автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Экспериментальные и проектные исследования и разработка методов определения рациональных технических параметров высокоскоростных судов с динамическими принципами поддержания новых типов

Направахрукописи

АФРАМЕЕВ Эдуард Аркадьевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРОЕКТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ СУДОВ С ДИНАМИЧЕСКИМИ ПРИНЦИПАМИ ПОДДЕРЖАНИЯ НОВЫХ ТИПОВ

Специальность 05.08.03 - Проектирование и конструкция судов.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени докторатехническихнаук

/и^яи^,1

Санкт-Петербург 2004 г.

Работа выполнена в ЦНИИ им.акад. А.Н.Крылова.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Русецкий А.А. доктор технических наук, профессор Демешко Г.Ф. доктор технических наук Маскалик А.И.

Ведущая организация: ФГУП «ЦМКБ «Алмаз»

Защита диссертации состоится 4.02. 2005 г. на заседании

специализированного совета Д 411.004.01 пс/защитедассертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при ФГУП ГНЦ РФ «ЦНИИ имени академика А.Н.Крылова» по адресу: 196158, Санкт-Петербург, Московское шоссе, 44.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ЦНИИ имени академика А. Н. Крылова.

Автореферат

разослан

2.2.04

Ученый секретарь Совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

1. Общая характеристика работы.

Актуальность темы. Суда и корабли с динамическими принципами поддержания ( в дальнейшем сокращенно объединенные термином «суда» и абревиатурой «СДПП» ) в настоящее время широко распространены. Основными типовыми представителями СДПП являются глиссирующие суда и суда переходного гидродинамического режима движения (ГЛ), суда на подводных крыльях (СПК), на воздушной подушке (СВП), а также экранопланы (ЭП).

Использование СДПП позволяет достичь высоких скоростей движения, вплоть до 200 -250 узлов, и ряд задач на море может быть решен только с помощью судов с динамическими принципами поддержания.

Истекший период развития СДПП в целом характеризуется накоплением опыта их создания и эксплуатации, уточнением оценки вклада в решение транспортных и других задач, переходом от опытно-конструкторских работ к серийному строительству судов хорошо зарекомендовавших себя типов. Современный этап развития СДПП ознаменован появлением таких новых типов судов, как глиссирующие суда с нетрадиционными формами обводов или с различными устройствами, позволяющими снизить сопротивление движению и повысить мореходные качества (например — с помощью элементов подводных крыльев, управляемых интерцепторов, искусственной каверны или воздушной смазки), СДПП на подводных крыльях новых конструктивных схем (в том числе с использованием автоматического управления подводными крыльями), крупные амфибийные и скеговые суда на воздушной подушке, скоростные катамараны различных типов, экранопланы и т.д.

Следует подчеркнуть, что честь первооткрывателей в появлении и развитии многих новых типов СДПП принадлежит отечественным конструкторам и ученым, как и в развитии основополагающих разделов теории их проектирования. По ряду новых типов СДПП Россия достигла и продолжает сохранять преимущественное положение в их развитии, а в отношении некоторых отечественных научно-технических разработок СДПП можно отметить, что за рубежом еще только приступают к изучению и освоению аналогичных идей и конструкций.

В работах по созданию отечественных СДПП принимает участие большое число проектных и научно-исследовательских организаций как судостроительной, так и смежных отраслей промышленности, организаций заказчиков, заводов-строителей различного профиля и т.д. Ведущая роль в развитии отечественных СДПП принадлежит таким организациям, как ФГУП «ЦМКБ «Алмаз», ОАО «ЦКБ по СПК им.Р.Е.Алексеева», ФГУП «Зеленодольское ПКБ», ФГУПГНЦРФ «ЦНИИ им.акадА.Н.КРЫЛОВА», ФГУП «1 ЦНИИ МО РФ», ГосНИЦ ЦАГИ им.проф.Н.Е.Жуковского, Санкт-Петербургский Государственный Морской технический университет, ЗАО «ЦНИИ МФ», Российский Морской Регистр Судоходства и ряду других организаций.

Вопросы теории проектирования и практики создания СДПП весьма широко освещены в технической литературе. Опубликовано и продолжает публиковаться большое число отдельных статей, тематических сборников, материалов технических конференций. Обобщению достигнутых результатов посвящены ряд монографий, справочная и учебная литература, указанные в библиографии диссертации. В этой связи следует отметить работы Русецкого А.А., Садовникова Ю.М., Егорова И.Т., Масеева М.Б., Пашина В.М., Рождественского К.В., Эпштейна Л.А., Соколова В.Т., Синицына Д.Н., Маскалика А.И., Волкова Л.Д., Ляховицкого А.Г., Паравяна Э.А., Цоя Л.Г., Колызаева Б.А., Дьяченко В.К., Демешко Г.Ф., Денисова В.И., Перельмутра А.С., Загорулько Л.К., Косорукова А.И., Плисова Н.Б., Лукашевича А.Б., Ваганова А.М., Абрамовского В.А. Бунькова М.М., Мартынова А.И., Володина Н.С., Лукашевского В.А., Бенуа Ю.Ю., Блюмина В.И.,Иванова Л.А., Дробленкова В.Ф., Титова И.А., Басина М.А., Панченкова А.Н., Иконникова В.В., Ханжонкова В.И., Жукова В.И.,Радовицкого ГЛ., Мардыдпш Мп*1, ЭлиИИНЦ ГЛ., Смирнова С.А., Войткунского Я.И., Белавина Н.И. и многих дву(Ю<йсИАЩЬ9№ЛетЧгп^4аантов.

■¿яМ

Однако несмотря на то, что большой объем выполненных разработок и исследований по судам с динамическими принципами поддержания позволяет уже сейчас рационально проектировать многие их элементы, ни соответствующие разделы специальных наук, ни общая теория проектирования СДПП не могут считаться разработанными в законченном виде.

Сказанное выше особенно справедливо по отношению к исследованиям и созданию СДПП новых типов. В теории проектирования СДПП не развиты разделы, в которых были бы проанализированы имеющие'место на практике особенности разработки СДПП новых типов и в которых устанавливались бы общетеоретические положения по формированию их технического облика, определялись соответствующие особенности процесса проектирования, рассматривались вопросы выработки концепций технического облика новых типов судов.

Основным фактором, обуславливающим необходимость постоянного развития и расширения различных разделов теории проектирования судов с динамическими принципами поддержания и развития связанных с ними специальных наук является то, что накопленная по этим судам научно-техническая информация не является исчерпывающей. В первую очередь это справедливо в отношении ведущей в проектировании СДПП дисциплины - гидроаэродинамики, поскольку интенсивное появление новых типов СДПП требует постоянного совершенствования существующих методов определения их гидроаэродинамических характеристик и разработки соответствующих новых методов. То же следует сказать и в отношении развития методов проектирования СДПП, как объектов в целом, т.е. методов определения всего комплекса проектных параметров их технического облика.

Т.о., развитие теории и практики проектирования СДПП выдвигает ряд общих задач, решение которых необходимо для создания новых типов высокоскоростных судов, а именно задач:

- выявления технических особенностей СДПП новых типов, определяющих специфику их проектирования;

- накопления научно-технической информации и развития прикладных методов формирования, в первую очередь, гидродинамического комплекса судов;

- развития методов определения основных технических проектных параметров судов в целом;

- выработки, с учетом вышесказанного, ведущих концепций технического облика новых типов судов.

Настоящая диссертационная работа представляет собой комплекс исследований в рамках решения указанных выше научных задач. Исследования и методы, изложенные ниже, выполнены и разработаны автором в процессе его непосредственного участия в создании судов и кораблей с динамическими принципами поддержания, начиная с 1960 г. Критерием для представления в настоящей диссертации соответствующих исследований и методов служила их строгая практическая направленность и предшествующая апробация в конструкторских бюро и исследовательских организациях. Научные задачи, решению которых посвящена диссертация, выдвигались самой практикой проектирования, создания и развития СДПП и касаются проблем, не освещенных или недостаточно освещенных до того в работах других авторов и в научно-технической литературе.

Структура задач и основные взаимосвязи между ними в диссертационной работе представлены на блочной схеме рис.1.

Головной блок структуры задач посвящен определению общетеоретических положений по разработке технического облика высокоскоростных судов с динамическими принципами поддержания, развитых и конкретизированных в диссертации непосредственно для СДПП новых типов. Сказанное выше потребовало соответствующего анализа развития облика как высокоскоростных судов в целом, так и их основных агрегатов, в частности. Учет сложившейся практики разработки и создания СДПП обусловил необходимость уточнения

состава и структуры процесса проектирования высокоскоростных судов, введения ряда новых понятий и расстановки соответствующих акцентов.

Из задач, указанных выше и поставленных в головном блоке, непосредственно вытекают структура и содержание последующих прикладных разделов диссертационной работы.

Первый блок прикладных задач связан с формированием гидродинамического комплекса СДПП новых типов. Формирование гидродинамического комплекса указанных судов требует решения, прежде всего, трех основных задач, а именно:

- пионерского поиска и последующего исследования новых типов и форм судов и их

специфических несущих устройств;

- разработки и развития методов расчетов несущего гидродинамического комплекса;

- разработки и развития методов исследований и анализа гидродинамических

характеристик судов.

В отношении первой из указанных задач следует отметить, что, на момент проведения изложенных в диссертации экспериментальных исследований, отсутствовали систематические данные по одному из основных элементов гидродинамического комплекса СДПП, а именно - по форме корпуса с учетом специфики различных типов судов с динамическими принципами поддержания. Можно сказать, что ранее в рамках определенного диапазона параметров формы корпуса в достаточной степени были изучены только характеристики однокорпусных судов переходного и глиссирующего режимов движения. Даже для одного из наиболее хорошо изученных типов СДПП - однокорпусных судов на подводных крыльях (СПК) - не были в систематическом виде и в достаточно широком диапазоне исследованы параметры формы как носовой, так и, особенно, кормовой оконечности корпуса, что представляет специфический интерес для СПК.

На момент проведения настоящих исследований полностью отсутствовали экспериментальные данные и, соответственно, их анализ и рекомендации к проектированию, по характеристикам форм корпуса высокоскоростных катамаранов любых видов, не разрабатывались и не изучались возможности повышения их гидродинамических характеристик, например, с помощью впервые рассмотренных в диссертации гидродинамической или аэростатической разгрузок.

Сказанное выше потребовало систематического экспериментального исследования особенностей гидродинамики корпуса СДПП различных, в первую очередь - новых типов (особенно - катамаранов); кроме того, было необходимо исследовать различного типа комбинации несущих элементов СДПП, позволяющие значительно повысить характеристики ходкости, мореходности и остойчивости судов. В результате автором, на основе проведенных им в ЦМКБ «Алмаз» исследований серии моделей АЭ, были сделаны соответствующие выводы и рекомендации по новым типам несущего гидродинамического комплекса высокоскоростных судов и его элементам (другой важный элемент полного гидродинамического комплекса СДПП - движительный комплекс - в указанных исследованиях не рассматривался).

Представленные в следующих двух подразделах первого блока задач методы расчета несущего гидродинамического комплекса СДПП, исследований и анализа модельных, полунатурных и натурных испытаний развиты автором применительно к судам на подводных крыльях, однако некоторые из них могут быть использованы и для других типов СДПП.

Для судов на подводных крыльях, несмотря на широкое распространение этого типа СДПП, до сих пор в недостаточной мере разработаны способы оценки основных проектных характеристик на начальных стадиях проектирования и соответствующие методы расчета гидродинамического комплекса, в частности - определения сопротивления движению, методы выбора крыльевой схемы и определения оптимальной формы корпуса с учетом его сопротивления движению в одном из самых сложных режимов - при выходе судна на крылья, отсутствовали методы учета волнового взаимодействия подводных крыльев и корпусов судов, расположенных за подводными крыльями в деформированном ими потоке.

о

ч I

¡2

II

Й¥

"Е 1 . 1

и а

I

ь я

о §

о »

■а

о* о

Я

Однокорпусные Переходные и глиссирующие суда с расширенным диапазоном параметров формы корпуса

Катамараны (новый тип)

Катамараны с гидродинамической разгрузкой (новый тип)

Однокорпусные Суда на подводных крыльях с расширенным диапазонам параметров формы корпуса и слешалышми типами крыльевой системы

Катамараны

(новый тип)

Катамараны с аэростатической разгрузкой (новый тип)

Уточненное определение сопротивления движению,

параметров крыльевой схемы и формы обводов корпуса полноотрывных СПК на основе диаграмм и экспериментальных данных

Расчет гидродинамических характеристик неполноотрывкых СПК с учетом деформации водной поверхности за подводным крылом

Исследование условий и характеристик работы крыльевых систем СПК на реальном морском волнении

Определение характеристик работы натурных гребных винтов, сопротивление движению и пересчет с моделей на натуру

Основные принцты и особенности

построения САПР СДПП, САПР _ФОПО_

Структура и особенности базы данных САПР ФОПО

Особенности построение расчетных модулей САПР ФОПО

Критерии технического совершенства и рейтинговые

оценки качеств судов

X

Е I §

2 £

1 « •5 £ й " £ *

I*

о о 81 и X §•8 Я г »■8 ё ё I I

111 «И

г

§ I

I

II

1 * » Щ

® В

£

II

1 § Ё II

гв з 1181.

I 1 ой * £

1 а 5 о

О X X

1 Мв

1—1—1

■ 5 с »

э

Методы, изложенные в диссертации, позволяют на начальных стадиях проектирования:

- в отличие от применяемых статистических оценок с достаточной для практики точностью расчетным путем, с учетом геометрических параметров крыльевой схемы, величин нагрузок, влияния кавитации и ряда других факторов, определить значения сопротивления движению судов;

- оценить характеристики и отработать элементы крыльевой системы путем испытаний изолированных крыльевых устройств на тихой воде, до проведения испытаний моделей судна на волнении, как это обычно имеет место;

• исключив обычно проводимые для этого модельные испытания, подобрать и оптимизировать форму обводов корпуса судна и определить величину его сопротивления движению, в том числе в режиме выхода на крылья, на основе использования полученных в предыдущем разделе диссертации экспериментальных данных по серии АЭ;

- в отличие от существующих методов, рассчитать гидродинамические характеристики корпуса судов, движущегося в деформированном подводным крылом потоке, и учесть взаимодействие подводных крыльев и корпуса при определении посадки неполноотрывных СПК, а в ряде случаев - и при расчете посадки полноотрывных судов на режиме выхода на крылья.

Модельные, полунатурные и натурные испытания и их анализ являются как мерилом корректности методологической основы расчета характеристик гидродинамического комплекса судов, так и источником пополнения статистической базы их проектирования достоверной информацией. Для СДПП проведение такого анализа имеет особую важность ввиду трудностей учета, при расчете или пересчете с моделей на натуру гидродинамических характеристик, таких явлений, как срыв потока и кавитация на несущих поверхностях, выступающих частях и гребных винтах, а также ввиду невозможности корректного определения по данным модельных испытаний сопротивления движению в переходных режимах. Между тем, методы проведения исследований и анализа испытаний СДПП в целом развиты недостаточно, а по ряду характеристик судов отсутствуют вообще.

Методы исследований и анализа модельных и натурных испытаний, представленные в диссертации, впервые позволяют определить реальные угловые возмущения на крыльях СПК в условиях движения на нерегулярном волнении, учесть влияние срыва потока с подводных крыльев на действующие на них нагрузки, определить характеристики работы гребных винтов в натурных условиях неравномерного обтекания и кавитации и, на этой основе, рассчитать уточненное значение сопротивления движению судна в отличие от применяемого в настоящее время приближенного метода с использованием паспортных диаграмм движителей.

Для определения основных проектных параметров судов, как объектов в целом, в настоящее время широко используются системы автоматизированного проектирования (САПР), достаточно глубоко развитые для целого ряда типов традиционных судов. Однако для судов с динамическими принципами поддержания система автоматизированного проектирования, не считая отдельных ее элементов, в отечественном судостроении в целом не создана.

В связи с вышесказанным, во втором блоке прикладных задач диссертации, касающемся определения основных проектных параметров СДПП в целом, потребовалось сформулировать развитые автором диссертации основные принципы построения САПР СДПП, разработка которой велась в течение ряда лет в судостроительной отрасли (в первую очередь - при непосредственном участии Зеленодольского ПКБ). Построение иерархии и структуры САПР, ее базы данных, ведущих расчетных модулей системы основано на учете особенностей проектирования судов с динамическими принципами поддержания новых типов, в частности - необходимости формирования гидродинамического комплекса на базе данных по испытаниям реальных моделей судов ввиду наличия специфических элементов несущего комплекса и трудно рассчитываемых переходных режимов, наличия в облике

СДПП нехарактерных для плавающих судов агрегатов, особой важности проблем весового проектирования и необходимости поиска конструкций минимальной массы и др.

Поскольку принятая в разрабатывавшейся САПР ориентация на повариантную оптимизацию решений на глобальном уровне приводит к рассмотрению большого числа вариантов облика судов, в диссертации предложен новый подход к предварительному ограничению числа вариантов на уровне технического проектирования с использованием рейтинговых оценок качеств судов и выведен комплексный показатель технической эффективности судна по решению транспортной задачи.

Последний блок задач диссертации посвящен авторским обоснованиям концепций технического облика двух новых типов судов с динамическими принципами поддержания -катамаранов с аэростатической разгрузкой и двухрежимных тяжелых экранопланов II поколения. Обоснование концепций технического облика судов является, с одной стороны, заключительным этапом в определении проектных технических параметров новых типов СДПП, связанные с которым вопросы рассмотрены в предыдущих разделах диссертации, и, с другой стороны, начальным этапом в конкретном проектировании и реализации судов. Представленные ниже концепции, несмотря на сугубо различные типы рассмотренных судов, объединены общей методологией определения основных технических параметров СДПП новых типов.

