Метод расчета нагрузок, определяющих прочность скоростных судов с крыльями-стабилизаторами качки

• Автор: Ишков, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 199 с. : ил. + Прил. ( 145 с. : ил. )

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

1 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОДОЛЬНОЙ И БОРТОВОЙ

КАЧКИ СУДОВ ПЕРЕХОДНОГО РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ

1.1 Введение

1.2 Силы и моменты, действующие на судно при качке на волнении

1.3 Основные режимы движения судна и их особенности

1.4 Математическая модель продольной качки судна водоизмещающего режима движения

1.5 Математическая модель продольной качки судна переходного

режима движения

1.6 Основные методы расчета погонных гидродинамических характеристик плоских шпангоутных сечений
1.7 Приближенные методы учета сил вязкостного демпфирования
1.8 Методы учета ходовой волны
1.9 Сравнение результатов расчета продольной качки судна водоизмещающего режима движения с результатами модельного эксперимента
1.10 Сравнение результатов расчета продольной качки катера переходного режима движения с результатами модельного эксперимента
1.11 Математическая модель бортовой качки судна
1.12 Определение кинематических характеристик колебаний точек судна
1.13 Основные результаты
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ВОЛНОВЫХ НАГРУЗОК НА КОРПУС БЫСТРОХОДНОГО СУДНА
2.1 Основные положения
2.2 Классификация внешних волновых нагрузок
2.3 Внешние волновые нагрузки при качке судна на тихой воде
2.4 Внешние волновые нагрузки, обусловленные возмущающим воздействием волнения
2.5 Условие равновесия сил при продольной качке судна
2.6 Изгибающие моменты в поперечных сечениях судна
2.7 Расчет внешних волновых нагрузок на нерегулярном волнении
2.8 Приближенные методы построения эпюры веса судна по длине
2.9 Расчет волновых перерезывающих сил и изгибающих моментов
для быстроходного катера
2.10 Основные результаты

3 УДАРНЫЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ НА КОРПУС БЫСТРОХОДНОГО СУДНА
3.1 Основные виды нелинейных нагрузок
3.2 Гидродинамическое демпфирование колебаний судна
3.3 Метод оценки нелинейных гидродинамических нагрузок без учета диссипативных сил, обусловленных формированием брызговых струй
3.4 Задача о погружении в жидкость плоского шпангоутного сечения
с учетом диссипативных эффектов
3.5 Равномерное вертикальное погружение клина бесконечной ширины
3.6 Равномерное вертикальное погружение клина конечной ширины
3.7 Экспериментальная-проверка теории равномерного вертикального погружения прямолинейного клина конечной ширины
3.8 Расчет силы сопротивления погружению шпангоутного контура
при наличии каверны
3.9 Расчет перерезывающих сил и изгибающих моментов
3.10 Выбор характеристик расчетного регулярного волнения
3.11 Основные выводы
4 РАСЧЕТ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ НА КРЫЛЬЯХ СРЕДНЕГО
И МАЛОГО УДЛИНЕНИЯ
4.1 Основные положения теории крыла бесконечного размаха как основы
для построения теории крыла конечного размаха
4.2 Математические модели расчета гидродинамических характеристик крыла конечного размаха
4.3 Модель косого подковообразного вихря как основа для построения вихревой схемы несущей поверхности
4.4 Вихревая модель тонкого стреловидного крыла
4.5 Программная реализация вихревой модели тонкого стреловидного
крыла
4.6 Сравнение результатов расчета по изложенной вихревой модели
с результатами расчета по приближенным эмпирическим формулам
4.7 Особенности крыльев малого удлинения и способы их учета
4.8 Циркуляционно-отрывная теория
4.9 Построение вихревой модели КМУ с учетом нелинейных эффектов
4.10 Сравнение результатов расчетов по теории П-вихря и ЦОТ
с результатами экспериментов
4.11 Приближенный учет влияния свободной поверхности воды
4.12 Учет влияния колебательного характера движения крыла
4.13 Учет влияния корпуса судна

