SolidWorks, FlowVision, FreeShip+, Microsoft Visual Studio, Compaq Visual Fortran, Advanced Grapher, Grafula.
Научная новизна полученных результатов
1. На основании разработанной математической модели движении ГС по свободной поверхности жидкости с использованием CFD-пакета FlowVision впервые получены зависимости ходовых характеристик несерийных безреданных ГС водоизмещением до 40,0 тонн от скорости его движения. Отклонение получаемых данных от результатов опытого бассейна не превышает 10%.
2. Усовершенствована система оценки ходкости ГС на ранних стадиях проектирования за счет расширения базы знаний судов с серийными обводами, что способствует уменьшению погрешности экспресс-оценок с обычных 15…20% до регламентируемых 5%.
3. Получила дальнейшее развитие теория моделирования движения ГС по свободной поверхности, в которой реализуется принцип совместного решения уравнений гидродинамики и движения судна как твердого тела, что позволяет повысить достоверность получаемых данных и осуществить численные исследования устойчивости процесса глиссирования.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается тщательным анализом научных работ в данной области, а также многократным сопоставлением полученных результатов с данными буксировочных испытаний и проверкой результатов в практике модернизации проекта 1100 "Marlin" в ФСК "Море".
Наиболее эффективно полученные научные результаты в виде разработанных модулей программного комплекса FREE! ship Plus и методики использования универсального CFD-пакета FlowVision могут быть использованы в проектно-конструкторских, производственных и учебных организациях судостроительной отрасли народного хозяйства.
Научное значение работы заключается в дальнейшем развитии теории моделирования движения ГС по свободной поверхности жидкости.
Практическое значение полученных результатов
- на основе усовершенствованной теории моделирования движения ГС разработана эффективная методика решения задач динамики ГС в программном комплексе FlowVision. Эта методика позволяет производить многопараметрический анализ вариантов проектируемого судна различной формы, осуществлять оценку ходовых характеристик существующих проектов с целью их модернизации или установки вспомогательных элементов, размещаемых на корпусе ГС;
- результаты исследования по оптимизации параметров моделирования позволяют сократить время расчета характеристик ходкости ГС на основе использования CFD-технологий для одной его скорости движения с нескольких месяцев до 3 суток, тем самым на порядок снизить стоимость исследования;
- расширена возможность CAE системы FREE! ship Plus за счет увеличения количества расчетных методов экспресс-анализа ходовых характеристик ГС. Разработанный комплекс прикладных программ, реализующий весьма громоздкие схемы Клемента-Поупа и Клемента-Блаунта позволяет производить качественный анализ характеристик ходкости ГС этих серий на начальных стадиях его проектирования;
– разработанная методика моделирования процесса глиссирования в программном комплексе FlowVision и комплекс прикладных программ в программном комплексе FREE! ship Plus способствуют существенному улучшению существующей системы экспертной оценки ходкости ГС;
Результаты расчетов, выполненных с помощью комплекса программ, могут быть использованы в проектно-конструкторских, в научно-исследовательских организациях, а также в учебном процессе для обоснования выбора проектных характеристик ГС и выбора наиболее эффективных вариантов перспективных ГС.
Личный вклад автора
Диссертационная работа является законченным комплексным исследованием. Все теоретические и практические результаты диссертации были получены соискателем лично.
Личный вклад соискателя в научных трудах, которые опубликованы в соавторе: [45] – Анализ инженерных методик вычисления сопротивления воды движению ГС, обработка обширных графических материалов, разработаны программы на Фортране для автоматически вычисления сопротивления ГС по методу Клемента – Поупа и Клемента – Блаунта, выполнен расчет сопротивления ГС с помощью разработанных программ; [77] – Анализ применяемых методов расчета сопротивления и мощности для наиболее характерных типов ГС, выполнен расчет сопротивления и оптимизация положения центра тяжести для типичного типа корпуса. [43] – Разработана методика моделирования процесса глиссирования в программном комплексе FlowVision, выполнен расчет по тестированию разработанной методики. [44] – Анализ применяемых методов расчета сопротивления глиссирующих судов. Описаны преимущества CFD-технологий в целом и программного комплекса FlowVision в частности.
Апробация результатов диссертации
Результаты диссертации докладывались:
- на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, посвященной 90–летию Национального университета кораблестроения им. адмирала Макарова – 03/2010, Николаев;
- на Всеукраинской конференции молодых ученых и студентов “Проектування та технологія побудови суден та засобів океанотехніки”. 5/2011, Николаев;
- на второй международной научно-технической конференции “Інновації в суднобудуванні та океанотехніці”. 10/2011, Николаев;
- на семинаре Института Гидромеханики НАН Украины. 12/2011, Киев;
- на международных форумах “Инженерные системы-2012, 2013”. 4/2012, 4/2013, Москва;
- на Всеукраинской НТК с международным участием “Современные технологии проектирования, постройки, эксплуатации и ремонта судов, морских технических средств и инженерных сооружений”. 5/2013, Николаев.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, среди них 5 работ в сборниках научных трудов НУК-издании, рекомендуемых Перечнем ДАК МОН Украины (4 из них соавтором, доля автора в среднем 70%) и 4 тезиса на конференциях.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка литературных источников и 3 приложений. Диссертация содержит 139 страниц основного материала, 79 рисунков, 1 таблицу, 113 наименований литературных источников. Объем приложений 84 страниц.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе на основании выполненных исследований решена актуальная прикладная научная задача – совершенствование системы экспертной оценки ходкости ГС путем повышения точности методов расчета сопротивления воды движению ГС с различными формами обводов. Главными научными и практическими результатами диссертационной работы являются:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
Основные порталы (построено редакторами)