Концепция первого из указанных типов судов основана непосредственно на изучении особенностей гидродинамики СДПП новых типов, изложенном выше в разделе систематических модельных исследований, и последующих проектных обоснованиях отечественных катамаранов с аэростатической разгрузкой программного ряда. В соответствии с концепцией автором выдвигались предложения по техническому облику указанных кораблей, в том числе - в процессе сопровождения проектирования разработанных ЦМКБ «Алмаз» и находящихся в составе отечественного ВМФ кораблей проекта «Сивуч» (как кораблей I этапа программы), являющихся самыми крупными в мире кораблями-катамаранами с аэростатической разгрузкой (с водоизмещением ок.1100 тонн).

Концепция другого нового типа СДПП - двухрежимных тяжелых экранопланов II поколения*4 (с водоизмещением ок.750 тонн) - основана на результатах обширных исследований и разработок, включенных в диссертацию в ограниченном объеме только в виде заключительных выводов по проделанным работам (выполнявшимся в рамках объединенных с исследованиями ЦКБ по СПК им.Р.Е.Алексеева разработок перспективных экранопланов). Концепция экранопланов II поколения, как двухрежимных тяжелых высокоскоростных судов с динамическими принципами поддержания разработана в качестве обоснования перспективы развития этого нового направления в судостроении. Практические приложения концепции в диссертации рассмотрены в виде двух возможных реализаций -при создании Международной глобальной системы морской безопасности (888) и создании Системы Морского старта-посадки многоразовых космических аппаратов ^8Ь).

Т.о., научные задачи, решению которых посвящена настоящая диссертационная работа, могут быть сформулированы следующим образом:

- анализ специфических особенностей технического облика высокоскоростных судов с динамическими принципами поддержания и практики их разработки и создания для уточнения состава и структуры процесса проектирования СДПП новых типов;

- поиск и экспериментальное исследование новых форм корпуса и несущего гидродинамического комплекса СДПП для разработки практических рекомендаций по созданию судов с динамическими принципами поддержания новых типов с высокими характеристиками ходкости, мореходности и остойчивости;

- разработка новых методов расчета параметров несущего гидродинамического комплекса судов на подводных крыльях в части определения сопротивления движению, выбора параметров крыльевой схемы и формы обводов корпуса, учета волнового взаимодействия элементов указанного комплекса, а также разработка новых методов

исследований и анализа характеристик работы крыльевых систем СПК, их гребных винтов и сопротивления движению в натурных условиях;

• формирование основных принципов построения системы автоматизированного проектирования высокоскоростных судов с динамическими принципами поддержания для определения основных проектных параметров судов в целом;

- обоснование проектных концепций технического облика новых типов судов с динамическими принципами поддержания.

Цель работы. Целью работы является разработка рекомендаций по проектированию высокоскоростных судов с динамическими принципами поддержания новых типов и разработка методов определения основных параметров технического облика, расчета и анализа характеристик судов и их гидродинамического комплекса, а также обоснование концептуальных проектных положений по техническому облику новых типов СДПП.

Методы исследований. Исследования по формированию гидродинамического комплекса СДПП и разработка связанных с этим методов расчета и анализа характеристик СДПП основывались на экспериментах с моделями и на результатах натурных испытаний судов. В ряде случаев разработка способов определения характеристик гидродинамического комплекса судов основывалась на теоретических и полуэмпирических методах с последующей проверкой результатов по экспериментальным данным. Некоторые разделы работы основаны на систематических расчетах характеристик СДПП и проектных проработках их технического облика.

Научная новизна. Впервые в мире получены систематические материалы по гидродинамическим характеристикам (сопротивлению движению, мореходности, остойчивости) для ряда новых типов судов с динамическими принципами поддержания (в том числе по катамаранам глиссирующего и переходного режимов движения, с гидродинамической и аэростатической разгрузкой, судам-катамаранам на подводных крыльях и др.). Выполнена сопоставительная оценка гидродинамических характеристик различных типов СДПП.

Разработаны новые методы определения и анализа характеристик движения судов на подводных крыльях и параметров конструктивных элементов их гидродинамического комплекса (корпуса, подводных крыльев). Получены новые данные по характеристикам работы крыльевых систем и гребных винтов СПК в натурных условиях.

Разработаны основные принципы построения САПР высокоскоростных судов для определения основных параметров их технического облика и предложена методика построения критериев технического совершенства и рейтинговых оценок качеств судов.

На основе комплексов гидроаэродинамических и проектных исследований обоснованы проектные концепции двух новых типов СДПП - двухрежимных катамаранов с аэростатической разгрузкой и двухрежимных тяжелых экранопланов II поколения.

Практическая ценность работы. Приведенные ниже исследования, методы и разработки непосредственно использовались при текущем проектировании СДПП ряда конкретных проектов (пр.пр. «Стрела», «Мир», 125А, «Ураган», «Шторм», «Сивуч» и др.), при испытаниях судов и их аналогов, анализе получаемых технических данных, определении технического облика перспективных судов и кораблей, разработке программ отечественного судостроения. В целом материалы диссертации дополняют ряд разделов теории проектирования судов с динамическими принципами поддержания.

Исследования гидродинамических характеристик ряда новых типов СДПП, выполненные в работе, использованы при выборе перспективного для реализации нового типа несущей платформы СДПП и последующего проектирования и создания наиболее крупных в мире кораблей с динамическими принципами поддержания проекта «Сивуч».

Методы определения сопротивления движению и формирования параметров крыльевых систем СПК были использованы при проектировании гидродинамического комплекса одного из крупнейших в мире кораблей на подводных крыльях проекта «Ураган»,

а также анализе характеристик натурных СПК проектов «Стрела» и «Мир». При проектировании корабля «Ураган» были также использованы данные по исследованию угловых возмущений на крыльях СПК и прогнозированию явлений срыва потока с подводных крыльев в условиях нерегулярного волнения.

Методы расчета гидродинамических характеристик СПК с учетом деформации поверхности воды, а также работы гребных винтов высокоскоростных судов в натурных условиях, позволили выполнить уточненный анализ составляющих гидродинамических сил на натурных СПК пр.пр. «Стрела», «Мир», «Шторм», 125А и оценить точность пересчета данных модельных испытаний на натуру.

Изложенные в работе принципы построения САПР СДПП были использованы при проводившейся в судостроительной отрасли разработке соответствующей системы автоматизированного проектирования.

Одна из представленных в заключительной части работы проектных концепций двух новых типов СДПП, а именно - концепция двухрежимных катамаранов с аэростатической разгрузкой (КАСР) реализована, как указано выше, при создании кораблей проекта «Сивуч», а концепция двухрежимных тяжелых экранопланов II поколения является основой технического предложения по соответствующему перспективному экраноплану, обоснования двух из возможных реализаций которого приведены в диссертации.

Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся результаты исследований, рекомендации по проектированию и методы определения и анализа параметров и характеристик судов с динамическими принципами поддержания, представляющие решение важной народно-хозяйственной и оборонной задачи создания высокоскоростных судов новых типов:

-результаты комплексных систематических исследований гидродинамических характеристик судов с динамическими принципами поддержания различных, в том числе принципиально новых, типов в части сопротивления движению на тихой воде и в условиях нерегулярного ветрового волнения, остойчивости и мореходности, позволяющие определять оптимальные параметры формы корпуса и нагрузки высокоскоростных судов; в этот комплекс входят исследования особенностей гидродинамики:

-однокорпусных судов переходного и глиссирующего режимов движения с расширенным диапазоном параметров формы корпуса;

-судов-катамаранов переходного и глиссирующего режимов движения; -впервые предложенного к использованию нового типа высокоскоростных глисссирутощих катамаранов - с разгружающими подводными крыльями;

-полноотрывных судов на подводных крыльях в однокорпусном и в катамаранном вариантах;

-впервые предложенного к использованию нового типа СДПП - катамаранов с аэростатической разгрузкой; -расчетные методы определения технических параметров и характеристик судов на подводных крыльях, позволяющие повысить качество их проектирования в части определения сопротивления движению, проектирования крыльевых систем, выбора формы обводов корпуса, определения действующих на суда сил и расчета их ходовой посадки;

-методы исследований и результаты анализа модельных и натурных испытаний судов на подводных крыльях, позволяющие определять параметры работы крыльевых устройств и гребных винтов высокоскоростных судов в натурных условиях;

-основные принципы и структура специализированной системы автоматизированного проектирования судов с динамическими принципами поддержания, как основы определения технических параметров судов при их проектировании в целом, с использованием рейтинговых оценок качеств судов;

-обоснование проектных концепций создания высокоскоростных СДПП большого водоизмещения, как двухрежимных судов, для двух новых типов СДПП: катамаранов с

аэростатической разгрузкой (как уже реализованных на практике) и перспективных тяжелых экранопланов II поколения (как концепции развития СДПП этого типа на перспективу).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на: отраслевых научно-технических конференциях по теории корабля в 1966, 1968, 1969, 1972 и 1973гт (г.Ленинград) и методам прогнозирования мореходных качеств судов в 1987г (г.Севастополь); конференции Института Морских инженеров по морским прибрежным средствам обороны в Плимуте (Англия) в 1994г; международных конференциях по судостроению ЦНИИ им. акад.А Н.Крылова в 1996-1998, 2001 и 2003 гг; международных конференциях по судостроению и судоходству при выставках на ЛЕНЭКСПО в 1995 и 1999гт; конференциях по гидроавиации ТАНТК им.Г.М.Бериева и ГосНИЦ ЦАГИ (г.Геленджик) в 1996 и 1998гг; научных чтениях в ГосНИЦ ЦАГИ (г.Москва) в 1997г; конференции исследовательской организации НАТО по проблемам динамики движения объектов вблизи поверхностей воды и воздуха в Амстердаме (Голландия) в 1998г; конференции по аппаратам, использующим эффект подстилающей поверхности, в Морском Техническом Университете (г.С-Петербург) в 2000г; симпозиумах по морским технологиям и проблемам астродинамики в Токио (Япония) в 2000 и 2001гг.

Публикации. Основные из представленных исследований и разработок, или их результаты, опубликованы в периодической технической литературе, трудах научно-технических конференций, в том числе международных, или в отдельных книжных изданиях и справочниках. Общее число печатных публикаций по материалам настоящей диссертации составляет 53 работы. Основные из них приведены в перечне в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 237 страниц текста, 276 рисунков, страницы списка литературы 157 наименований.

2. Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, приведены основные из выполненных ранее работ по СДПП, в т.ч. монографического, справочного и учебного характера, сформулированы цели и задачи диссертации и кратко излагается содержание отдельных разделов работы.

Глава 1. содержит общую характеристику судов с динамическими принципами поддержания и этапов их развития, анализ специфики технического облика СДПП и особенностей их проектирования, иерархию соответствующего процесса проектирования. Предлагается классификация СДПП с учетом реализованных на практике их новых типов, условий работы корпуса судов и основных конструктивных особенностей несущих поверхностей. Обосновываются понятия "концепции заказчика", "концепции проектанта" и "гидродинамической концепции" технического облика судна, выделение в блоке внутреннего проектирования СДПП новых типов основного и дополнительного циклов. Приводится авторская обработка данных по зависимости водоизмещения СДПП основных типов от полной полезной нагрузки, как исходной величины для инициирования процесса проектирования судов.

Глава 2. посвящена экспериментальному исследованию гидродинамических характеристик СДПП различных типов, в первую очередь - новых, ранее не исследовавшихся и не использовавшихся.

С этой целью автором была спроектирована и испытана широкая систематическая серия АЭ («Алмаз-эксперимент») буксируемых моделей СДПП однокорпусного и катамаранного типов (раздел 2.1.), различающихся как формой корпуса, так и различными видами и системами несущих устройств - подводных крыльев и воздушных подушек (рис.2.1.1. - 2.1.18. и далее, табл. 2.1.1.)- Серия состояла из 21 базовой модели, общее число вариаций геометрических форм обводов однокорпусных моделей и катамаранов составило 40 вариантов (не включая вариации горизонтального клиренса катамаранов и элементов крыльевых устройств и воздушной подушки; катамаранные варианты из приведенных на

рисунках однокорпусных моделей образовывались путем разделения однокорпусных моделей по диаметральной плоскости). Исследованию были подвергнуты сопротивление движению на тихой воде и в условиях волнения, остойчивость и мореходные качества СДПП.

Основными особенностями проведенных исследований являются:

-единообразное систематическое изучение гидродинамических характеристик различных типов СДПП - от неполноотрывных судов переходного и глиссирующего режимов движения до полноотрывных СДПП на подводных крыльях;

-систематическое исследование гидродинамических характеристик СДПП с катамаранной формой корпуса и анализ их специфических особенностей; -разработка и исследование новых типов СДПП, в частности - неполноотрывных катамаранов с гидродинамической разгрузкой и катамаранов с аэростатической разгрузкой;

-систематическое изменение параметров формы корпуса СДПП и их нагрузки в существенно расширенных диапазонах, чем исследовавшиеся ранее, и охватывающих представляющие практический интерес значения как для неполноотрывных, так и полноотрывных судов; эти исследования проводились как для однокорпусных моделей, так и катамаранов;

-последующая непосредственная реализация результатов исследований в построенных кораблях конкретного проекта: полученные данные послужили основой для начала проектирования в ЦМКБ «Алмаз» и, в дальнейшем, создания самых крупных в мире высокоскоростных боевых ракетных кораблей-катамаранов с аэростатической разгрузкой проекта «Сивуч».

Ряд разработок, выполненных в рамках серии АЭ, в частности такие, как суда-катамараны с гидродинамической и аэростатической разгрузкой, а также систематическое изучение характеристик ходкости, мореходности и ходовой остойчивости скоростных катамаранов переходного и глиссирующего режимов движения были выполнены впервые в отечественной и зарубежной практике и во многом остаются в указанном выше широком объеме единственными и в настоящее время. Можно предполагать, что публикация результатов исследований по серии АЭ послужила основой для последовавших затем в мировом судостроении интенсивных работ по созданию скоростных катамаранов и дала толчок развитию различных их типов.

В серии АЭ было изучено влияние на сопротивление движению СДПП типа геометрической формы обводов и формы носовой оконечности корпуса, его относительной длины, положения по длине наиболее полного шпангоута, сужения кормовой оконечности, подъема килевой линии, угла внешней килеватости на транце, изменения характеристик сопротивления движению воды при образовании катамаранов путем разделения однокорпусного судна по диаметрали, величины горизонтального клиренса катамаранов, профилирования внутреннего борта катамаранов, относительного положения центра тяжести, коэффициента статической нагрузки, характера волновых систем быстроходных катамаранов, возрастание сопротивления движению СДПП в условиях волнения, их остойчивость без хода и ходовая остойчивость, углы и угловые скорости продольной и поперечной качки, а также параметры вертикальных перегрузок СДПП на естественном нерегулярном ветровом волнении на различных скоростях хода и для различных курсовых углов к бегу волн и др.

Для катамаранов с подводными крыльями также исследовалось влияние различных систем крыльев на гидродинамические характеристики глиссирующих катамаранов с разгружающими подводными крыльями, различных типов образования крыльевых систем для полноотрывных СПК-катамаранов, в том числе для последних определялась эффективность использования на них систем дополнительных разгружающих крыльев; для катамаранов с аэростатической разгрузкой изучалось влияние на их характеристики формы и расположения гибкого ограждения, величин расхода и давления воздуха в подушке.

At III **<*« l*f

4 111 Mwayc м*м g I

At Л.11 К—** ма*и I i

--ЩЩ

Гнс _ «.ЛЦ - Ц И|С mitt* I *

зш

ihr A* / //à ш tm мм*»« i s

А* Л» II. J »

Ac J.I 14 Kfft «<M« í 4

At Л1 li-mntpc Mhw f *

e j.1 * я

A« 11 ILAtopnyc fàrfw 11

Табл. 2.1.1.

Параметры моделей систематической серии АЭ корпусов СДПП._

Изменяемый параметр Группа Подгруппа Модель Парамет зы формы

Шв* BVBo* tVB0* Рв'* Pip" Макс, шпан гоут У

Форма носовых шпангоутов 1 1-0 4,5/9,0 0,8 0,08/0,16 14,5/- 0/- 8,5 0

11-0 ti ■ к ■ « в

111-0 • • я м

IV-0 0,6 0,2/0,4 я 11/- "

Сужение кормовой оконечности П 1-0 N 0,8 0,08/0,16 н 0/- •

1-1 • 0,6 ■ " ■ •

I-2 И 0,4 • ■ ■

Подъем килевой линии III I-0 m 0,8 ■ я я

I-3 u • 0,16/0,32 " •

I-4 m ■ 0,24/0,48 II N

Килеватость на транце IV IVa I-0 M я 0,08/0,16 и " я

I-5 и Я " 7/-

I-6 и 14/-

IV6 I-3 и " 0,16/0,32 0/- я

I-7 " я 71- и

I-8 ti я м 14/- "

Форма внутреннего борта катамарана V Va ii-o- -/9,0 -/0,8 -/0,16 " 0/- "

II-9 -/8,3 -/0.74 -/0,15 т я 20

V-9 -/8,3 -/0,74 -/0,15 м • 10,5 20

V6 II-0 -/9,0 -/0,8 -/0,16 " и ■ 0

11-10 -/7,0 -/0,71 -/0,125 14,5/38 0/0 и 10

11-11 -/0,72 т/0,13 14,5/14,5 ■ я ■

Vb Ш-0 -/9,0 -/0,8 -/0,16 14,5/- 0/- 0

111-11 -/7,0 -/0,72 -/0,13 14,5/14,5 0/0 10

Vr I-0 -/9,0 -/0,8 -/0,16 -/14,5 ■10 16

II-0 я я я о я я

Ш-0 • ■

IV-0 -/0,6 -/0.4 * -/11 0

Положение максимального шпангоута VI Via l-O 4,5/9,0 0,8 0,08/0,16 14,5/- 0/- •

V-0 « м « 10,5

VI6 t-7 « в 0,16/0,32 ■ 7/- 8,5 я

V-7 -/9,0 -/0,32 « « 10,5

Относительная длина корпуса VII l-O 4,5/9,0 т 0,08/0,16 0/- 8,5

VI-0 3,0/6,0 и я я •

VII-0 6/12,0 и • я

Примечания:

*) - в знаменателе • значение для одного корпуса в варианте катамарана.

