Инженерный метод расчета гидродинамических характеристик тел судовой формы с наделками на основе методов вычислительной гидромеханики

• Автор: Рогожина, Екатерина Александровна
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 195 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЛ СУДОВОЙ ФОРМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ РАЗВИТИЯ
1.1. Современные методы прогнозирования гидродинамических характеристик морских подвижных объектов в интересах оценки их мореходных качеств

1.1.1. Экспериментальные

1.1.2. Аналитические

1.1.3. Численные

1.2. Перспективы развития современных численных методов прогнозирования ГДХ

1.3. Цели и задачи исследования

Выводы по главе

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ В ЗАДАЧАХ ГИДРОДИНАМИКИ КОРАБЛЯ И ИХ ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
2.1. Основные положения метода дискретных вихрей
2.2. Характерные проблемы моделирования вихревых течений и возможные способы их разрешения
2.3. Нелинейная вихревая модель расчета выступающих частей подводных аппаратов
2.3.1. Общая математическая постановка задачи
2.3.2. Поле скорости, индуцируемое вихревым отрезком
2.3.3. Модификация численной схемы расчета пелены свободных вихрей -замена вихревой рамки эквивалентным вихревым зерном
2.3.4. Условие непроникновения вихрей через поверхность обтекаемого тела
2.4. Метод источников-стоков для расчета сил и моментов инерционной природы
2.5. Численная реализация методов гидродинамических особенностей
2.5.1. Расчетный комплекс WingSim
2.5.2. К вопросу об эффективности распараллеливания вычислений решения СЛАУ
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ДИСКРЕТНЫХ ВИХРЕЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗЛИЧНЫХ ОБЪЕКТОВ
3.1. Моделирование обтекания крыльевых элементов оперения ПА
3.1.1. Исследование сил и моментов, действующих на крылья конечного размаха
3.1.2. Сопоставление результатов моделирования обтекания крыла конечного размаха вихревыми рамками с результатами обтекания вязкой жидкости на расчетном комплексе Fluent®
3.1.3. Исследование сил и моментов, действующих на различные варианты изолированного оперения ПА с переложенными и непереложенными рулями
3.2. Применение метода замкнутых вихревых рамок для расчета лобового сопротивления осесимметричных плохообтекаемых тел различной формы
3.2.1. Определение лобового сопротивления шара

3.2.2. Определение лобового сопротивления тел с фиксированной линией отрыва
3.3. Моделирование обтекания пластины при круговом изменении угла атаки
3.4. Комбинированный подход при расчете гидродинамических характеристик оперения с учетом интерференции корпуса
3.4.1. Исследование гидродинамических характеристик скега буксира
3.4.2. Исследование гидродинамических характеристик кормового оперения ПА
3.5. Определение сил и моментов инерционной природы
3.5.1. Расчет присоединенных масс и моментов инерции тел корабельной формы
3.5.2. Расчет обобщенных присоединенных масс судна в условиях ограниченной акватории
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ДИНАМИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕЗУЛЬТАТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ НА ОСНОВЕ РАССМАТРИВАЕМОЙ МЕТОДОЛОГИИ
4.1. Анализ эксплуатационных качеств буксира, оснащенного кормовым скегом
4.2. Оценка эффективности использования и пределов применимости носовых гидродинамических рулей на исследовательских ПА
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Достоверная оценка гидродинамических реакций необходима также для расчета прочности баллеров рулей и мощности рулевых машин.
Целью диссертационной работы является развитие методологии компьютерного проектирования элементов оперения тел судовой формы путем разработки методов и алгоритмов гидродинамического расчета и создания реализующего эти методы эффективного и удобного вычислительного инструмента.
Использование готовых коммерческих пакетов (например, Fluent®, CFX®), реализующих МКО для решения нестационарных уравнений RANS, для решения инженерных задач обычно требует продолжительного времени, измеряемого зачастую часами до достижения сходимости решения. Это обуславливает необходимость использования менее ресурсоемких в плане вычислений методов, применимых на обычных ПК, дающих хорошие результаты в качестве предварительного, начального инструмента, который позволит уделить много времени на анализ различных геометрических комбинаций. В то же время, отмеченные методы решения уравнений Навье-Стокса могут быть использованы для уточнения результатов и получения более детальной информации о характере обтекания выбранной компоновки.
В создании указанного математического инструмента, необходимого для применения при проектировании, основное внимание в диссертационной работе целесообразно сосредоточить на бессеточных методах
гидродинамических особенностей, в частности, методах ДВО, и их эффективной программной реализации.
Задачи, направленные на достижение указанной цели, включают:
• изучение существующих подходов к прогнозированию ГДХ МПО, выделение наиболее адекватных для создания инженерного метода направлений исследования;
• разработку, программную реализацию и тестирование инженерного метода расчета ГДХ тел судовой формы с наделками, представляющими собой крылья относительно большой толщины,