Влияние границ потока на гидромеханические и кинематические характеристики подводных аппаратов

• Автор: Назаренко, Михаил Валентинович
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 98 с. : ил

Содержание
Введение
, Глава 1. Обзор литературы. Постановка задачи исследования и основные его «г положения.
| 1.1 Обзор литературы
'у 1.2.Постановка задачи исследования и основные его положения
Глава 2. Движение подводного аппарата в неоднородном нестационарном потенциальном потоке жидкости.
2.1. Постановка задачи. Определение потенциала скорости
2.2 Определение сил и моментов гидродинамического воздействия неоднородного потока на тело
Глава 3. Движение подводного аппарата под свободной взволнованной
поверхностью.
3.1. Постановка задачи
3.2. Дополнительные члены сил и моментов от воздействия волнения
3.3. Уравнения установившегося и неустановившегося движения изделия в продольно-вертикальной плоскости
3.4. Оценка влияния волнения на некоторые гидродинамические характеристики V подводного аппарата
3.5. Линеаризированные дифференциальные уравнения возмещенного движения
4 ПА в условиях волнения. Кинематические зависимости
3.6. Анализ уравнений движения
3.7. Частотные характеристики и акустические эффекты, обусловленные продольной качкой ПА
3.8. Учет влияние глубины водоема. Численные примеры
3.9. Учет влияние течения на движение подводного аппарата
3.10. Оценка влияния дна водоема и свободной невозмущенной поверхности на гидродинамические характеристики тела
Заключение.
Краткие выводы. 95 Литература.

Введение
В начале хочу выразить свою благодарность первому научному руководителю
д.т.н. профессору [Иконникову И.Б.| Эта диссертация посвещена его памяти.
Проблемы освоения Мирового Океана требуют дальнейшего развития и совершенствования подводной техники (обитаемые и необитаемые подводные аппараты - весьма тихоходные технические объекты), а также быстроходные подводные аппараты.
В дальнейшем для этих двух объектов морской техники будем использовать термин «подводный аппарат».
Предметом исследования является оценка влияния границ потока жидкости на кинематику и динамику движущегося в ней подводного аппарата (ПА). Объектом исследования являеются подводные аппараты, движущиеся вблизи границ потока жидкости.
Динамика движения подводных аппаратов, движущихся в безграничной жидкости, хорошо разработана. Достаточно указать на курс под редакцией ДИСкобова и В.В. Рождественского др. и монографию Е.Н.Пантова, Б.Б.Шереметова и Н.Н.Махина «Основы теории движения подводных аппаратов», а также на ряд других статей в различных сборниках, связанных с этими вопросами.
Однако в реальных условиях подводные аппараты могут двигаться в условиях влияния границ потока, что, несомненно, должно сказаться на их характеристиках. Понятие границ потока можно понимать достаточно широко. К ним относятся: свободная невозмущенная и взволнованная поверхность, дно водоема. Эта задача рассматривается при движении малого объекта в гидродинамическом поле большого объекта. К этим же задачам относятся проблемы взаимодействия судов при их взаимном маневрировании (при встречах и обгонах).
Отметим, что в данной работе под вопросами исследования динамики движения подводных аппаратов подразумевается как составление уравнений их движения, так и их решение, позволяющее получить сведения об основных кинематических характеристиках (траектория движения, скорости, ускорения).
Обычная гидромеханика, как правило, ограничивается лишь определением гидродинамических характеристик тел. Частные вопросы определения гидродинамических сил при взаимодействии тел, движущихся вблизи твердой стенки, имитирующей наличие дна, рассмотрены в монографии Г.Лемба и
А.А.Костюкова «Взаимодействие тел, движущихся в жидкости». Влияние поверхностных волн на гидродинамические характеристики при качке судов рассмотрены в монографии М.Д.Хаскинда «Гидродинамическая теория качки корабля». В ней же рассмотрена частная задача о гидродинамических силах, возникающих при обтекании тела однородным нестационарным потоком жидкости. В учебнике В.В.Рождественского «Динамика подводной лодки» кратко освещено влияние свободной поверхности и дна.
Отметим, что все подобные задачи по определению гидродинамических сил решались в предположении о потенциальном вызванном движении жидкости.
В уравнения динамики движения подводных аппаратов должны входить члены, зависящие от вязкости. Современное состояние гидромеханики позволяет определить их на основе гипотезы стационарности, с помощью введения позиционных и вращательных производных. Позиционные и вращательные производные зависят от влияния границ потока. Однако поскольку эти производные определяются главным образом характеристиками пограничного слоя и следа за телом, т.е. областями, имеющими локализованный характер, то влияние границ потока может существенно сказаться на эти величины лишь в случае очень малых отстояний от границ потока. Эти проиводные определяются главным образом эксперементально.
Актуальность работы заключается в том, что была предпринята попытка на основании имеющейся разработанной теории движения тел в неоднородном потенциальном нестационарном потоке обобщить задачи, связанные с влиянием наличия границ потока и разработать методику учета влияния границ потока на гидромеханические и кинематические характеристики движения подводных аппаратов. Используя вполне обоснованные допущения, удалось получить весьма простые зависимости для дополнительных сил и моментов, обусловленных
На основании (3.4), (3.5) будем иметь:
р(Х) =^-=^-=^§Кекг1 Со5£8т{ст ^-к^Созе) дх д£ а
р(У) =^=^=^екпСо^а](1_цСоз£) ду дц сг
(3.6)
Используя основную зависимость теории волн сР" — gk и, полагая в (3.6) Т] = —П, 0, т.е., определяя эти вызванные скорости в центре величины ПА,
получим:
Р£^ Уаае ^'СозеЗта^ Р<У ^ =аое~кк Сонету
(3.7)
Аналогично из (3.6) получим:
(т«х>Л дР(Х) , _Ир. „
-—о1У1(У^1СОЕЕ
=асгкке кк Соя &^
(3.8)
{т]=-к, 4=0)
ч Строго говоря, координата центра величины 1)с при движении ПА изменяется во времени. В силу линейной постановки задачи полагаем 1) = —Н.