**) - в знаменателе - килеватость днища с внутреннего борта в варианте катамарана.

у )- наклон ветвей внутреннего борга к вертикали в варианте катамарана на миделе, град.

Общим выводом из проведенных исследований является возможность значительного повышения гидродинамических характеристик СДПП при внедрении в практику их новых типов, в особенности - судов с катамаранной формой корпуса. Показано, что высокоскоростные суда-катамараны при использовании дополнительных несущих систем -подводных крыльев или воздушной подушки - имеют превосходящие, по сравнению с однокорпусными судами, ходовые и мореходные качества.

В разделе 2.2. на основе полученных результатов по испытаниям серии АЭ автором выполнен анализ основных проблем гидродинамики СДПП рассмотренных видов и сделаны предложения, позволяющие существенно улучшить или оптимизировать технические характеристики высокоскоростных судов и кораблей. Сопоставление оптимальных гидродинамических характеристик изученных типов СДПП позволило определить предпочтительный тип корабля для последующей практической реализации в проекте «Сивуч», как катамаран с аэростатической разгрузкой.

Анализ результатов испытаний моделей серии АЭ производился тремя различными методами: при свободной дифферентовке моделей при постоянных значениях коэффициентов статической нагрузки Сд и относительных центровок xg; при оптимальных по сопротивлению движению положениях центра тяжести; при постоянных углах дифферента Ф, близких к априорно известному диапазону оптимальных <р в этих режимах. Использование результатов анализа по тому или иному методу зависит от типа СДПП и расчетного скоростного режима.

Поскольку имеют место весьма сложные зависимости между параметрами формы корпуса, параметрами его нагрузки, скоростью движения и сопротивлением движению судов, ниже приведены только основные обобщенные выводы из проведенного анализа. Непосредственно в самой диссертации подробно описано взаимовлияние указанных выше параметров и характеристик.

Подраздел 2.2.1. касается судов с динамическими принципами поддержания переходного и глиссирующего режимов движения как однокорпусного, так и катамаранного типа.

Рис.2.2.1.1.8.

Способы образования катамаранной формы корпуса весьма многообразны. Для практики в первую очередь представляет интерес формирование катамарана из двух одинаковых симметричных корпусов однокорпусных судов, либо из трансформированных из однокорпусных форм несимметричных корпусов-лодок. В первом случае гидродинамика отдельного корпуса уже достаточно хорошо изучена и основной проблемой является выбор рационального расстояния между корпусами как с целью достижения наименьшего сопротивления движению, так и с учетом конструктивных требований. Во втором случае дополнительно возникают вопросы выбора формы и геометрических соотношений как наружного, так и внутреннего борта корпусов.

С взаимодействием корпусов связаны одни из наиболее интересных особенностей гидродинамики катамаранов. Результаты выполненных исследований позволяют установить основные факторы взаимовлияния корпусов быстроходных катамаранов, дать его количественную оценку и практические рекомендации по выбору формы обводов корпусов, величины горизонтального клиренса, оценке сопротивления движению.

В подразделе 2.2.2. рассматривается сопротивление движению катамаранов нового типа - катамаранов с гидродинамической разгрузкой (КГР).

Для таких катамаранов (фото 2.2.2.3.) может быть обеспечено значительное повышение ходовых качеств по сравнению с традиционными катамаранами

переходного и глиссирующего режимов движения и даже достижение преимуществ перед исходными однокорпусными судами. Этот метод снижения сопротивления движению применим для судов с относительно высокой скоростью движения, когда гидродинамическое качество собственно корпуса начинает существенно снижаться. Эффект от установки крыльевых элементов в межлодочном пространстве катамарана определяется перераспределением нагрузки между корпусами и крыльями Фото 2.2.2.3.

(обладающими более высоким гидродинамическими характеристиками в сравнении с глиссирующим днищем), изменением посадки судна - его общим всплытием и изменением дифферента, снижением волнообразования и брызгообразования между корпусами и с внешних бортов, понижением уровня поверхности воды между корпусами и снижением величины смоченной поверхности днища и внутреннего и наружного бортов. Кроме того, с конструктивной точки зрения подводные крылья являются дополнительными прочными поперечными связями корпусов катамарана.

Для катамаранов с гидродинамической разгрузкой подбор и оптимизация крыльевой системы являются

определяющими для повышения их

гидродинамических характеристик. С учетом некоторого увеличения сопротивления движению в режиме плавания, в связи с установкой подводных крыльев,

преимущество по с для КГР Рис.2.2.2.1.

может быть обеспечено начиная с FгA=I,0 и вплоть до высоких чисел Fi"4=3,5-4 (рис.2.2.2.1.). При очень высоких скоростях движения сопоставительные характеристики катамаранов с гидродинамической разгрузкой ухудшаются ввиду нарушения плавного обтекания крыльев, их оголения и выхода из воды носовых крыльевых элементов.

Эффективность использования гидродинамической разгрузки зависит от формы обводов и соотношений главных размерений корпусов, определяющих посадку исходного катамарана и, особенно - от формы обводов внутреннего борта. Наиболее эффективной является комплексная оптимизация параметров крыльевой системы и формы и размерений корпусов судна, рекомендации по которой даны в работе.

Представленные в предыдущих разделах работы экспериментальные исследования гидродинамических характеристик моделей в переходном и глиссирующем режимах

движения в однокорпусном и катамаранном вариантах в условиях переменных нагрузок и положений центра тяжести позволяют установить общие закономерности по влиянию параметров формы обводов корпусов полноотрывных СПК на сопротивление их движению на скоростях до отрыва корпуса от воды Вместе с тем, систематические испытания моделей СПК с изменяющейся формой обводов корпуса и одной и той же крыльевой схемой позволяют достоверно оценить влияние параметров формы обводов уже в рамках всего несущего комплекса СПК. Кроме того, представляется возможным сравнить получаемые результаты с выводами, сделанными по испытаниям изолированных корпусов при переменных установить корректность таких исследований для СПК, а также

сопоставить влияние параметров формы корпуса на характеристики сопротивления глиссирующих СДПП и СПК.

С целью указанной комплексной оценки были проведены систематические испытания моделей серии АЭ в виде полноотрывных моделей (однокорпусных и катамаранных) с крыльевыми устройствами (подраздел 2.2.3.). Испытания проводились с двумя типами крыльевых устройств - разрезным и сплошным носовыми крыльями при одном и том же кормовом крыле (рис 2 2.3.1.).

В диссертационной работе подробно проанализировано влияние вариаций параметров формы корпуса и нагрузки СПК на сопротивление их движению. Интересным является тот факт, что при переходе от однокорпусной модели к катамаранной форме (путем разделения корпуса по диаметрали), несмотря на существенное изменение дифферента, сопротивление судна на выходе практически не меняется. Имеет место равновесие между эффектом от увеличения удлинения каждой лодки катамарана и возрастанием смоченной

поверхности корпуса за счет внутренних бортов.

Рис.2.2.3.2.10.

Гидродинамические характеристики СПК-катамаранов на гербовых режимах могут быть

существенно улучшены при установке создающих дополнительную подъемную силу, снижающих величину замытой водой поверхности внутреннего борта и нивелирующих волновую систему между его лодками (рис 2.2.3 2.10.).

СДПП-катамараны с аэростатической разгрузкой (КАСР) - особый тип высокоскоростных судов (фото 2.2.4.1.), отличающихся от наиболее близких к ним судов на воздушной подушке со скегами наличием вместо скегов полноразмерных корпусов-лодок катамарана, что придает КАСР специфическое качество, а именно -

между корпусами

"разгружающих"

крыльев,

двухрежимность в эксплуатации (подраздел 2.2.4.). Катамараны с аэростатической разгрузкой обеспечивают как движение на переходных режимах и при глиссировании без воздушной подушки (в частности - с убранными гибкими ограждениями - ГО), так и на высоких скоростях в режимах с наличием воздушной подушки (ВП). Указанное качество КАСР определяет их как конструктивные, так и гидродинамические особенности корпуса и параметров воздушной подушки.

Исследования гидродинамики КАСР проводились на моделях серии АЭ при различных схемах гибких ограждений, нагрузках, положениях центра тяжести по длине моделей и различных величинах расхода воздуха Q в воздушную подушку (рис.2.2.4.1.).

Для КАСР увеличение расхода воздуха в воздушную подушку для всех форм обводов корпуса, его удлинения, горизонтальных клиренсов лодок катамарана, нагрузок и центровок приводит к снижению сопротивления движению и повышению подкупольного давления. Увеличение расстояния между

корпусами, т.е. площади £ воздушной подушки, в сильной степени

сказывается на снижении

ана

сопротивления движению КАСР (рис.2.2.4.3.).

Влияние формы обводов корпусов-лодок катамаранов с

аэростатической разгрузкой на

сопротивление движению

подобно ее влиянию на сопротивление глиссирующих катамаранов.

Подраздел 2.2.5. посвящен анализу влияния нерегулярного ветрового волнения на сопротивление движению различных типов СДПП с катамаранной формой корпуса (при различных курсовых углах к бегу волн). В целом общим для всех типов СДПП является большее сопротивление при движении против волны (курсовой угол 0 ). Однако кривые относительного дополнительного сопротивления (возрастание обратного

гидродинамического качества на волнении по отношению к 8 на тихой воде в % от е) по курсовому углу имеют сугубо различный вид для различных типов СДПП.

Обобщение результатов мореходных испытаний моделей серии позволяет сделать следующие количественные оценки средней величины дополнительного сопротивления для различных типов СДПП-катамаранов на волнении с высотой волн 3% обеспеченности Ьз%=0,06Ь (что соответствует развитому 5-балльному волнению для наиболее крупных к настоящему времени по водоизмещению СДПП) в диапазоне сопоставимых чисел Fг,t =1-2:

-дополнительное сопротивление движению традиционных катамаранов составляет от 20% до 10% от сопротивления на тихой воде;

-стабилизирующий эффект подводных крыльев на катамаранах с гидродинамической разгрузкой сказывается и на величине дополнительного сопротивления на волнении, снижая его до 7-8%;

-для катамаранов на подводных крыльях имеет место существенная величина дополнительного сопротивления при всех переходных числах Фруда - ок. 15-25% от сопротивления на тихой воде;

__I |цша

----- г—I

I басмами

-катамараны с аэростатической разгрузкой наименее всех типов СДПП подвержены влиянию волнения при низких числах Фруда, однако имеют наибольшее возрастание сопротивления при высоких Fг4 (до 35-40% при Fг4 >2). Тем не менее, наиболее высокое абсолютное значение гидродинамического качества на волнении обеспечивается именно для КАСР.

Качественно картина влияния волнения на сопротивление движению катамаранов аналогична однокорпусным судам.

Возрастание метацентрической высоты катамарана (без хода) по сравнению с однокорпусной моделью (раздел 23.) составляет до 7-10 раз для значений клиренса, при которых он перестает сказываться на сопротивлении движению при плоской форме внутреннего борта катамарана. Для СПК в режиме выхода на крылья остойчивость судов, как однокорпусных, так и катамаранов, резко уменьшается вследствие снижения доли корпусов в обеспечении восстанавливающих сил и недостаточной еще динамической остойчивости, создаваемой крыльями. При этом относительное падение остойчивости катамаранов больше, чем у однокорпусных судов, вследствие выхода из воды разнесенных по клиренсу корпусов, обеспечивавших повышенную остойчивость в режимах плавания. Тем не менее, минимальная метацентрическая высота катамарана в режиме выхода в 3-5 раз выше, чем для однокорпусного судна.

Исследования параметров качки (раздел 2.4.), как основной характеристики мореходности судов, на моделях серии АЭ проводились на естественном нерегулярном ветровом волнении на открытой испытательной акватории, т.е. в условиях, наиболее близко моделирующих реальные натурные условия. Эти исследования были частично дополнены результатами испытаний моделей на волнении в опытовом бассейне.

В качестве критериев оценки поведения СДПП на волнении принимались размахи углов и угловых скоростей бортовойи килевой качек 3% обеспеченности, а также

максимальные величины вертикальных перегрузок в носу пн и корме пк моделей, при высотах волн 3% обеспеченности (Ьз%).

В качестве характерных показателей при сопоставлении различных типов СДПП приведены коэффициенты умерения углов бортовой К и килевой Кк качек и перемещений центра тяжести для вертикальной качки Кв, вертикальных перегрузок в носу и в центре тяжести представляющие собой отношение значений указанных характеристик для

рассматриваемого типа СДПП к их значениям для типа судов, принятого в качестве базового для сопоставления.

Для СДПП переходного и глиссирующего режимов движения высокий эффект умерения бортовой качки по отношению к исходным однокорпусным судам при всех скоростях движения и курсовых углах достигается на катамаранах даже с относительно малым значением горизонтального клиренса с=0,5. Дальнейшее увеличение горизонтального клиренса уже не столь кардинально сказывается на параметрах качки катамаранов по сравнению с эффектом от преобразования однокорпусного судна в катамаран.

Полярная диаграмма осредненных

коэффициентов умерения углов качки катамаранов с относительным клиренсом с=1 в сравнении с исходными однокорпусными судами и Кк приведена на рис. 2.4.5. Умерение бортовой качки достигает 4-5 раз, в то время как размахи килевой

качки возрастают в 1,5-2 и более раз. Угловые скорости Рис. 2.4.5.

бортовой качки уменьшаются в 2-2,5 раза при возрастании их для килевой качки в 1,5-2 раза. При этом указанное возрастание параметров килевой качки характерно для высоких скоростей движения, в то время как при низких числах FI продольная качка катамаранов практически соответствует качке однокорпусных судов.

Использование разгружающих подводных крыльев позволяет несколько снизить указанное выше возрастание углов и угловых скоростей килевой качки высокоскоростных катамаранов по отношению к исходным однокорпусным переходным и глиссирующим судам на скоростях хода, при которых крылья еще достаточно глубоко погружены и не часто оголяются на волнении.

Параметры качки полноотрывных СПК, как Рис.2.4.11.

однокорпусных, так и катамаранов, распределяются по курсовым углам более равномерно, чем у неполноотрывных судов переходного и i (рис.2.4.11). Поскольку даже неуправляемые подводные крылья снижают параметры качки судов на всех скоростях хода, эффект от применения катамаранной формы корпуса для СПК несколько ниже в смысле умерения качки, чем для неполноотрывных высокоскоростных судов. Тем не менее обеспечиваются значительные коэффициенты умерения бортовой качки по отношению к исходным однокорпусным СПК - до Кб=1,5-2,5. На косых курсовых углах имеет место и умерение килевой качки - до 1,5-1,8. По угловым скоростям бортовой и килевой качек коэффициенты умерения приблизительно одинаковы - 1,2-1,4. Значительно изменяются при переходе к катамаранной Рис.2.4.17.

форме вертикальные перегрузки, что связано с изменением геометрических соотношений корпуса судна, периодически замываемого при движении на значительном волнении: для катамаранов перегрузки оказались ниже, чем для однокорпусных моделей, что особенно заметно при движении на больших скоростях.

Следует отметить,что специфической особенностью КАСР является изменение разгрузки корпуса судна при изменении горизонтального клиренса с ввиду увеличения площади воздушной подушки. Поэтому влияние клиренса на остойчивость и параметры качки КАСР носит более сложный характер, чем у других типов СДПП. На полярной диаграмме рис.2.4.17. приведены коэффициенты умерения углов качки КАСР в сравнении с исходными однокорпусными моделями, которые составляют для бортовой качки Ke-2-2,5, a для килевой, в основном, 1,5-2 с возрастанием на встречном волнении до 2,5-3.

Аналогичные величины умерения были получены и по угловым скоростям качек.

В разделе 2.5. подведены итоги исследований ходовых и мореходных качеств высокоскоростных СДПП однокорпусной и катамаранной форм.

Следует отметить, что с общепроектной точки зрения при сопоставлении энергетических затрат, необходимых для обеспечения движения судов различных типов, применительно к судам на воздушной подушке необходимо учитывать энергетические затраты на создание указанной подушки.

С учетом сказанного, для ряда моделей при одинаковой нагрузке и положении центра тяжести на рис.2.5.2. приведено сопоставление по обратному гидродинамическому качеству, а на рис.2.5.3. представлена эффективная буксировочная мощность EPS = RV/75 л.с; при

модельных, полунатурных и натурных испытаний судов.

Раздел 3.1. посвящен методам проектирования и расчета характеристик судов на подводных крыльях, позволяющим приступить к уточненному определению основных параметров проектируемого судна.

Для уточнения характеристик сопротивления движению, обычно определяемых на основе приближенных статистических зависимостей или после детальной разработки крыльевого устройства судна, расчета его посадки и т.д., может быть использован метод расчета гидродинамического качества СПК на проектной скорости хода, изложенный в подразделе 3.1.1. и позволяющий уже на начальной стадии проектирования судна учесть влияние основных геометрических параметров крыльевой схемы судна и профилей ее несущих элементов, значений коэффициента подъемной силы крыльев, влияние кавитации крыльев на характеристики несущих элементов и сопротивление движению, влияние скорости и водоизмещения судна, а также ограничения, накладываемые на свойства судна массой его крыльевого устройства. По результатам систематических расчетов сопротивления движению характеристик СПК с водоизмещением до 500 тонн и обобщения опыта их проектирования были построены зависимости гидродинамического качества K=A/R от числа Фруда при удлинении крылье в качестве параметра

(рис.3.1.1.1., где 1 - гидродинамическое качество глиссирующих судов с комбинированными обводами; 2 гидродинамическое качество

глиссирующих судов с остроскулыми безреданными обводами; 3

гидродинамическое качество СПК на границе бескавитационного обтекания крыльев для Х=7; 4 - граница целесообразного применения

подводных крыльев по весу (Р,ф=0,15% А). Графики построены при близких к оптимальным Рис.3.1.1.1.

