Разработка математических моделей скоростных катамаранов с гидродинамической разгрузкой

• Автор: Нестерова, Анна Васильевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 235 с. : ил.

Принятые обозначения м сокращения
1. Обоснование проблемы
2. Цели и содержание работы
Глава 1. Конструктивные и гидродинамические особенности КГР
1.1 История создания
1.2 Гидродинамические особенности гибридных катамаранов
1.3 Основные конструктивные особенности корпусов и
подводных крыльев КГР
1.4 Экономическая эффективность КГР
1.5 Обзор существующих КГР. Использование подводных крыльев в составе гидродинамических систем стабилизации движения
1.6 Достоинства и недостатки КГР
Глава 2. Обзор теоретических и экспериментальных методов
исследования гидродинамики КГР
2.1 Аналитические и приближенные решения для
традиционных катамаранов
2.2 Экспериментальные исследования гидродинамики КГР
2.3 Приближенные теории для расчета гидродинамики КГР
2.4 Обзор численных методов для расчета гидродинамики КГР ■2.4.1 Особенности численного моделирования
гидродинамики КГР в зависимости от скорости
движения
2.4.2 Обзор численных методов, основанных на потенциальной теории волн
2.4.3 Моделирование течения за транцевой кормой быстроходных судов
2.4.4 Программные комплексы для расчета ГДХ
полуводоизмещающих катамаранов
2.4.5 Сравнение линейных и нелинейных панельных методов, теории тонкого судна для расчета полуводоизмещающих катамаранов
2.4.6 Методы расчета подводных крыльев вблизи свободной поверхности. Исследование взаимодействия несущих элементов крыльевых
систем
2.4.7 Методы расчета глиссирования
2.4.8 Заключение
Глава 3. Основы численного метода расчета гидродинамических
характеристик |КГР
3.1 Введение
3.2 Постановка задачи
3.3 Расчет несущей поверхности и ее следа с помощью МДВ
3.4 МДВ для моделирования волновых движений, вызванных подводным крылом, не пересекающим
свободную поверхность
3.4.1 Свойства вихревого слоя
3.4.2 Вывод динамического граничного условия на
свободной поверхности
3.4.3 Кинематическое граничное условие на свободной поверхности. Определение ординат волновой
поверхности
3.4.4 Панелизация свободной поверхности.
Определение циркуляций
3.4.5 Итоговый алгоритм
3.5 Применение МДВ для расчета глиссирования при больших числах Фруда
3.5.1 Метод аналогии с крылом

3.5.2 Определение смоченной поверхности
3.6 Определение гидродинамических и гидростатических сил
3.7 Математическая модель расчета ГДХ тела,
пересекающего свободную поверхность
3.7.1 Численное представление свободной поверхности
и пересекающего ее корпуса
3.7.2 Определение циркуляций на свободной поверхности
3.7.3 Итоговый алгоритм
3.8 Некоторые проблемы МДВ
3.9 Выбор математической модели для расчета КГР
в зависимости от режима движения
Глава 4. Примеры численного моделирования гидродинамики КГР
4.1 Методические исследования математической модели расчета подводного крыла
4.1.1 Влияние числа панелей по хорде и размаху подводного крыла на сходимость его ГДХ при
больших числах Фруда
4.1.2 Влияние закона панелизации подводного крыла на сходимость его ГДХ
4.1.3 Влияние числа панелей на свободной поверхности
на сходимость ГДХ подводного крыла
4.1.4 Исследование сходимости формы свободной поверхности в зависимости от способа
панелизации численной волновой области
4.2 Тестирование математической модели расчета
глиссирования при больших числах Фруда
4.3 Методические исследования математических моделей расчета катамарана с системой подводных крыльев типа тандем при больших числах Фруда
4.3.1 Сущность четырех шаговой процедуры решения задачи

однокорпусного судна равного водоизмещения. Это существенное достоинство

катамаранов обусловлено следующими факторами.
Как показано в исследованиях [10], [37] снижению волнообразования быстроходного судна способствуют увеличение относительного удлинения и уменьшение водоизмещения. При переходе от однокорпусного судна к катамарану равного водоизмещения водоизмещение каждого отдельно, взятого корпуса значительно уменьшается, а относительное удлинение каждого корпуса существенно увеличивается.
Помимо определенной геометрии корпусов снижение волнообразования катамарана обусловлено также следующим, установленным в работе [38] фактом. На мелководье основная часть генерируемых корпусами катамарана волн — это короткие крутые (близкие к предельной волне Стокса) волны, которые разрушаются гораздо быстрее, чем генерируемые аналогичным однокорпусным судном длинные пологие волны.
Несмотря на то, что волнообразование катамаранов сравнительно мало, необходимо дальнейшее уменьшение их волнообразования. Снижению волнообразования катамарана способствуют, прежде всего, увеличение* относительного удлинения корпусов, а также, в меньшей степени, уменьшение отношения ширины корпуса к осадке, увеличение расстояния между корпусами. Размерения? быстроходных катамаранов на сегодняшний день достигли оптимальных с точки зрения конструктивных требований значений, дальнейшее их изменение не принесет полезного эффекта: Это обстоятельство заставляет искать новые технологии уменьшения высоты волн в следе быстроходных судов.
Оказалось, что эффективным и перспективным способом снижения волнообразования и высоты волн в следе быстроходных катамаранов является использование подводных .крыльев, частично приподнимающих корпуса над поверхностью воды, т. к.