4.14 Заключение
5 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ПРОДОЛЬНОЙ И БОРТОВОЙ КАЧКИ СУДНА ПЕРЕХОДНОГО РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ
5.1 Математическая модель стабилизированной продольной качки
5.2 Учет инерционных гидродинамических сил на КС
5.3 Учет гидродинамических подъемных сил на КС
5.4 Математическая модель стабилизированной бортовой качки
5.5 Расчет волновых нагрузок на корпус судна, оборудованного КС
5.6 Расчет ударных гидродинамических нагрузок на корпус судна с КС
5.7 Пример расчета стабилизированной качки и внешних нагрузок
5.8 Сравнение результатов расчета внешних нагрузок с экспериментом
5.9 Основные выводы
6 РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВЫБОР ХАРАКТЕРИСТИК КРЫЛЬЕВ-СТАБИЛИЗАТОРОВ И МЕСТА ИХ УСТАНОВКИ НА КОРПУСЕ СУДНА
6.1 Введение
6.2 Влияние формы КС в плане
6.3 Влияние площади КС в плане и места их установки по длине судна
6.4 Влияние количества устанавливаемых пар КС
6.5 Рекомендации по выбору характеристик и места установки КС
6.6 Основные выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
КНИГА 2. ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1 - Влияние величины относительного вертикального расстояния от центра тяжести площади шпангоутного сечения до ватерлинии на его
гидродинамические характеристики
Приложение 2 - Результаты оцифровки графиков гидродинамических
коэффициентов плоского шпангоутного сечения А.З. Салькаева
Приложение 3 - Модель продольной качки судна с учетом сил линейного
вязкостного бортового демпфирования
Приложение 4 - Расчет качки на нерегулярном волнении
Приложение 5 - Сравнение результатов расчета продольной качки катера
пр. 12416 с результатами модельных испытаний
Приложение 6 - Методы расчета кинематических характеристик абсолютных и
относительных вертикальных колебаний характерных точек судна
Приложение 7 - Расчет перерезывающих сил в поперечных сечениях корпуса
Из таблиц 1.9.3 - 1.9.6 видно, что при движении судна на встречном волнении результаты расчета продольной качки по изложенной выше методике вполне удовлетворительно соотносятся с результатами эксперимента как по амплитудам, так и по средним периодам. Как правило, расчетные значения амплитуд несколько превышают соответствующие экспериментальные значения. На попутном волнении различие между расчетными и экспериментальными значениями несколько более существенно.
1.10 Сравнение результатов расчета продольной качки катера переходного режима движения с результатами модельного эксперимента
Для иллюстрации изложенного метода расчета характеристик продольной качки судна переходного режима выбран катер с транцевой кормой пр. 12416 (ЦМКБ «Алмаз»). Основные характеристики катера даны в таблице 1.10.1.
Буксировочные и мореходные испытания модели катера выполнялись в испытательных бассейнах ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова и оформлены техническими отчетами [90] и [91]. Скорости буксировки модели на встречном волнении составляли 0; 2,0; 3,5 и 5,0 м/с, что для натуры соответствует скоростям хода 0, 15, 28 и 39 уз. На попутном волнении скорости буксировки составляли 0 и 3,5 м/с. Переходя к безразмерным величинам, получим:
1) буксировка на встречном волнении при Рг,= 0, 0,35, 0,65, 0,90;
2) буксировка на попутном волнении при Рг, = 0, 0,65.
Таблица 1.10.1. Основные характеристики катера пр. 1241 б
Характеристика Размерность Величина
Водоизмещение, т Э
Длина между перпендикулярами, м Блп 49
Ширина по ватерлинии, м В 9
Осадка средняя на стопе, м Тг 2
Осадка носом на стопе, м т„ 2
Осадка кормой на стопе, м тк 2
Абсцисса центра тяжести от миделя, м Хя -5
Аппликата центра тяжести от ОП, м гв 3
Абсцисса центра тяжести площади ватерлинии от миделя, м хг -4
Начальная поперечная метацентрическая высота без учета поправок на свободные поверхности, м ь 1
Коэффициент полноты ватерлинии а 0
Коэффициент общей полноты 8 0
Момент инерции массы катера относительно центральной поперечной оси, т-м с2 Ь 7785
Для оценки изменения характеристик посадки катера на ходу использовались результаты буксировочных испытаний модели катера на тихой воде, оформленные техническим отчетом [90]. Значения ходового всплытия центра тяжести