значениях коэффициентов подъемной силы малопогруженных подводных крыльев 0,250,30. Для реальных судов значения могут отличаться от принятых; в этом случае гидродинамическое качество СПК рассчитывается по корректирующим формулам,приведенным в работе.

Предложена также нормированная по числу Фруда относительная зависимость гидродинамического качества судна на любой промежуточной скорости хода от значения качества на проектной скорости, что позволяет приближенно определить сопротивление движению судна во всем диапазоне его скоростей хода. С целью уточнения величины весовой нагрузки судна приведены результаты систематических расчетов массы крыльевой системы СПК, сопоставленные с фактическими данными по построенным судам.

Одним из основных вопросов при проектировании СПК является выбор крыльевой системы, причем в первую очередь. оцениваются ее мореходные свойства. При экспериментальной отработке СПК сравнение качеств крыльевых систем ведется, как правило, опосредованно, по результатам испытаний моделей судов в целом с различными крыльевыми устройствами в условиях волнения при соответствующих трудо- и временных затратах. В подразделе 3.1.2. предложен метод предварительной отработки, с точки зрения мореходных свойств, изолированных крыльевых систем СПК с малопогруженными крыльями на основе их испытаний в условиях тихой воды и сравнения с крыльевыми системами аналогов.

Для характеристики стабилизирующей способности изолированного крыльевого устройства вводятся коэффициент стабилизации и коэффициент жесткости

подъемная сила, погружение и смоченный размах устройства на расчетной ватерлинии, соответствующей ватерлинии эксплуатационной скорости хода судна; Y,h - подъемная сила и погружение при отклонении от расчетной ватерлинии).

В работе представлены предложения по определению оптимальнных значений коэффициента жесткости стабилизации и проанализировано влияние расчетных параметров крыльевых схем (погружения и угла атаки основных несущих поверхностей) на мореходные свойства крыльевых устройств. Сделаны практические рекомендации по улучшению характеристик движения СПК в условиях волнения.

Подраздел 3.1.3. описывает ряд предлагаемых методов для выбора оптимальной формы обводов корпуса и определения сопротивления движению СПК в одном из главных, но мало изученных, режимов хода - при выходе на крылья, основанных на полученных в главе 2 экспериментальных данных по испытаниям серии моделей АЭ: метод последовательных приближений путем расчета посадки судна (при этом в ряде случаев при расчете посадки приближенно можно учесть деформацию поверхности воды за носовым подводным крылом способами, изложенными далее в подразделах 3.1.4. - 3.1.5.); метод на основе определения оптимальных значений положения центра давления сил на корпусе и оптимальных коэффициентов статической нагрузки на корпус в режиме выхода на крылья, и выбор формы обводов методом заданного дифферента. Последние два метода существенно облегчают выбор оптимальной формы корпуса СПК с точки зрения снижения сопротивления движению при выходе судов на подводные крылья.

При использовании первого из них для режима горба сопротивления по диаграммам, приведенным в работе, должны быть подобраны оптимальные текущие значения которые в дальнейшем должны быть обеспечены путем соответствующего проектирования крыльевой системы судна. С помощью графиков оптимальных может также быть

произведена оценка форм обводов корпуса по минимальным значениям обратного гидродинамического качества при постоянных нагрузках.

Метод заданного дифферента заключается в априорном задании угла дифферента, который может иметь судно в режиме горба сопротивления. Возможность использования такого метода подтверждается тем, что, как показывают результаты модельных и натурных испытаний СПК, углы дифферента в этом режиме для большинства судов с неуправляемыми подводными крыльями лежат в узком диапазоне 2 - 5°, что связано с особенностями работы крыльев вблизи свободной поверхности воды, возможностью развития кавитации и срывов потока с несущих поверхностей при больших углах атаки, применяющимися высотами поддерживающих стоек и т.д. С целью апробирования указанного метода результаты испытаний однокорпусных моделей серии АЭ были обработаны в виде зависимостей в =

5° = const и const. Анализ результатов, полученных методом заданного дифферента,

и приведенный в работе, показывает соответствие основных получаемых выводов по влиянию формы обводов корпуса на сопротивление движению выводам, сделанным ранее при свободной дифферентовке моделей.

Подразделы 3.1.4. и 3.1.5. посвящены гидродинамике неполноотрывных судов на подводных крыльях, которая в настоящее время недостаточно изучена, несмотря на существенное количество построенных судов и кораблей такого типа. Сказанное в первую очередь относится к учету взаимодействия носового подводного крыла и корпуса судна. Поэтому в подразделе 3.1.4. рассмотрена задача определения гидродинамических характеристик глиссирующих плоско-килеватых пластин, находящихся в деформированном носовым подводным крылом водном потоке.

Несмотря на то, что форма поверхности воды за подводным крылом имеет сложный пространственный характер, в практически интересном диапазоне

(b - хорда крыла, 1 - его размах) в диаметральной плоскости крыла поверхность впадины близка к синусоиде. Поэтому ряд практических задач, при определенных соотношениях размаха крыла и ширины несущих плоскостей за ним, может быть сведен к движению

Создание СДПП до сих пор во многом основывается на модельных, полунатурных и натурных испытаниях судов, анализе их результатов и учете соответствующих рекомендаций в проектировании. К сожалению, методология проведения соответствующих испытаний, в особенности на открытых акваториях, и их анализа не образует еще замкнутой системы. В связи с этим, в разделе 3.2. представлены методы исследований и анализа испытаний, разработанные автором и проверенные им на конкретных моделях и судах.

В подразделе 3.2.1. приведен упрощенный метод оценки угловых возмущений на крыльях СПК путем проведения измерений нагрузки, действующей на контрольный элемент крыльевого устройства самоходной модели, а также параметров качки модели в условиях ее испытаний на нерегулярном морском волнении. Несмотря на известную условность в разделении углов скоса потока, обусловленных различными видами качки судна, изложенный метод может быть использован, например, для формирования систем автоматического управления поворотными элементами крыльевых устройств СПК, определения коэффициентов усиления по различным их каналам, или прогнозирования величины нагрузок, действующих на элементы подводных крыльев судов.

Подраздел 3.2.2. посвящен сложному, впервые проведенному, системному эксперименту по анализу идентичности явлений кавитационного и срывного характера при испытаниях крыльев в кавитационном бассейне и натурных условиях. На большой самоходной модели СП К в условиях движения на нерегулярном морском волнении производилось тензометрирование величин действующих на крылья нагрузок, синхронные осциллографические записи скорости движения, погружения крыльев, угла их перекладки, а также киносъемка картины обтекания крыльев. При испытаниях малой модели крыльевого устройства в кавитационном бассейне изменялись погружения и углы атаки крыльевого устройства, разрежение над свободной поверхностью воды в корпусе бассейна и, соответственно, числа кавитации, измерялись нагрузки на крылья и производилось фотографирование Рис..3.2.2.1.

картины обтекания. Проведенные испытания позволили исследовать влияние глубины погружения, углов атаки и числа кавитации на особенности развития кавитации и прорыва воздуха на поверхность пересекающих ее элементов крыльевой системы судов. Результаты исследований установили как идентичность явлений кавитации в натурных условиях и при их исследовании в кавитационном бассейне в случаях отсутствия срыва потока с крыльевых элементов, так и сугубо различный характер развития срывов потока и величин возникающих нагрузок на крыльевых элементах в кавбассейне и в натурных условиях, что необходимо учитывать при проектировании крыльевых устройств соответствующих судов. На рис. 3.2.2.1. приведено сопоставление полученных результатов для одного из значений погружения крыла Ь и различных чисел кавитации

Одной из основных целей натурных испытаний судов является проверка их скоростных качеств и определение корректности расчета характеристик гребных винтов и сопротивления движению, имея ввиду наличие трудно учитываемых при расчетах особенностей работы гребных винтов в натурных условиях. На практике сопоставление расчетных и полученных на испытаниях судов данных осуществляется обычно косвенно путем нанесения на расчетные паспортные диаграммы данных по скорости хода, числу оборотов винтов и замеренной мощности двигателей, нередко плохо соответствующих

диаграммам. В подразделе 3.2.3. дан метод определения характеристик работы гребных винтов в натурных условиях на основе результатов натурных испытаний судов, комплексно учитывающий взаимодействие винтов с корпусом судна, неравномерность натекающего на винты потока и их кавитации, с последующим определением сопротивления движению натурного судна. Метод основан на совместном учете расчетных коэффициентов упора и момента некавитирующих гребных винтов в осевом потоке, получаемых опытных данных по параметрам движения судна и работы его энергетической установки, и использовании

эмпирической формулы Э.Э Папмеля для установления связи между

коэффициентами падения упора и полезного действия винта в условиях

неравномерного поля скоростей и кавитации. Метод позволяет получить качественные и количественные характеристики работы гребных винтов высокоскоростных судов различных типов в натурных условиях, и, соответственно, уточненные кривые сопротивления движению судов. В заключение подраздела представлены результаты соответствующего анализа и кривые сопротивления движению двух испытанных под руководством автора натурных судов на подводных крыльях (пр.пр. 12SA и «Мир») в сопоставлении с данными, полученными пересчетом с буксируемых и самоходных моделей этих судов.

Решение проектных задач, связанных с определением технических параметров судов и кораблей в целом в настоящее время все в большей степени основывается на автоматизации процессов проектирования. Глава 4 диссертационной работы отражает разработанные автором принципы, заложенные в проводившиеся ранее в судостроительной отрасли разработки системы автоматизированного проектирования (САПР) СДПП, некоторые предложенные им методы оценки принимаемых при проектировании судов технических решений, а также накопленные в необходимом объеме и проанализированные статистические данные по высокоскоростным судам.

Раздел 4.1. посвящен анализу процесса проектирования судов с динамическими принципами поддержания, выделению специфических особенностей СДПП, как объектов автоматизированного проектирования. Из сформулированных в диссертации принципов построения САПР СДПП непосредственно вытекает необходимость выделения подсистемы "Формирование облика" (САПР ФО), замыкающейся в основном на работы по облику несущей платформы, а в структуре САПР ФО целесообразно выделение подсистемы "Формирование основных параметров облика" (САПР ФОПО), предназначенной для поиска и обоснования принципиальных технических решений по судну, что в дальнейшем позволяет сократить сроки и стоимости проектных и доводочных работ, а также в целом и технический риск при создании этих судов.

При создании указанной САПР СДПП решались три основные задачи: разработка основных принципов построения и структуры САПР, создание соответствующего математического и проблемного программного обеспечения, создание общесистемного программного обеспечения. К ним примыкали задачи выбора технических средств системы и лингвистического обеспечения. В результате указанных работ был создан значительный объем прикладного программного обеспечения (более 30 программных' модулей), предназначенного для расчета характеристик и выбора элементов КАСР и СПК. Было выполнено объединение прикладных программных модулей, с помощью соответствующих общесистемных средств, в единую систему, обеспечивающую хранение и передачу информации, а также взаимодействие ЭВМ и конструктора в режиме диалога. Разработка указанной САПР СДПП верхнего уровня технического проектирования была доведена до стадии отладки, испытаний и оформления документации по системе.

В этом же разделе представлено разбиение расчетных программных модулей на проектировочные и поверочные, описан общий процесс работы системы при специфической для СДПП ведущей роли формирования гидродинамического комплекса и жестких требованиях к весовому проектированию.

САПР СДПП с выделением

СЛПР ИП тз

Л

САПР ТОГО

слпр'ччг (угоЬни)

аВанпроект

эскизный проект

технический проект

САПР . рабочего пцоя-иробо - рабочий

проект

га

гстомкичеа ни -----

Технологической документация

Рис.4.1.1.

Г~тГ

"5585л5ё5Тв5Г

шш * частиопуС«,]

ШгмжМЛтм штч^ВТ

Иерархическая структура интегрированной функциональных подсистем представлена на рис. 4.1.1., а схема алгоритма формирования основных параметров облика СДПП в САПР ФОПО приведена на рис. 4.1.3.

В разделе 4.2. конкретизируются базовые элементы САПР, конфигурация технических средств с учетом диалогового характера построения всей системы, двухэтапная схема работы системы (определение и взаимное согласование параметров и характеристик гидродинамического и двигательно-движительно-нагяетательного комплексов судна, и определение основных параметров конструктивной схемы, оценки нагрузки масс, запасов топлива и достижимой дальности хода, как поверочной величины в процессе проектирования СДПП), а также схема выработки и передачи информации между конструктором, математической моделью САПР и информационной моделью базы данных.

Раздел 4.3. содержит описание структуры базы данных (БД) системы автоматизированного проектирования, состоящей из постоянной части, библиотеки вариантов и информационной модели судна, а также описание составляющих параметров каталогов постоянной части и блоков информационной модели базы данных.

В разделе 4.4. даны примеры построения структуры и принципов работы двух основных расчетных модулей САПР СДПП.

Модуль "Определение параметров гидродинамического комплекса и характеристик сопротивления движению СДПП", описанный в подразделе 4.4.1., построен на принципе анализа характеристик сопротивления движению ряда реализованных ранее физических моделей судов, в том числе моделей серии АЭ, выбора среди них базовых моделей и внесения необходимых коррективов в гидродинамический комплекс с последующим уточнением показателей сопротивления движению. Указанный принцип обеспечивает необходимую точность определения сопротивления движению судна, в том числе в условиях волнения, и возможность Рис.4.1,3.

оптимизировать гидродинамический комплекс судна уже на ранних стадиях его проектирования. Модуль выполнен диалоговым и состоит из двух автономных программных блоков: "Пересчет сопротивления движению с модели-прототипа" и "Расчет сопротивления движению при внесении изменений в параметры ГДК".

Основным принципом построения прикладного программного модуля "Подбор миделевого сечения корпуса" (подраздел 4.4.2.) является обеспечение поиска конструкции минимальной массы при учете основных требований к ее технологичности. Формирование

конструкции минимальной массы в модуле достигается последовательными приближениями от размеров связей, не обеспечивающих требования прочности, к минимальным размерам, при которых эти требования удовлетворяются. Модуль выполнен с диалоговым заданием исходных данных и автоматическим циклом подбора размеров связей. По характеристикам миделевого сечения с достаточной для целей САПР ФОПО точностью может определяться масса металлического корпуса судна в целом.

Использование систем автоматизированного проектирования предусматривает применение методов оценки принимаемых решений по техническому облику судов. Помимо экономических оценок эффективности создания и эксплуатации судов, одними из основных указанных методов должны быть методы определения технического совершенства судов. В общем смысле понятие технического совершенства включает систему понятий технического уровня, качества и технической эффективности судна, как вида соответствующей продукции.

В настоящее время принципы установления системы показателей технического совершенства судов и формирования непосредственно самих показателей не обоснованы в должной мере. Оценка технического уровня судов производится экспертным методом при одновременном использовании различного типа показателей, не объединенных единым подходом, и характеризуется недостаточно корректным их сведением в комплексные показатели. Раздел 4.5. диссертационной работы представляет методологию разработки показателей технического совершенства судов, позволяющую выработать применительно к решению тех или иных задач, стоящих перед судном, законченную систему комплексных безразмерных показателей, которые могут служить критериями оптимизации принимаемых технических решений по техническому облику судна как в процессе его проектирования, так и в целях сравнения с судами-аналогами.

В подразделе 4.5.1. указанная выше методология обосновывается с точки зрения теории подобия физических явлений и объектов, путем переноса ее принципов на решение технических задач проектирования судов, в частности, связанных с их эксплуатацией. С этой целью рассматривается задача установления системы показателей технического совершенства судна, как несущей платформы. Методами теории размерностей определены критерии подобия судов при транспортировке заданного груза на определенное расстояние и с определенной скоростью (или за определенное время). На этом примере показано, что подобный подход к определению критериев технического совершенства судов позволяет получить систему критериев, включающую как уже применяемые, так и новые, дополняющие ее критерии; при этом система полностью описывает решаемую судном техническую задачу.

На основе показателей, полученных выше в подразделе 4.5.1., в подразделе 4.5.2. выводится комплексный „

критерий технической \

эффективности судна по решению транспортной задачи, » который может быть применен при определении технического в облика судна в процессе его

проектирования, в том числе - и -ш---

при использовании САПР. /

Критерий строится на основе и ^

векторных представлений > щ . У. . У

метрики в многомернрм К 5 X X Я 3! К!

СПК.СЬЛ.мроимдолы

евклидовом пространстве

единичных показателей, Рис.4 5.2.1.

нормализованных для рассматриваемого случая как показатели технического уровня судна. Критерий, обозначенный как транспортный рейтинг судна 11Атр и в который входят такие безразмерные показатели, как коэффициент утилизации, пропульсивное гидродинамическое

качество и новый показатель - рейсовый удельный расход топлива судна, позволяет выбирать при проектировании более предпочтительный вариант судна (с технической, но не экономической точки зрения) или сопоставить его техническую эффективность с различными другими типами судов. В заключение подраздела приводятся транспортные рейтинги судов, статистические характеристики которых представлены в разделе 4.6., и показана возможность анализа с помощью рейтинга технических причин его резких отклонений от значений для других судов (рис. 4.5.2.1.).

В разделе 4.6. в безразмерной форме приведены обработанные автором новые статистические зависимости по судам с динамическими принципами поддержания на подводных крыльях, амфибийным судам на воздушной подушке, катамаранам с аэростатической разгрузкой (КАСР) и экранопланам. Указанные зависимости являются необходимой исходной базой данных для начала проектирования СДПП и составляющими БДСАПРСДПП.

