Математическое моделирование системы судно - жидкость для судоводительских тренажеров

• Автор: Тихонов, Вадим Иванович
• Шифр специальности: 05.22.19
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 280 с. : 7 ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Основные условные обозначения

Введение
1. Анализ исследований динамического взаимодействия водоизмещающего судна с окружающей его жидкостью и задачи настоящей работы

1.1. Характеристики криволинейного движения судна

1.2. Методы определения инерционных усилий, действующих на корпус судна при криволинейном движении

1.3. Методы определения гидродинамических усилий нсинерционной природы

1.4. Цель и задачи настоящего исследования

2. Основные закономерности динамического взаимодействия воды с корпусом судна

2.1. Присоединенная жидкость и ее роль в формировании действующих на судно усилий

2.2. Сравнительный анализ характера обтекания крыльев и судна потоком жидкости

2.3. Структура гидродинамических усилий, действующих на корпус судна при его произвольном плоском движении
2.4. Характеристики движения жидкости в плоском пограничном слое
2.5. Волнообразование и волновое сопротивление
3. Обоснование возможности условной замены корпуса судна его эквивалентным аналогом
3.1. Основные допущения и замечания
3.2. Динамические давления воды на поверхность корпуса судна
3.3. Средневзвешенная нормаль к ватерлинии
3.4. Гидродинамические усилия, действующие на корпус судна
4. Массы и моменты присоединенной жидкости
4.1. Кинетическая энергия идеальной жидкости
4.2. Кинетическая энергия реальной жидкости
4.3. Определение масс и моментов присоединенной воды
5. Продольные составляющие гидродинамических усилий, действующих на корпус судна
5.1. Циркуляционные усилия
5.2. Отрывные усилия
5.3. Силы вязкостной природы
5.4. Усилия, обусловленные волнообразованием
5.5. Анализ влияния крена судна на продольные составляющие корпусных усилий
6. Поперечные составляющие гидродинамических усилий, действующих на корпус судна
6.1. Циркуляционные усилия
6.2. Отрывные усилия
6.3. Силы вязкостной природы
6.4. Усилия, обусловленные волнообразованием
6.5. Анализ влияния крена судна на поперечные составляющие корпусных усилий
7. Уравнения плоского движения системы судножидкость
7.1. Преобразование уравнений Эйлера Лагранжа для математического моделирования движения системы судножидкость
7.2. Составление общих уравнений движения системы судножидкость
7.3. Частная система уравнений неустановившегося движения судна на повороте реки
8. Анализ корректности выполненных исследований
8.1. Крен судна на установившейся циркуляции
8.2. Вязкостное сопротивление формы при продольном движении судна
8.3. Вязкостное сопротивление формы при поперечном движении судна
8.4. Сопоставление результатов исследований с данными модельных и натурных испытаний судов
Заключение
Список использованной литературы


Следовательно, движение частиц жидкости происходит со скоростями, существенно отличающимися от скоростей судна. Известно, что А намного больше {, поскольку при поперечном движении судно сообщает жидкости значительно большие возмущения, чем при продольном. Но движение неравных масс жидкости по направлениям х и у противоречит свойству её неразрывности. Заметим, что при плоском потенциальном движении жидкости линии тока пересекают линии равного потенциала под прямыми углами []. Применительно к случаю обтекания судна, линиями равного потенциала будут нормали, а линиями тока (траекториями движения частиц жидкости) - касательные к поверхности корпуса в произвольных точках его обшивки. Равенство (1. Таким образом, указанные недостатки свидетельствуют о том, что формула (1. Рассмотрим весьма нестрогий подход к составлению уравнений криволинейного движения судна, применённый А. М. Басиным. Суть его заключается в следующем. В начальный момент времени подвижная и неподвижная системы координат совпадаюг. Здесь /,у,? ЗхК. Полное изменение вектора N происходит вследствие изменения в подвижной системе координат, изменения при повороте и за счёт добавочного кинетического момента, появляющегося при перемещении вектора К относительно центра неподвижной системы координат на расстояние vdt. N + ух К. Подстановка выражений (1. ЗхК = Р; (1. ЗхІЇ + їхК = М. В проекциях на оси подвижной системы координат уравнения (1. К -X; (1. Кх=У-, (1. Ф* + уяКу-у,КхшМ,. Величины Кх,Ку и N. С учётом (1. Ку={гп + 1Ру+Х1Ьсо (1. N; = (Л + А*)® + ^2(Уу • (1. Формулы (1. Проанализируем выражение (1. Следовательно, необходимо иметь в виду, что А. М. Басин рассматривал систему судно-жидкость как механическую. Известно, что количество движения системы равно произведению массы системы на скорость её ЦМ, а момент количества движения (кинетический момент) - произведению осевого момента инерции системы на её угловую скорость. Согласно законам механики [], направление проходящей через ЦМ системы оси её вращения определяется вектором N (или 3 а поступательное движение ЦМ системы происходит в направлении вектора К (или v ). Поскольку ЦМ судна является одновременно и центром масс системы, и центром подвижной системы координат, то в каждый момент времени вращение судна происходит с угловой скоростью 3, а поступательное движение его ЦМ - со скоростью v. N = vx АГ = 0. Таким образом, позволительно сделать вывод о том, что уравнение (1. Потребность в решении ряда практических задач (например, задачи о движении судна на повороте реки) привела к необходимости исследования движения тела в сносящем потоке жидкости. Впервые задача о движении судна на повороте реки была решена В. Г. Павленко в году [] при следующих основных допущениях. Поворот реки аппроксимировался круговым кольцом. Линии тока, кромки и ось судового хода считались дугами концентрических окружностей. Скорости течения считались (в пределах судового хода) пропорциональными расстоянию от центра поворота. Иначе говоря, принималось, что жидкость вращается относительно центра поворота как твёрдое тело. Считалось, что ЦМ судна движется по круговой траектории, совпадающей с осью судового хода. Движение судна принималось установившимся, то есть скорости движения относительно воды, скорости абсолютного движения и угол дрейфа [5 (одинаковый в абсолютном и относительном движениях) - не зависящими от времени. Гидродинамические силы, действующие на корпус судна и его дви-жительно-рулевой комплекс, считались зависящими только от характеристик движения судна относительно воды. Существенное уточнение уравнений движения судна на течении при тех же допущениях было произведено Р. Я. Першицем и А. Н. Немзером в году []. Ими было доказано, что на движущееся на повороте реки судно дополнительно воздействует сила соскальзывания под поперечный уклон, направленная радиально к центру поворота. Приведённая выше система допущений была подвергнута прямой экспериментальной проверке в циркуляционном бассейне НИИВТа [] и получила полное подтверждение. Дальнейшие исследования вопросов маневрирования судна на течении [, , , , , ] позволили В. Г. Павленко и Л.