Разработка и обоснование концепций технического облика, вопросам которых посвящена заключительная глава 5 работы - краеугольные камни в создании объектов новой техники, в том числе и судов, а особенно - судов новых, пионерских типов. Важность исследований в области концептуального проектирования обусловлена отсутствием в настоящее время формализованных методов разработки концептуальных основ технического облика судов.

В разделе 5.1. рассматриваются основные принципы концепции технического облика крупных кораблей-катамаранов с аэростатической разгрузкой, создание которых осуществлялось в России и в разработке которых автор принимал непосредственное участие.

Начиная с 1970-х годов в ряде стран с развитым судостроением (США, Англия, Франция, Германия, Япония, Норвегия и др.) проводятся исследования и разработки по созданию высокоскоростных кораблей на воздушной подушке со скегами (СКВП). Указанные выше работы не получили должного завершения в виде создания натурных кораблей, так как узкие и маловодоизмещающие скеги кораблей зарубежных проектов обеспечивали им длительные режимы хода только на воздушной подушке при незначительной дальности плавания в водоизмещающем положении, что резко ограничивало дальность действия кораблей и лишало их ряда тактических качеств. В дальнейшем эти исследования были переориентированы на двухрежимный тип кораблей, аналогичный разрабатывавшемуся в России.

В подразделах 5.1.1. и 5.1.2. описаны организация и принципы долгосрочной программы развития отечественных КАСР большого водоизмещения, в рамках которой, в частности, выбирались технические решения по проекту "Сивуч", как проекту корабля I этапа указанной программы. Корабли "Бора" и "Самум" проекта "Сивуч" спроектированы ФГУП ЦМКБ "Алмаз" и уже находятся в составе отечественного ВМФ. Особенностью этого этапа программы являлось всемерное ускорение создания кораблей с целью скорейшего накопления научно-технического опыта в области новой технологии КАСР. Основой для выбора типа гидродинамической платформы для корабля служили результаты исследований характеристик быстроходных катамаранов, изложенные выше в главе 2 настоящей работы. Сутью проектной концепции корабля "Сивуч", как и других перспективных кораблей указанной программы, является двухрежимность - возможность использования для решения задач как высокоскоростного режима движения на воздушной подушке, так и режимов средних и малых ходов в водоизмещающем положении. Проектная концепция отечественных КАСР большого водоизмещения изложена в подразделе 5.1.3.

Техническое обоснование программы развития КАСР и ее реализуемость основывались на указанных выше широких научно-исследовательских разработках как в области гидродинамики быстроходных катамаранов, так и на достижениях в ряде других технических дисциплин. Кроме того, автором был выполнен анализ (подраздел 5.1.4.) основных технических характеристик двухрежимных КАСР на основе систематических проектных проработок в диапазоне водоизмещении 1000-6000 тонн и обрисованы пределы

Раздел 5.2. посвящен разработке концептуальных основ проектирования и создания нового, наиболее скоростного вида морских средств - экранопланов. На основе анализа предшествующего этапа развития экранопланов автором настоящей работы было сделано предложение о проектировании и создании тяжелых экранопланов П поколения с основной особенностью в их техническом облике - двухрежимностью. Двухрежимность в концепции технического облика экранопланов II поколения означает создание их, как объектов морской техники, комбинированно сочетающих в себе качества, присущие и водоизмещающим судам и самолетам, что предопределяет первенство не столько аэродинамического совершенства, сколько корабельных качеств экранопланов. Соответственным образом автором, как руководителем отраслевой НИР "Проектные и экспериментальные исследования в обеспечение отработки аэрогидродинамической компоновки перспективных экранопланов" было организовано взаимодействие с участвовавшими в НИР ЦКБ по СПК, как проектирующей организации, и с другими участниками работы (подраздел 5.2.1.).

Концепция технического облика предложенных тяжелых двухрежимных экранопланов II поколения (подраздел 5.2.2.) основывается на выполненном автором анализе технических характеристик экранопланов I поколения и сопоставлении их с характеристиками аналогов -современных тяжелых транспортных самолетов и гидросамолетов. Исследованию были подвергнуты аэродинамическая эффективность экранопланов в полете на разных высотах от поверхности воды, в том числе влияние волнения моря на дальность полета, гидроаэродинамическое качество при взлете с тихой и взволнованной поверхности моря, весовое совершенство судов в целом и их основных отдельных агрегатов, энергетическая и топливная эффективности экранопланов, а также возможность оптимизации состава их энергоустановок с точек зрения массы энергоустановок °беспечении

равных ускорений взлета.

БИБЛИОТЕКА С. Петербург

09 МО «■»

А

акваториях, гидроаэродинамические характеристики экраноплана при взлете и аэродинамические характеристики в полете, зависимость между дальностью полета и полезной нагрузкой экраноплана, составляющие его весовой нагрузки и распределение весов конструкций, полезных площадей и объемов по корпусу экраноплана. На рис.5.2.3 3 приведены дальность полета и полезная нагрузка тяжелого двухрежимного экраноплана с массой 750т.

Указанные разработки послужили основой для обоснования двух предложений по возможному практическому использованию тяжелого двухрежимного экраноплана.

В подразделе 5.2.3.1. представлены соображения по созданию Глобальной Международной системы морской безопасности на основе тяжелых двухрежимных экранопланов II поколения, предназначенной для обеспечения деятельности человека в морских и океанских регионах (Sea Safety System - SSS) и для осуществления в море задач, которые не могут быть решены другими имеющимися средствами оказания

помощи терпящим бедствие в море судам Фото. 5.2.3.1.1.

и самолетам, оказания первой экстренной помощи при экологических катастрофах, производственного и экологического мониторинга морей и океанов, охраны заповедных зон и т.д. и т.п. Приведены оценки по количеству и размещению портов-баз системы, соответствующим техническим

средствам системы, финансовым затратам, необходимым для ее создания и эксплуатации. Показано, что создание и эксплуатация системы возможны и по силам мировому сообществу уже в настоящее время.

На фото.5.2.3.1.1. показан общий вид тяжелого двухрежимного экраноплана с массой 750 тонн, а на рис. 5.2.3.1.1 - зоны действия экранопланов системы SSS.

В подразделе 5.2.3.2. приведены первоначальные оценки использования тяжелого экраноплана II поколения, как старто-посадочной площадки для осуществления на поверхности океана горизонтальных старта и посадки многоразовых космических аппаратов-челноков.

Мировой океан все более широко вовлекается в сферу разносторонней деятельности человека. Его огромные акватории позволяют решать некоторые важные технологические задачи человечества на качественно более высоком уровне. Одной из таких задач является создание и эксплуатация перспективных систем освоения космического пространства.

Объективные предпосылки использования мирового океана Для развития космических систем связаны с возможностью снизить энергозатраты по выводу в космос полезной нагрузки за счет запуска космических аппаратов из экваториальных широт, исключить отчуждение территорий суши в зонах падения отработанных ступеней ракетоносителей, обеспечить мобильность всей системы запусков и расширить районы стартов, а также и диапазон наклонений орбит космических аппаратов, повысить экологическую и аварийную

Рис.5.2.3.1.1.

безопасность эксплуатации космических систем. В целом морской старт может позволить значительно снизить стоимость доставки полезной нагрузки на орбиты. Например, при переносе космических запусков России из высоких широт, где расположены ее сухопутные космодромы, в районы экватора величина выводимой одними и теми же ракетоносителями полезной нагрузки возрастаете 1,7-2 раза.

В настоящее время использование экранопланов представляет практически единственный возможный вариант осуществления как старта, так и, особенно, морской посадки многоразовых воздушно-космических самолетов (ВКС).

В работе представлен возможный вариант инфраструктуры указанной системы и проанализированы ожидаемые преимущества в ее эксплуатации. В подтверждение реальности создания и эксплуатации предлагаемой системы выполнены соответствующие аэродинамические исследования совместного полета экраноплана-разгонщика-приемщика и двухступенчатого воздушно-космического самолета разработки Военного инженерно-космического университета им.А.Ф.Можайского как в состыкованном с ВКС положении, так и в процессе их разделения. Испытания показали, что несмотря на некоторое падение коэффициента подъемной силы экраноплана (в состыкованном с ВКС положении) в рабочем диапазоне его углов атаки и высот движения над подстилающей поверхностью, а также более существенное увеличение коэффициента сопротивления движению системы, использование взлетного резервирования тяги экраноплана в режиме состыкованного полета всегда обеспечивает

функционирование всего комплекса.

На фото.5.2.3.2.1. показана модель

экраноплана с воздушно-космическим самолетом, испытанная в

аэродинамической трубе. Фото .5.2.3.2.1.

Результаты исследований и разработок, изложенные выше, позволяют сделать общий вывод о практической технической реализуемости морского старта и посадки многоразовых воздушно-космических самолетов на основе уже достигнутого к настоящему времени уровня судо-авиа-космических технологий.

В заключение следует отметить, что экспериментальные исследования, упомянутые и использованные выше в диссертационной работе, осуществлялись на открытых водоемах различных опытно-экспериментальных баз ЦМКБ "Алмаз", в открытых и кавитационном бассейнах ЦНИИ им.акадА.Н.Крылова, в его аэродинамической трубе и на различных опытных установках Горьковского Филиала ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова, в аэродинамической трубе Военного инженерно-космического университета им.А.Ф.Можайского, а также на сдаточных базах ряда судостроительных заводов на Черном, Балтийском и Японском морях. Кроме автора, в организации и проведении экспериментальных исследований участвовало большое число сотрудников указанных организаций, которым автор выражает глубокую признательность.

В заключении приведен краткий обзор основных результатов и общие выводы по работе.

Основные результаты работы.

Основные итоги работы сводятся к следующему:

В диссертационной работе решена важная народно-хозяйственная и оборонная задача: создание новых типов судов с динамическими принципами поддержания, обладающих высокими скоростными и мореходными качествами, в том числе разработка теории и методов определения технических параметров высокоскоростных судов, позволяющих рационально проектировать их гидродинамический комплекс и определять общепроектные элементы технического облика судов.

Для решения указанной задачи:

-систематически исследованы гидродинамические характеристики высокоскоростных однокорпусных судов переходного и глиссирующего режимов движения и судов на подводных крыльях, с расширенным диапазоном параметров формы корпуса и параметров его нагрузки, в части сопротивления движению на тихой воде и в условиях нерегулярного ветрового волнения, остойчивости и мореходности на различных курсовых углах к бегу волн; разработаны рекомендации, позволяющие оптимизировать форму корпуса судов в зависимости от режима их движения и параметров нагрузки или, в противном случае, выбирать оптимальные параметры нагрузки в зависимости от формы корпуса и режима движения;

-впервые в мире исследованы гидродинамические характеристики указанных выше типов судов с катамаранной формой корпуса; разработаны рекомендации по выбору величины горизонтального клиренса катамаранов, оптимизации формы их внутреннего борта и других параметров формы корпуса, а также параметров нагрузки катамаранов, определено изменение гидродинамических характеристик судов при образовании катамаранов из однокорпусных судов путем разделения их по диаметрали;

-впервые в мире предложен к использованию и исследован в части гидродинамики новый тип глиссирующих катамаранов с разгружающими подводными крыльями; показана возможность значительного повышения гидродинамических характеристик при использовании таких высокоскоростных судов и разработаны рекомендации по оптимизации их несущей системы;

-впервые в мире предложен к использованию и исследован в части гидродинамики новый тип СДПП-катамаранов - катамаранов с аэростатической разгрузкой, имеющих высокие гидродинамические характеристики и позволяющих достичь двухрежимности в эксплуатации - как на высоких скоростях, так и малых и средних режимах движения; даны рекомендации по формированию воздушной подушки и выбору параметров подаваемого в нее воздуха;

-разработаны расчетные и экспериментальные методы определения и анализа характеристик судов на подводных крыльях, позволяющие рационально проектировать несущие системы, определять действующие на них нагрузки в условиях нерегулярного волнения, учитывать явления срыва потока с подводных крыльев, выбирать оптимальную форму корпуса и рассчитывать ходовую посадку судов с учетом деформации водной поверхности за подводными крыльями, определять характеристики работы гребных винтов в натурных условиях с учетом наличия кавитации винтов в реальном неравномерном поле скоростей, вычислять значения сопротивления движению СПК как на начальных этапах их проектирования, так и по данным натурных испытаний судов;

-разработаны основные принципы и структура системы автоматизированного проектирования СДПП с выделением лодсистем верхнего уровня внутреннего проектирования, введением диалогового режима в управлении работой системы, построением отдельных специализированных информационных блоков системы, определением параметров гидродинамического комплекса судов на основе каталогов данных физических моделей и т.д.; предложена методология формирования критериев технического совершенства судов на основе установления систем критериев подобия, позволяющих в полной мере охарактеризовать соответствующие качества судов, и которые могут быть использованы в процессе проектирования для выбора оптимальных, с технической точки зрения, конструктивных решений;

-обоснована проектная концепция создания высокоскоростных СДПП большого водоизмещения, как двухрежимных катамаранов с аэростатической разгрузкой; разработаны основные принципы программы развития отечественных КАСР и осуществлена ее практическая реализация при сопровождении создания наиболее крупных в мире кораблей с динамическими принципами поддержания проекта "Сивуч" и при разработке КАСР других проектов с водоизмещением до 6000 тонн;

-разработаны концептуальные положения технического облика перспективных тяжелых экранопланов II поколения, как двухрежимного вида морской техники, и определены проектные параметры и характеристики тяжелого двухрежимного экраноплана II поколения (с взлетной массой ок.750 тонн), который может служить основой, в частности, для создания:

- многоцелевой Международной глобальной системы морской безопасности, применительно к которой выполнено предварительное определение ее инфраструктуры и оценка стоимости создания системы и ее эксплуатации; показана практическая реализуемость такой системы;

- системы Морского старта-посадки перспективных многоразовых воздушно-космических самолетов; на основе выполненных экспериментальных исследований обоснована возможность использования тяжелого экраноплана II поколения в качестве разгонно-принимающей ступени для запуска и приема на водных акваториях ВКС.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

1. О сравнительных характеристиках схем крыльевых устройств. Ж. «Судостроение», №1, Л-

д, 1966.

2. Определение сопротивления СПК на начальных этапах проектирования. Ж.«Судостроение», №6, Л-д, 1968.

3. Результаты натурных ходовых испытаний судна на подводных крыльях «Стрела-1».

«Доклады XVI Всесоюзной н.-т. конференции по теории корабля», вып.№73, Л-д, 1966.

4. Движение глиссирующих пластин в стационарной волне за подводным крылом. «Доклады

XXVIII Всесоюзной н.-т. конференции по теории корабля», вып.№104, Л-д, 1968.

5. Характеристики остойчивости и мореходности судов на подводных крыльях с

катамаранной формой корпуса. «Научно-технический сборник», вып. 2, Регистр СССР, Л-д, 1972 (в соавторстве с Ермолаевым С.Г. и Рапопортом Б.Е.).

6. Особенности гидродинамики быстроходных катамаранов. Ж. «Судостроение», №8, 1976 (в

соавторстве с Ермолаевым СП, Тедером Л.А. и Рабиновичем Я.С.; также см. Hydrodynamic Features of High Speed Catamarans, «Hovering craft and hydrofoil», vol.16, №11-12, Kalerghi Production, UK, 1977).

7. Результаты исследований по формированию технического облика кораблей на воздушной

подушке со скегами. «Проблемные вопросы проектирования кораблей», вып.З, «Румб», Л-д, 1983 (в соавторстве с Коноплевой И.В.).

8. Основные требования к характеристикам экранопланов II поколения. «Проблемные вопросы проектирования кораблей», вып.З, «Румб», Л-д, 1983.

9. Научно-технические проблемы разработки и создания катамаранов с аэростатической разгрузкой. «Судостроительная промышленность», вып. 15, «Румб», Л-д, 1988.

10. Принципы и особенности САПР «Формирование облика быстроходных надводных кораблей», «Судостроительная промышленность», вып. 21, «Румб», Л-д, 1989.

11. САПР «Формирование основных параметров облика КАР-КВПС», «Судостроительная промышленность», вып. 21, «Румб», Л-д, 1989 (в соавторстве с Капрановым О.М. и Марковым В.А.).

12. The theory of rating estimation of ships technical perfections. «Designing in Shipbuilding (Planning, Conceptions, Applied Problems)», ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова, С-Пб., 1994.

13. A global international sea safety system based on heavy-class wing-in-ground effect crafts. Ж. «Sudostroenie», №5, С-П6., 2001.

14. Многокорпусное судно. Авторское свидетельство на изобретение, №361920 (в соавторстве с Ермолаевым С.Г., Тедером Л.А., Рапопортом Б.Е., Крепсом Р.Г., Рабиновичем Я.С., Шевелевичем В.Я.).

15. Исследование формы обводов корпуса судов на подводных крыльях. «Гидродинамика быстроходных судов», Изд. «Судостроение», вып. 124, Л-д, 1969.

16. Гидродинамические характеристики судов на подводных крыльях в переходном режиме.

«Гидродинамика быстроходных судов», Изд. «Судостроение», вып. 140, Л-д, 1969.

17. Расчет посадки судов с носовым подводным крылом. «Гидродинамика быстроходных судов», Изд. «Судостроение», вып. 140, Л-д, 1969.

18. Концепция технического облика перспективных тяжелых экранопланов. «Труды н.-т. конференции, посвященной 125-летию со дня рождения И.Г.Бубнова», ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова, С-Пб., 1997.

19. Анализ основных технических характеристик быстроходных катамаранов с аэростатической разгрузкой. «Сб. тезисов V междун. конференции по судостроению, судоходству, освоению океана и шельфа «Нева-99», ЛЕНЭКСПО, 1999.

20. Место экранопланов в системе транспортных средств и основные направления в развитии

их технического облика. «Доклады н.-т. конференции по гидроавиации «Геленджик-96», ТАНТК им.ГМБериева, ГосНИЦ ЦАГИ, М., 1996.

21. Глобальная система спасания людей и технических средств, терпящих бедствие на море,

с помощью тяжелых кораблей-экранопланов. Сб. «Научные чтения, посвященные 100-летию со дня рождения РЛБартини», ГосНИЦ ЦАГИ, ТАНТК им.Г.М.Бериева, М., 1997.

22. XXI Century's Ekranoplane Systems - SSS and WSL. «Proceedings GEM 2000 International

Conference», СПб Морской Технический Университет, С-Пб., 2000 (в соавторстве с Савищенко Н.П.).

23. New type technology evolution program planning: KACP (Large air cushion-assisted catamarans) innovations. «Proceedings ofthe III International Conference NSN'2003», ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова, С-Пб., 2003 (в соавторстве с Капрановым О.М.).

24. Seaworthy, high-speed, small-displacement craft for the coastal fleet. «Proceedings of the Institute of Marine Engineers conference «Cost Effective Maritime Defence», Plymouth-London, UK, 1994.

25. Conceptual bases of WIG craft building: ideas, reality and outlooks. «RTO Meeting Proceedings «Fluid Dynamics Problems of Vehicles Operating Near or in the Air-Sea Interface», RTO/NATO, Amsterdam, 1998.

26. Study of Sea Launch Concept of Aerospace Shuttle with Heavy Class Ekranoplane as Takeoff

and Landing Assist. «Proceedings of 6 International Symposium on Marine Engineering», vol.II, The Marine Engineering Society in Japan, Tokyo, 2000 (в соавторстве с Небыловым А.В., Савищенко Н.П., Томита Н., Юошида Ю.).

27. Space plane/ ekranoplane system.«Proceedings of Astrodynamic Symposium», ISAS, Tokyo, 2001 (в соавторстве с Небыловым А.В. и Томита Н.).

28. Морской старт многоразовых космических аппаратов с использованием тяжелых экранопланов. Ж. «Судостроение», №5, С-Пб., 2001 (в соавторстве с Небыловым А.В., Савищенко Н.П.).

$2497®

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Введение в проектирование СДПП.

1.1. Общая характеристика судов и кораблей с динамическими принципами поддержания. Классификация типов.

1.2. Особенности СДПП, определяющие специфику их проектирования.

1.3. Состав и структура процесса проектирования СДПП.

Глава 2. Исследование гидродинамических характеристик судов с динамическими принципами поддержания различных типов.

2.1. Форма обводов корпуса СДПП. Систематическая серия моделей АЭ.

2.2. Сопротивление воды движению СДПП.

2.2.1. Переходные и глиссирующие СДПП (ГЛ).

2.2.1.1. Однокорпусные суда (ГЛО).

2.2.1.2. Суда-катамараны (ГЛК).

2.2.2. СДПП-катамараны с гидродинамической разгрузкой (КГР).бб

2.2.3. СДПП на подводных крыльях (СПК).

2.2.3.1. Однокорпусные суда (СПКО).

2.2.3.2. Суда - катамараны (СПКК).

2.2.4. СДПП-катамараны с аэростатической разгрузкой (КАСР).

2.2.5. Сопротивление движению СДПП на волнении.

2.3. Остойчивость СДПП.

2.4. Мореходные качества СДПП.

2.5. Сопоставительные характеристики типов СДПП.

Глава 3. Методы определения характеристик судов на подводных крыльях.

3.1. Методы определения технических характеристик и параметров. 3.1.1. Определение сопротивления движению на начальном этапе проектирования.

3.1.2. Проектирование и оценка мореходных качеств крыльевой системы.

3.1.3. Методы выбора формы обводов корпуса.

3.1.4. Гидродинамические характеристики глиссирующих за подводным крылом плоско-килеватых пластин.

3.1.5. Расчет посадки неполноотрывных СПК с носовым крылом.

3.2. Методы анализа модельных и натурных испытаний. 3.2.1. Экспериментальное исследование угловых возмущений на крыльях СПК в условиях нерегулярного волнения.

3.2.2. Прогнозирование явлений срыва потока с подводного крыла на реальном морском волнении.

3.2.3. Определение характеристик работы гребных винтов и сопротивления движению по данным натурных испытаний.

Глава 4. Формирование основных параметров технического облика СДПП в системах автоматизированного проектирования.

4.1. Основные принципы и особенности построения САПР

СДПП.

4.2. Построение САПР ФОПО и конфигурация технических средств.

4.3. Структура базы данных САПР ФОПО.

4.4. Особенности построения модулей САПР СДПП.

4.4.1. Определение параметров гидродинамического комплекса и характеристик сопротивления движению СДПП.

4.4.2. Подбор миделевого сечения корпуса.

4.5. Критерии технического совершенства судов.

4.5.1. Построение критериев технического совершенства судов.

4.5.2. Рейтинговые оценки качеств судов.

4.6. Систематика основных технических характеристик СДПП.

Глава 5. Обоснование и реализация в практике судостроения основных концепций и направлений в проектировании и развитии отечественных высокоскоростных судов с динамическими принципами поддержания. 5.1. Крупные корабли-катамараны с аэростатической разгрузкой.,

5.1.1. Организация работ по созданию КАСР большого водоизмещения.

5.1.2. Основные принципы программы развития отечественных КАСР.

5.1.3. Проектная концепция КАСР большого водоизмещения.

5.1.4. Техническое обоснование программы развития КАСР.

5.1.5. Практическая реализация программы развития отечественных КАСР.

5.2. Концептуальные основы перспективного экранопланостроения.

5.2.1. Уроки истории экранопланостроения.

5.2.2. Концепция технического облика тяжелых экранопланов II поколения.

5.2.3. Проектные обоснования экранопланов II поколения для некоторых сфер использования.

5.2.3.1. Меадународная глобальная система морской безопасности.

5.2.3.2. Система морского старта-посадки многоразовых космических аппаратов.

Суда и корабли с динамическими принципами поддержания ( в дальнейшем сокращенно объединенные термином «суда» и абревиатурой «СДПП» ) в настоящее время широко распространены. Основными типовыми представителями СДПП являются глиссирующие суда и суда переходного гидродинамического режима движения (ГЛ), суда на подводных крыльях (СПК), на воздушной подушке (СВП), а также экранопланы (ЭП).

Использование СДПП позволяет достичь высоких скоростей движения, вплоть до 200 -250 узлов, и ряд задач на море может быть решен только с помощью судов с динамическими принципами поддержания.

Истекший период развития СДПП в целом характеризуется накоплением опыта их создания и эксплуатации, уточнением оценки вклада в решение транспортных и других задач, переходом от опытно-конструкторских работ к серийному строительству судов хорошо зарекомендовавших себя типов. В настоящее время существует уже большое количество линий, на которых скоростные суда успешно конкурируют с другими видами морского, сухопутного и воздушного транспорта. Круг стран, эксплуатирующих СДПП и имеющих в составе своих гражданских, военно-морских, пограничных, таможенных и др. флотов скоростные суда и корабли, постоянно расширяется. За последнее десятилетие общее число СДПП, находящихся в эксплуатации в мире, возросло почти на 45%, а ориентировочный годовой объем только пассажирских перевозок увеличился почти в 2 раза и составил к концу XX столетия ок. 320 миллионов человек.

Однако период интенсивного развития судов с динамическими принципами поддержания, начавшийся во второй половине XX столетия, еще далек от своего завершения ввиду устойчивой тенденции мирового судостроения к повышению скоростных качеств морских средств. Современный этап развития СДПП ознаменован появлением таких новых типов судов, как глиссирующие суда с нетрадиционными формами обводов или с различными устройствами, позволяющими снизить сопротивление движению и повысить мореходные качества (например - с помощью элементов подводных крыльев, управляемых интерцепторов, искусственной каверны или воздушной смазки), СДПП на подводных крыльях новых конструктивных схем (в том числе с использованием автоматического управления подводными крыльями), крупные амфибийные и скеговые суда на воздушной подушке, скоростные катамараны различных типов, экранопланы и т.д.

Следует подчеркнуть, что честь первооткрывателей в появлении и развитии многих новых типов СДПП принадлежит отечественным конструкторам и ученым, как и в развитии основополагающих разделов теории их проектирования. По ряду новых типов СДПП Россия достигла и продолжает сохранять преимущественное положение в их развитии, а в отношении некоторых отечественных научно-технических разработок СДПП можно отметить, что за рубежом еще только приступают к изучению и освоению аналогичных идей и конструкций.

В работах по созданию отечественных СДПП принимает участие большое число проектных и научно-исследовательских организаций как судостроительной, так и смежных отраслей промышленности, организаций заказчиков, заводов-строителей различного профиля и т.д. Ведущая роль в развитии отечественных СДПП принадлежит таким организациям, как ФГУП «ЦМКБ «Алмаз», ОАО «ЦКБ по СПК им.Р.Е.Алексеева», ФГУП «Зеленодольское ПКБ», ФГУП ГНЦ РФ «ЦНИИ им.акад.А.Н.КРЫЛОВА», ФГУП «1 ЦНИИ МО РФ», ГосНИЦ ЦАГИ им.проф.Н.Е.Жуковского, Гос. Морской технический университет, ЗАО «ЦНИИ МФ», Российский Морской Регистр Судоходства и ряду других организаций.

Вопросы теории проектирования и практики создания СДПП весьма широко освещены в технической литературе. Опубликовано и продолжает публиковаться большое число отдельных статей, тематических сборников, материалов технических конференций. Обобщению достигнутых результатов посвящены ряд монографий [1 - 21 и др.], справочная [22 - 41 и др.] и учебная литература [42 - 46 и др.]. В этой связи следует отметить работы

Егорова И.Т., Масеева М.Б., Пашина В.М., Русецкого A.A., Садовннкова Ю.М., Рождественского К.В., Эпштейна Л.А., Соколова В.Т., Синицына Д.Н., Маскалика A.M., Волкова Л.Д., Ляховицкого А.Г., Паравяна Э.А., Цоя Л.Г., Колызаева Б.А., Дьяченко В.К. Демешко Г.Ф., Денисова В.И., Перельмутра A.C., Загорулько Л.К., Косорукова А.И., Плисова Н.Б., Лукашевича А.Б., Ваганова A.M., Абрамовского В.А. Бунькова М.М., Мартынова А.И., Володина Н.С., Лукашевского В.А., Бенуа Ю.Ю., Блюмина В.И.,Иванова Л.А., Дробленкова В.Ф., Титова И.А., Басина М.А., Панченкова А.Н., Иконникова В.В., Ханжонкова В.И., Жукова В.И.,Радовицкого ГЛ., Мавлюдова М.А., Злобина Г.П., Смирнова С.А., Войткунского Я.И., Белавина Н.И. и многих других исследователей и проектантов.

Как появление новых типов СДПП, так и совершенствование уже существующих ставит исследователей и проектантов перед необходимостью решать новые специфические задачи. При этом динамичное развитие СДПП предопределяло и во многом еще предопределяет первенство практики проектирования и создания судов и кораблей перед развитием теории их проектирования, упреждающую создание расчетных методов отработку конструкций на основе опытно-экспериментальных исследований. В связи с этим и несмотря на то, что большой объем выполненных разработок и исследований по судам с динамическими принципами поддержания позволяет уже сейчас рационально проектировать многие их элементы, ни соответствующие разделы специальных наук, ни общая теория проектирования СДПП не могут считаться разработанными в законченном виде.

Сказанное выше особенно справедливо по отношению к исследованиям и созданию СДПП новых типов. В проектировании СДПП не развиты разделы, в которых были бы проанализированы имеющие место на практике особенности разработки СДПП новых типов и в которых устанавливались бы общетеоретические положения по формированию их технического облика, определялись соответствующие особенности процесса проектирования, рассматривались вопросы выработки концепций технического облика новых типов судов.

Основным фактором, обуславливающим необходимость постоянного развития и расширения различных разделов теории проектирования судов с динамическими принципами поддержания и развития связанных с ними специальных наук является то, что накопленная по этим судам научно-техническая информация не является исчерпывающей. В первую очередь это справедливо в отношении ведущей в проектировании СДПП дисциплины - гидроаэродинамики, поскольку интенсивное появление новых типов СДПП требует постоянного совершенствования существующих методов определения их гидроаэродинамических характеристик и разработки соответствующих новых методов. То же следует сказать и в отношении развития методов проектирования СДПП, как объектов в целом, т.е. методов определения всего комплекса проектных параметров их технического облика.

Т.о., развитие теории и практики проектирования СДПП выдвигает ряд общих задач, решение которых необходимо для создания новых типов высокоскоростных судов, а именно задач:

- выявления технических особенностей СДПП новых типов, определяющих специфику их проектирования;

- накопления научно-технической информации и развития прикладных методов формирования, в первую очередь, гидродинамического комплекса судов;

- развития методов определения основных технических проектных параметров судов в целом;

- выработки, с учетом вышесказанного, ведущих концепций технического облика новых типов судов.

Настоящая диссертационная работа представляет собой комплекс исследований в рамках решения указанных выше научных задач. Исследования и методы, изложенные ниже, выполнены и разработаны автором в процессе его непосредственного участия в создании судов и кораблей с динамическими принципами поддержания, начиная с 1960 г. Критерием для представления в настоящей диссертации соответствующих исследований и методов служила их строгая практическая направленность и предшествующая апробация в конструкторских бюро и исследовательских организациях. Научные задачи, решению которых посвящена диссертация, выдвигались самой практикой проектирования, создания и развития СДПП и касаются проблем, не освещенных или недостаточно освещенных до того в работах других авторов и в научно-технической литературе. Особой заботой автора было то, чтобы материалы диссертации могли быть непосредственно использованы при практическом проектировании судов.

Указанное выше многообразие СДПП нашло свое отражение и в диссертационной работе, затрагивающей различные типы судов с динамическими принципами поддержания -от безотрывных судов переходного и глиссирующего режимов движения, до полноотрывных судов-экранопланов. Многочисленность проблем, связанных с созданием СДПП, выразилась в широкой тематике представленных вопросов проектирования - от специальных задач отработки гидродинамического комплекса СДПП, до разработки концептуальных проектных положений в целом по техническому облику новых типов судов.

Структура задач и основные взаимосвязи между ними в диссертационной работе представлены на блочной схеме рис.1.

Головной блок структуры задач посвящен определению общетеоретических положений по разработке технического облика высокоскоростных судов с динамическими принципами поддержания, развитых и конкретизированных в диссертации непосредственно для СДПП новых типов. Сказанное выше потребовало соответствующего анализа развития облика как высокоскоросных судов в целом, так и их основных агрегатов, в частности. Учет сложившейся практики разработки и создания СДПП обусловил необходимость уточнения состава и структуры процесса проектирования высокоскоростных судов, введения ряда новых понятий и расстановки соответствующих акцентов.

Из задач, поставленных в головном блоке, непосредственно вытекают структура и содержание последующих прикладных разделов диссертационной работы.

Первый блок прикладных задач связан с формированием гидродинамического комплекса СДПП новых типов. Формирование гидродинамического комплекса указанных судов требует решения, прежде всего, трех основных задач, а именно:

- пионерского поиска и последующего исследования новых типов и форм судов и их специфических несущих устройств;

- разработки и развития методов расчетов несущего гидродинамического комплекса;

- разработки и развития методов исследований и анализа гидродинамических характеристик судов.

В отношении первой из указанных задач следует отметить, что, на момент проведения изложенных в диссертации экспериментальных исследований, отсутствовали систематические данные по одному из основных элементов гидродинамического комплекса СДПП, а именно - по форме корпуса с учетом специфики различных типов судов с динамическими принципами поддержания. Можно сказать, что ранее в рамках определенного диапазона параметров формы корпуса в достаточной степени были изучены только характеристики однокорпусных судов переходного и глиссирующего режимов движения. Даже для одного из наиболее хорошо изученных типов СДПП - однокорпусных судов на подводных крыльях (СПК) - не были в систематическом виде и в достаточно широком диапазоне исследованы параметры формы как носовой, так и, особенно, кормовой оконечности корпуса, что представляет специфический интерес для СПК.

На момент проведения настоящих исследований полностью отсутствовали экспериментальные данные и, соответственно, их анализ и рекомендации к проектированию, по характеристикам форм корпуса высокоскоростных катамаранов любых видов, не разрабатывались и не изучались возможности повышения их гидродинамических характеристик, например, с помощью впервые рассмотренных в диссертации гидродинамической или аэростатической разгрузок.

Сказанное выше потребовало систематического экспериментального исследования особенностей гидродинамики корпуса СДПП различных, в первую очередь - новых типов (особенно - катамаранов); кроме того, было необходимо исследовать различного типа комбинации несущих элементов СДПП, позволяющие значительно повысить характеристики ходкости, мореходности и остойчивости судов. В результате автором, на основе проведенных им в ЦМКБ «Алмаз» исследований серии моделей АЭ, были сделаны соответствующие выводы и рекомендации по новым типам несущего гидродинамического комплекса высокоскоростных судов и его элементам (другой важный элемент полного гидродинамического комплекса СДПП - движительный комплекс - в указанных исследованиях не рассматривался).

Представленные в следующих двух подразделах первого блока задач методы расчета несущего гидродинамического комплекса СДПП, исследований и анализа модельных, полунатурных и натурных испытаний развиты автором применительно к судам на подводных крыльях, однако некоторые из них могут быть использованы и для других типов СДПП.

Для судов на подводных крыльях, несмотря на широкое распространение этого типа СДПП, до сих пор в недостаточной мере разработаны способы оценки основных проектных характеристик на начальных стадиях проектирования и соответствующие методы расчета гидродинамического комплекса, в частности - определения сопротивления движению, методы выбора крыльевой схемы и определения оптимальной формы корпуса с учетом его сопротивления движению в одном из самых сложных режимов - при выходе судна на крылья, отсутствовали методы учета волнового взаимодействия подводных крыльев и корпусов судов, расположенных за подводными крыльями в деформированном ими потоке.

Методы, изложенные в диссертации, позволяют на начальных стадиях проектирования:

- в отличие от применяемых статистических оценок с достаточной для практики точностью расчетным путем, с учетом геометрических параметров крыльевой схемы, величин нагрузок, влияния кавитации и ряда других факторов, определить значения сопротивления движению судов;

- оценить характеристики и отработать элементы крыльевой системы путем испытаний изолированных крыльевых устройств на тихой воде, до проведения испытаний моделей судна на волнении, как это обычно имеет место;

- исключив обычно проводимые для этого модельные испытания, подобрать и оптимизировать форму обводов корпуса судна и определить величину его сопротивления движению, в том числе в режиме выхода на крылья, на основе использования полученных в предыдущем разделе диссертации экспериментальных данных по серии АЭ;

- в отличие от существующих методов, рассчитать гидродинамические характеристики корпуса судов, движущегося в деформированном подводным крылом потоке, и учесть взаимодействие подводных крыльев и корпуса при определении посадки неполноотрывных СПК, а в ряде случаев - и при расчете посадки полноотрывных судов на режиме выхода на крылья.

Модельные, полунатурные и натурные испытания и их анализ являются как мерилом корректности методологической основы расчета характеристик гидродинамического комплекса судов, так и источником пополнения статистической базы их проектирования достоверной информацией. Для СДПП проведение такого анализа имеет особую важность ввиду трудностей учета, при расчете или пересчете с моделей на натуру гидродинамических характеристик, таких явлений, как срыв потока и кавитация на несущих поверхностях, выступающих частях и гребных винтах, а также ввиду невозможности корректного определения по данным модельных испытаний сопротивления движению в переходных режимах. Между тем, методы проведения исследований и анализа испытаний СДПП в целом развиты недостаточно, а по ряду характеристик судов отсутствуют вообще. тз к о п ё л се

НЧ о о

Л) хз н ро я к о я я о 5(

43 р

СИ о н л> о о а о

•о И

З

X г х а сг (Г КС

Н е « г х

О 5 1 а X и

О ь я я . 1

Однокорпусные

Катамараны (новый тип)

Переходные и глиссирующие суда с расширенным диапазоном параметров формы корпуса

Катамараны с гидродинамической разгрузкой (новый тип) Г

Однокорпусные

Катамараны (новый тип)

Суда на подводных крыльях с расширенным диапазоном параметров формы корпуса и специальными типами крыльевой системы

Катамараны с аэростатической разгрузкой (новый тип)

Уточненное определение сопротивления движению, параметров крыльевой схемы и формы обводов корпуса полноотрывных СПК на основе диаграмм и экспериментальных данных

Расчет гидродинамических характеристик неполноотрывных СПК с учетом деформации водной поверхности за подводным крылом

Исследование условий и характеристик работы крыльевых систем СПК на реальном морском волнении

Определение характеристик работы натурных гребных винтов, сопротивления движению и пересчет с моделей на натуру

Основные принципы и особенности построения САПР СДПП, САПР ФОПО

Структура и особенности базы данных САПР ФОПО

Особенности построения расчетных модулей САПР ФОПО

Критерии технического совершенства и рейтинговые оценки качеств судов Г ^ ы к-. К м И

§§ 3 а А

О! Р X х

§ о К о-ётз

Ьо и яи в за 5 в?"

2 Е о Я X X 2 о о § * 8 3 и

У1

1Г1 1Г1

1Г1 г

Анализ результатов испытании судов 1 1 Принципы программы развития и реализации 1 Технические > обоснования концепции

1 1

Проектные обоснования сфер использования 1 ! Анализ и сопоставление технических характеристик Определение технического облика о о о о о н

X X

X СО со й о г« р *

Л.

О е-о

Я Я й р 2 п щ Я Й

Э » р й

Я Я зта

43 й § 2 § к а 2

§ 11 > ёЗ 8 | я 12 Е 5 я ? т Я

В 8 № -т

X Я п П

X к о в 9 О а X п и 3

Яй о Т. й 21 5 х

-Л

§ п § ц

X о^в К с о Е >-3 с X Ян кя ы е —' 5 • о » » а Е! о я х 8 3 п ~а Р о о 2 я о р о н -о «Щ р 5 е

3 I ~

-1. о ш и/ ^ Р а п Е £

3 3 Я 5< 2 ° о

Й В а 2 ? я

О о 0

О о го •о

Л) 2 и я я ■а о о я га а> ю я •о

СО В

I 01

В Л) 1 Й со Р § ■а о

Я 0й I СГ Й

О я я я сг X »

Ч 2 2 р О я

X ь

Л)

Не Ьа о

2 СГ Я С* у; о о д

За о Я о § а о Кс я о о 2

Й СР §

Я Й Л) р о ю р

•о я о >а

X я сг » я

Я о -л р о Я

V; Я

Й л о

О 0) га се н СГ я в» Я я н я

2 я о о н ш о я

О р и я О

•о я о •о

О За СИ 1 СИ Й а> я И

Е о

Я X Я се я Я о

Я о р •о О

Й р о о 2 я о га

2 о н

•о Я о СП ш Я О

О н 01 о о

§ я X я X о Я о И

Ч р я о я о я ш о СИ г ■ч я о я о н о я с

3 о о я я га ?! Р с Я£ и >

СО и >

СП о

-I о

О от о ^

X > л т о и X л ^ и > о т тз я X о го сг X ч о от

Методы исследований и анализа модельных и натурных испытаний, представленные в диссертации, впервые позволяют определить реальные угловые возмущения на крыльях СПК в условиях движения на нерегулярном волнении, учесть влияние срыва потока с подводных крыльев на действующие на них нагрузки, определить характеристики работы гребных винтов в натурных условиях неравномерного обтекания и кавитации и, на этой основе, рассчитать уточненное значение сопротивления движению судна в отличие от применяемого в настоящее время приближенного метода с использованием паспортных диаграмм движителей.

Для определения основных проектных параметров судов, как объектов в целом, в настоящее время широко используются системы автоматизированного проектирования (САПР), достаточно глубоко развитые для целого ряда типов традиционных судов. Однако для судов с динамическими принципами поддержания система автоматизированного проектирования, не считая отдельных ее элементов, в отечественном судостроении в целом не создана.

В связи с вышесказанным, во втором блоке прикладных задач диссертации, касающемся определения основных проектных параметров СДПП в целом, потребовалось сформулировать развитые автором диссертации основные принципы построения САПР СДПП, разработка которой велась в течение ряда лет в судостроительной отрасли (в первую очередь - при непосредственном участии Зеленодольского ПКБ). Построение иерархии и структуры САПР, ее базы данных, ведущих расчетных модулей системы основано на учете особенностей проектирования судов с динамическими принципами поддержания новых типов, в частности -необходимости формирования гидродинамического комплекса на базе данных по испытаниям реальных моделей судов ввиду наличия специфических элементов несущего комплекса и трудно рассчитываемых переходных режимов, наличия в облике СДПП нехарактерных для плавающих судов агрегатов, особой важности проблем весового проектирования и необходимости поиска конструкций минимальной массы и др.

Поскольку принятая в разрабатывавшейся САПР ориентация на повариантную оптимизацию решений на глобальном уровне приводит к рассмотрению большого числа вариантов облика судов, в диссертации предложен новый подход к предварительному ограничению числа вариантов на уровне технического проектирования с использованием рейтинговых оценок качеств судов и выведен комплексный показатель технической эффективности судна по решению транспортной задачи.

Последний блок задач диссертации посвящен авторским обоснованиям концепций технического облика двух новых типов судов с динамическими принципами поддержания -катамаранов с аэростатической разгрузкой и двухрежимных тяжелых экранопланов П поколения. Обоснование концепций технического облика судов является, с одной стороны, заключительным этапом в определении проектных технических параметров новых типов СДПП, связанные с которым вопросы рассмотрены в предыдущих разделах диссертации, и, с другой стороны, начальным этапом в конкретном проектировании и реализации судов. Представленные ниже концепции, несмотря на сугубо различные типы рассмотренных судов, объединены общей методологией определения основных технических параметров СДПП новых типов.

Концепция первого из указанных типов судов основана непосредственно на изучении особенностей гидродинамики СДПП новых типов, изложенном выше в разделе систематических модельных исследований, и последующих проектных обоснованиях отечественных катамаранов с аэростатической разгрузкой программного ряда. В соответствии с концепцией автором выдвигались предложения по техническому облику указанных кораблей, в том числе - в процессе сопровождения проектирования разработанных ЦМКБ «Алмаз» и находящихся в составе отечественного ВМФ кораблей проекта «Сивуч» (как кораблей I этапа программы), являющихся самыми крупными в мире кораблями-катамаранами с аэростатической разгрузкой (с водоизмещением ок.1100 тонн).

Концепция другого нового типа СДПП - двухрежимных тяжелых экранопланов П поколения (с водоизмещением ок.750 тонн) - основана на результатах обширных исследований и разработок, включенных в диссертацию в ограниченном объеме только в виде заключительных выводов по проделанным работам (выполнявшимся в рамках объединенных с исследованиями ЦКБ по СПК им.Р.Е.Алексеева разработок перспективных экранопланов). Концепция экранопланов П поколения, как двухрежимных тяжелых высокоскоростных судов с динамическими принципами поддержания разработана в качестве обоснования перспективы развития этого нового направления в судостроении. Практические приложения концепции в диссертации рассмотрены в виде двух возможных реализаций - при создании Международной глобальной системы морской безопасности (БЗБ) и создании Системы Морского старта-посадки многоразовых космических аппаратов (\УБЬ).

Т.о., научные задачи, решению которых посвящена настоящая диссертационная работа, могут быть сформулированы следующим образом:

- анализ специфических особенностей технического облика высокоскоростных судов с динамическими принципами поддержания и практики их разработки и создания для уточнения состава и структуры процесса проектирования СДПП новых типов;

- поиск и экспериментальное исследование новых форм корпуса и несущего гидродинамического комплекса СДПП для разработки практических рекомендаций по созданию судов с динамическими принципами поддержания новых типов с высокими характеристиками ходкости, мореходности и остойчивости;

- разработка новых методов расчета параметров несущего гидродинамического комплекса судов на подводных крыльях в части определения сопротивления движению, выбора параметров крыльевой схемы и формы обводов корпуса, учета волнового взаимодействия элементов указанного комплекса, а также разработка новых методов исследований и анализа характеристик работы крыльевых систем СПК, их гребных винтов и сопротивления движению в натурных условиях;

- формирование основных принципов построения системы автоматизированного проектирования высокоскоростных судов с динамическими принципами поддержания для определения основных проектных параметров судов в целом;

- обоснование проектных концепций технического облика новых типов судов с динамическими принципами поддержания.

Исследования по формированию гидродинамического комплекса СДПП и разработка связанных с этим методов расчета и анализа характеристик СДПП основывались на экспериментах с моделями и на результатах натурных испытаний судов. В ряде случаев разработка способов определения характеристик гидродинамического комплекса судов основывалась на теоретических и полуэмпирических методах с последующей проверкой результатов по экспериментальным данным. Некоторые разделы работы основаны на систематических расчетах характеристик СДПП и проектных проработках их технического облика.

Приведенные в диссертации исследования, методы и разработки непосредственно использовались при текущем проектировании СДПП ряда конкретных проектов (пр.пр. «Стрела», «Мир», 125А, «Ураган», «Шторм», «Сивуч» и др.), при испытаниях судов и их аналогов, анализе получаемых технических данных, определении технического облика перспективных судов и кораблей, разработке программ отечественного судостроения. В указанных работах автор принимал непосредственное участие.

В целом материалы диссертации дополняют ряд разделов теории проектирования судов с динамическими принципами поддержания. Основные из представленных исследований и разработок, или их результаты, опубликованы в периодической технической литературе, трудах научно-технических конференций, в том числе международных, или в отдельных книжных изданиях и справочниках. Общее число печатных публикаций по материалам настоящей диссертации составляет 53 работы.

Основные результаты работы докладывались на: отраслевых научно-технических конференциях по теории корабля в 1966, 1968, 1969, 1972 и 1973гг (г.Ленинград) и методам прогнозирования мореходных качеств судов в 1987г (г.Севастополь); конференции Института Морских инженеров по морским прибрежным средствам обороны в Плимуте (Англия) в 1994г; международных конференциях по судостроению ЦНИИ им. акад.А.Н.Крылова в 1996-1998, 2001 и 2003гг; международных конференциях по судостроению и судоходству при выставках на ЛЕНЭКСПО в 1995 и 1999гг; конференциях по гидроавиации ТАНТК им.Г.М.Бериева и ГосНИЦ ЦАГИ (г.Геленджик) в 1996 и 1998гг; научных чтениях в ГосНИЦ ЦАГИ (г.Москва) в1997г; конференции исследовательской организации НАТО по проблемам динамики движения объектов вблизи поверхностей воды и воздуха в Амстердаме (Голландия) в 1998г; конференции по аппаратам, использующим эффект подстилающей поверхности, в Морском Техническом Университете (г.С-Петербург) в 2000г; симпозиумах по морским технологиям и проблемам астродинамики в Токио (Япония) в 2000 и 2001гг.

В главе 1 диссертационной работы содержатся общая характеристика судов с динамическими принципами поддержания и этапов их развития, анализ специфики технического облика СДПП и особенностей их проектирования, иерархия соответствующего процесса проектирования. Предлагается классификация СДПП с учетом реализованных на практике их новых типов, условий работы корпуса судов и основных конструктивных особенностей несущих поверхностей. Приводится авторская обработка данных по зависимости водоизмещения СДПП основных типов от полной полезной нагрузки, как исходной величины для инициирования процесса проектирования судов.

Глава 2, состоящая из пяти разделов, посвящена экспериментальному исследованию гидродинамических характеристик СДПП различных типов.

С этой целью автором была спроектирована и испытана широкая систематическая серия АЭ («Алмаз-эксперимент») буксируемых моделей СДПП (раздел 2.1), различающихся как формой корпуса, так и различного типа несущими устройствами. Исследованию были подвергнуты сопротивление движению на тихой воде и в условиях волнения, остойчивость и мореходные качества СДПП (разделы 2.2,2.3 и 2.4).

Основными особенностями проведенных исследований являются: -единообразное систематическое изучение гидродинамических характеристик различных типов СДПП - от неполноотрывных судов переходного и глиссирующего режимов движения до полноотрывных СДПП на подводных крыльях;

-систематическое исследование гидродинамических характеристик СДПП с катамаранной формой корпуса и анализ их специфических особенностей;

-разработка и исследование новых типов СДПП, в частности - неполноотрывных катамаранов с гидродинамической разгрузкой и катамаранов с аэростатической разгрузкой;

-систематическое изменение параметров формы корпуса СДПП и их нагрузки, в том числе катамаранов, в существенно расширенных диапазонах, чем исследовавшиеся ранее, и охватывающих представляющие практический интерес значения как для неполноотрывных, так и полноотрывных судов;

-последующая непосредственная реализация результатов исследований в построенных кораблях конкретного проекта: полученные данные послужили основой для начала проектирования в ЦМКБ «Алмаз» и, в дальнейшем, создания самых крупных в мире боевых ракетных кораблей-катамаранов с аэростатической разгрузкой проекта «Сивуч».

Выбору направлений указанных выше исследований предшествовал анализ выполненных ранее теоретических и экспериментальных работ отечественных и зарубежных авторов по различным типам обводов скоростных судов в однокорпусном и катамаранном вариантах. Следует подчеркнуть, что до проведения исследований серии АЭ в практике судостроения имели место только испытания достаточно ограниченных серий моделей однокорпусных судов, в основном - глиссирующего режима движения, и единичные испытания моделей однокорпусных СПК, амфибийных или скеговых СВП в рамках разработок конкретных проектов. В области же создания скоростных катамаранов до конца 1960-х годов можно было отметить практически единственные реализации натурного катера-катамарана глиссирующего типа «Экспресс» (СССР) и экспериментальной самоходной платформы на подводных крыльях «Фреш» (США). Ряд разработок, выполненных в рамках серии АЭ, в частности такие, как суда-катамараны с гидродинамической и аэростатической разгрузкой, а также систематическое изучение характеристик ходкости, мореходности и ходовой остойчивости скоростных катамаранов переходного и глиссирующего режимов движения были выполнены впервые в отечественной и зарубежной практике и во многом остаются в указанном выше широком объеме единственными и в настоящее время. Можно предполагать, что публикация результатов исследований по серии АЭ послужила основой последовавших затем в мировом судостроении интенсивных работ по созданию скоростных катамаранов и дала толчок развитию различных их типов.

На основе полученных результатов по испытаниям серии АЭ автором выполнен анализ основных проблем гидродинамики СДПП различных рассмотренных видов и сделаны предложения, позволяющие существенно улучшить или оптимизировать технические характеристики высокоскоростных судов и кораблей. Исследовано влияние на сопротивление движению типа геометрической формы обводов и формы носовой оконечности, относительной длины корпуса, положения наиболее полного шпангоута, сужения кормовой оконечности, подъема килевой линии, угла внешней килеватости на транце, изменения характеристик сопротивления движению воды при образовании катамаранов путем разделения однокорпусного судна по диаметрали, величины горизонтального клиренса катамаранов, профилирования внутреннего борта катамаранов, характера волновых систем быстроходных катамаранов, влияния различных систем подводных крыльяев на характеристики глиссирующих катамаранов с разгружающими подводными крыльями, различных типов образования крыльевых систем на полноотрывных СПК-катамаранах и эффективности использования на них систем разгружающих крыльев, относительного положения центра тяжести, коэффициента статической нагрузки, формы и расположения гибкого ограждения, расхода и давления в воздушной подушке катамаранов с аэростатической разгрузкой, возрастание сопротивления движению СДПП в условиях волнения, их остойчивость без хода и ходовая остойчивость, углы и угловые скорости продольной и поперечной качки, а также параметры вертикальных перегрузок СДПП, на естественном ветровом волнении на различных скоростях хода и при различных курсовых углах к бегу волн и др.

Сопоставление гидродинамических характеристик изученных типов СДПП (раздел 2.5) позволило определить предпочтительный тип корабля для последующей практической реализации.

В главе 3 представлены методы, с помощью которых могут быть определены основные проектные характеристики судов на подводных крыльях, параметры их несущих устройств и корпусов, учтено волновое взаимодействие несущих систем, проанализированы результаты модельных, полунатурных и натурных испытаний судов.

Глава 3 состоит из двух разделов.

Раздел 3.1 посвящен методам проектирования и расчета характеристик судов на подводных крыльях, позволяющим приступить к уточненному определению основных параметров проектируемого судна.

Для уточнения характеристик сопротивления движению, обычно определяемых на основе приближенных статистических зависимостей или после детальной разработки крыльевого устройства судна, расчета его посадки и т.д., может быть использован метод расчета гидродинамического качества СПК на проектной скорости хода, изложенный в подразделе 3.1.1 и позволяющий уже на начальной стадии проектирования судна учесть влияние основных геометрических параметров крыльевой схемы судна и профилей ее несущих элементов, значений коэффициента подъемной силы крыльев, влияние кавитации крыльев на характеристики несущих элементов и сопротивление движению, влияние скорости и водоизмещения судна, а также ограничения, накладываемые на свойства судна массой его крыльевого устройства. Предложена также нормированная по числу Фруда относительная зависимость гидродинамического качества судна от значения качества на проектной скорости, что позволяет приближенно определить сопротивление движению судна во всем диапазоне его скоростей хода. С целью уточнения величины весовой нагрузки судна приведены результаты систематических расчетов массы крыльевой системы СПК, сопоставленные с фактическими данными по построенным судам.

Одним из основных вопросов при проектировании СПК является выбор крыльевой системы, причем в первую очередь оцениваются ее мореходные свойства. При экспериментальной отработке СПК сравнение качеств крыльевых систем ведется, как правило, опосредованно, по результатам испытаний моделей судов в целом с различными крыльевыми устройствами в условиях волнения при соответствующих трудо- и временных затратах. В подразделе 3.1.2 предложен метод предварительной отработки, с точки зрения мореходных свойств, изолированных крыльевых систем СПК с малопогруженными крыльями на основе их испытаний в условиях тихой воды и сравнения с крыльевыми системами аналогов с помощью специальных коэффициентов стабилизации и жесткости стабилизации. Представлены также предложения по определению оптимальнных значений коэффициента жесткости стабилизации и проанализировано влияние расчетных параметров крыльевых схем (погружения и угла атаки основных несущих поверхностей) на мореходные свойства крыльевых устройств. Сделаны практические рекомендации по улучшению характеристик движения СПК в условиях волнения.

Подраздел 3.1.3 описывает ряд предлагаемых методов для выбора оптимальной формы обводов корпуса и определения сопротивления движению СПК в одном из главных, но мало изученных, режимов хода - при выходе на крылья, основанных на данных исследований главы 2: метод последовательных приближений путем расчета посадки судна с использованием полученных экспериментальных данных, метод на основе определения оптимальных значений положения центра давления сил на корпусе и оптимальных коэффициентов статической нагрузки на корпус в режиме выхода на крылья, и выбор формы обводов методом заданного дифферента. Последние два метода существенно облегчают выбор оптимальной формы корпуса СПК с точки зрения снижения сопротивления движению при выходе судов на подводные крылья.

Подразделы 3.1.4 и 3.1.5 посвящены гидродинамике неполноотрывных судов на подводных крыльях, которая в настоящее время недостаточно изучена, несмотря на существенное количество построенных кораблей и судов такого типа. Сказанное в первую очередь относится к учету взаимодействия носового подводного крыла и корпуса судна. Поэтому в подразделе 3.1.4 рассмотрена задача определения гидродинамических характеристик глиссирующих плоско-килеватых пластин, находящихся в деформированном носовым подводным крылом водном потоке. Задача рассмотрена в стационарной относительно пластин синусоидальной цилиндрической волне. Решение задачи получено методами теории автомодельного погружения клина и плоских сечений для глиссирования как на неполной, так и полной ширине. Полученные формулы для сил и моментов, действующих на корпус судна, учитывают влияние опускания поверхности жидкости за подводным крылом и изменение угла ее натекания. Указанные формулы позволили в подразделе 3.1.5 представить метод расчета посадки неполноотрывных судов, снабженных носовым подводным крылом, учитывающий указанные выше параметры деформации поверхности воды. Конечные этапы расчета позволяют получить уточненные значения сопротивления движению рассматриваемых судов. Полученные выражения могут быть также использованы для вычисления сил и моментов, действующих на полноотрывные СПК в режиме выхода на крылья.

Как уже указывалось, создание СДПП до сих пор во многом основывается на модельных, полунатурных и натурных испытаниях судов, анализе их результатов и учете соответствующих рекомендаций в проектировании. К сожалению, методология проведения соответствующих испытаний, в особенности на открытых акваториях, и их анализа не образует еще замкнутой системы. В связи с этим, в разделе 3.2 представлены методы анализа соответствующих испытаний, разработанные автором и проверенные им на конкретных моделях и судах.

В подразделе 3.2.1 приведен упрощенный метод оценки угловых возмущений на крыльях СПК путем проведения измерений нагрузки, действующей на контрольный элемент крыльевого устройства самоходной модели, а также параметров качки модели в условиях ее испытаний на нерегулярном морском волнении. Несмотря на известную условность в разделении углов скоса потока, обусловленных различными видами качки судна, изложенный метод может быть использован, например, для формирования систем автоматического управления поворотными элементами крыльевых устройств СПК, определения коэффициентов усиления по различным их каналам, или прогнозирования величины нагрузок, действующих на элементы подводных крыльев судов.

Подраздел 3.2.2 посвящен сложному, впервые проведенному, системному эксперименту по анализу идентичности явлений кавитационного и срывного характера при испытаниях крыльев в кавитационном бассейне и натурных условиях. С этой целью на самоходной модели СПК в условиях движения на нерегулярном морском волнении производилось тензометрирование величин действующих на крылья нагрузок, синхронные осциллографические записи скорости движения, погружения крыльев, угла их перекладки, а также киносъемка картины обтекания крыльев. При испытаниях малой модели крыльевого устройства в кавитационном бассейне измерялись погружения и углы атаки крыльевого устройства, разрежение над свободной поверхностью воды в корпусе бассейна и, соответственно, числа кавитации, измерялись нагрузки на крылья и производилось фотографирование картины обтекания. Проведенные испытания позволили исследовать влияние глубины погружения, углов атаки и числа кавитации на особенности развития кавитации и прорыва воздуха на поверхность пересекающих ее элементов крыльевой системы судов. Результаты исследований установили как идентичность явлений кавитации в натурных условиях и при их исследовании в кавитационном бассейне в случаях отсутствия срыва потока с крыльевых элементов, так и сугубо различный характер развития срывов потока и величин возникающих нагрузок на крыльевых элементах в кавбассейне и в натурных условиях, что необходимо учитывать при проектировании крыльевых устройств соответствующих судов.

Одной из основных целей натурных испытаний судов является проверка их скоростных качеств и определение корректности расчета характеристик гребных винтов и сопротивления движению, тем более ввиду трудно учитываемых условий работы гребных винтов в натурных условиях. На практике сопоставление расчетных и полученных на испытаниях судов данных осуществляется обычно косвенно путем нанесения на расчетные паспортные диаграммы данных по скорости хода, числу оборотов винтов и замеренной мощности двигателей, нередко разнящихся между собой. В подразделе 3.2.3 дан метод определения характеристик работы гребных винтов в натурных условиях на основе результатов натурных испытаний судов, комплексно учитывающий взаимодействие винтов с корпусом судна, неравномерность натекающего на винты потока и их кавитации, с последующим определением сопротивления движению натурного судна. Метод основан на совместном учете расчетных коэффициентов упора и момента некавитирующих гребных винтов в осевом потоке, получаемых опытных данных по параметрам движения судна и работы его энергетической установки, и использовании эмпирической формулы Э.Э.Папмеля для установления связи между коэффициентами падения упора и полезного действия винта в условиях неравномерного поля скоростей и кавитации. Метод позволяет получить качественные и количественные характеристики работы гребных винтов высокоскоростных судов различных типов в натурных условиях, и, соответственно, уточненные кривые сопротивления движению судов. В заключение подраздела представлены результаты соответствующего анализа и кривые сопротивления движению двух судов на подводных крыльях в сопоставлении с кривыми, полученными пересчетом с буксируемых и самоходных моделей этих судов.

Современные методы разработки проектов судов и кораблей все в большей степени основываются на автоматизации основных процессов проектирования. Глава 4 диссертационной работы отражает разработанные автором принципы, заложенные в проводившиеся ранее в судостроительной отрасли разработки системы автоматизированного проектирования (САПР) СДПП, некоторые предложенные им методы оценки принимаемых при проектировании судов технических решений, а также накопленные в необходимом объеме и проанализированные статистические данные по высокоскоростным судам. Разработка указанной САПР СДПП верхнего уровня технического проектирования была доведена до стадии отладки, испытаний и оформления документации по системе.

Раздел 4.1 посвящен анализу процесса проектирования судов с динамическими принципами поддержания, выделению специфических особенностей СДПП, как объектов автоматизированного проектирования, вытекающим из вышесказанного принципов структуры САПР "Формирование облика" (САПР ФО) СДПП и входящей в нее САПР "Формирование основных параметров облика" (САПР ФОПО), разбиения расчетных программных модулей на проектировочные и поверочные, описанию общего процесса работы системы при специфических для СДПП ведущей роли формирования гидродинамического комплекса и жестких требованиях к весовому проектированию.

В разделе 4.2 конкретизируются базовые элементы САПР, конфигурация технических средств с учетом диалогового характера построения всей системы, двухэтапная схема работы системы (определение и взаимное согласование параметров и характеристик гидродинамического и двигательно-движительно-нагнетательного комплексов судна, и определение основных параметров конструктивной схемы, оценки нагрузки масс, запасов топлива и достижимой дальности хода, как поверочной величины в процессе проектирования СДПП), а также схема выработки и передачи информации между конструктором, математической моделью САПР и информационной моделью базы данных.

Раздел 4.3 содержит описание структуры базы данных системы автоматизированного проектирования, состоящей из постоянной части, библиотеки вариантов и информационной модели судна, а также описание составляющих параметров каталогов постоянной части и блоков информационной модели базы данных.

В разделе 4.4 даны примеры построения структуры и принципов работы двух основных расчетных модулей САПР СДПП.

Модуль "Определение параметров гидродинамического комплекса и характеристик сопротивления движению СДПП", описанный в подразделе 4.4.1, построен на принципе анализа характеристик сопротивления движению ряда реализованных ранее физических моделей судов, выбора среди них базовых моделей и внесения необходимых коррективов в гидродинамический комплекс с последующим уточнением показателей сопротивления движению. Указанный принцип обеспечивает необходимую точность определения сопротивления движению судна, в том числе в условиях волнения, и возможность оптимизировать гидродинамический комплекс судна уже на ранних стадиях его проектирования. Модуль выполнен диалоговым и состоит из двух автономных программных блоков: "Пересчет сопротивления движению с модели-прототипа" и "Расчет сопротивления движению при внесении изменений в параметры ГДК".

Основным принципом построения прикладного программного модуля "Подбор миделевого сечения корпуса" (подраздел 4.4.2) является обеспечение поиска конструкции минимальной массы при учете основных требований к ее технологичности. Формирование конструкции минимальной массы в модуле достигается последовательными приближениями от размеров связей, не обеспечивающих требования прочности, к минимальным размерам, при которых эти требования удовлетворяются. Модуль выполнен с диалоговым заданием исходных данных и автоматическим циклом подбора размеров связей. По характеристикам миделевого сечения с достаточной для целей САПР ФОПО точностью может определяться масса металлического корпуса судна в целом.

Использование систем автоматизированного проектирования предусматривает применение методов оценки принимаемых решений по техническому облику судов. Помимо экономических оценок эффективности создания и эксплуатации судов, одними из основных указанных методов должны быть методы определения технического совершенства судов. В общем смысле понятие технического совершенства включает систему понятий технического уровня, качества и технической эффективности судна, как вида соответствующей продукции.

В настоящее время принципы установления системы показателей технического совершенства судов и формирования непосредственно самих показателей не обоснованы в должной мере. Оценка технического уровня судов производится экспертным методом при одновременном использовании различного типа показателей, не объединенных единым подходом, и характеризуется недостаточно корректным их сведением в комплексные показатели. Раздел 4.5. диссертационной работы представляет методологию разработки показателей технического совершенства судов, позволяющую выработать применительно к решению тех или иных задач, стоящих перед судном, законченную систему комплексных безразмерных показателей, которые могут служить критериями оптимизации принимаемых технических решений по техническому облику судна как в процессе его проектирования, так и в целях сравнения с судами-аналогами.

В подразделе 4.5.1 указанная выше методология обосновывается с точки зрения теории подобия физических явлений и объектов, путем переноса ее принципов на решение технических задач проектирования судов, в частности, связанных с их эксплуатацией. С этой целью рассматривается задача установления системы показателей технического совершенства судна, как несущей платформы. Методами теории размерностей определены критерии подобия судов при транспортировке заданного груза на определенное расстояние и с определенной скоростью. Показано, что подобный подход к определению критериев технического совершенства судов позволяет получить систему критериев, включающую как уже применяемые критерии, так и новые, дополняющие ее критерии, что делает всю систему полностью описывающей решаемую судном техническую задачу.

На основе показателей, полученных выше в подразделе 4.5.1, в подразделе 4.5.2 выводится комплексный критерий технической эффективности судна по решению транспортной задачи, который может быть применен при определении технического облика судна в процессе его проектировани, в том числе - при использовании САПР. Критерий строится на основе векторных представлений метрики в многомерном евклидовом пространстве единичных показателей, нормализованных для рассматриваемого случая как показатели технического уровня судна. Критерий, обозначенный как транспортный рейтинг судна, и в который входят такие безразмерные показатели, как коэффициент утилизации, пропульсивное гидродинамическое качество и относительный запас топлива судна, позволяет выбирать при проектировании более предпочтительный вариант судна (с технической, но не экономической точки зрения) или сопоставить его техническую эффективность с различными другими типами судов. В заключение подраздела приводятся транспортные рейтинги судов, статистические характеристики которых представлены в разделе 4.6, и показана возможность анализа с помощью рейтинга технических причин его резких отклонений от значений для других судов.

В разделе 4.6 в безразмерной форме приведены обработанные автором новые статистические зависимости по судам с динамическими принципами поддержания на подводных крыльях, амфибийным судам на воздушной подушке, катамаранам с аэростатической разгрузкой (КАСР) и экранопланам. Указанные зависимости являются необходимой исходной базой данных для начала проектирования СДПП и составляющими БД САПР СДПП.

Разработка и обоснование концепций технического облика, вопросам которых посвящена глава 5 настоящей работы - краеугольные камни в создании объектов новой техники, в том числе и судов, а особенно - судов новых, пионерских типов. К таким судам в полной мере относятся СДПП, а из их новейших видов - суда-катамараны с аэростатической разгрузкой и экранопланы. Разработки концепций их технического облика, являющиеся первым, замысловым этапом процесса проектирования, во многом различны и представляют собой интерес с точки зрения выработки основ концептуальной методологии как в целом, так и оценки результатов реализации концептуальных положений по указанным конкретным типам судов, в частности.

Важность исследований в области концептуального проектирования обусловлена отсутствием в настоящее время формализованных методов разработки концептуальных основ технического облика судов.

В разделе 5.1 рассматриваются основные принципы концепции технического облика крупных кораблей-катамаранов с аэростатической разгрузкой проекта"Сивуч", спроектированных ЦМКБ "Алмаз" и уже находящихся в составе отечественного ВМФ.

В подразделах 5.1.1 и 5.1.2 описаны организация и особенности долгосрочной программы развития отечественных КАСР большого водоизмещения, в рамках которой выбирались технические решения по проекту "Сивуч", как проекту корабля I этапа указанной программы. Особенностью этого этапа программы являлось всемерное ускорение создания корабля с целью скорейшего накопления научно-технического опыта в области новой технологии КАСР. Основой для выбора типа гидродинамической платформы для корабля служили результаты исследований характеристик быстроходных катамаранов, изложенные выше в главе 2 настоящей работы. Сутью проектной концепции корабля "Сивуч", как и других перспективных кораблей указанной программы, является двухрежимность - возможность использования для решения задач как высокоскоростного режима движения на воздушной подушке, так и режимов средних и малых ходов в водоизмещающем положении. Проектная концепция для отечественных КАСР большого водоизмещения изложена в подразделе 5.1.3.

Техническое обоснование программы развития КАСР и ее реализуемость основывались на широких научно-исследовательских разработках как в области гидродинамики быстроходных катамаранов, так и на достижениях в ряде других технических дисциплин. Кроме того, автором был выполнен анализ основных технических характеристик двухрежимных КАСР на основе систематических проектных проработок в диапазоне водоизмещений 1000-6000 тонн и обрисованы пределы технических возможностей перспективных судов этого типа, в том числе по полезной весовой нагрузке и дальности хода с различными составами и конфигурацией энергетических установок (подраздел 5.1.4.),

В заключительном подразделе 5.1.5 представлен анализ технических проблем, связанных с проектированием и созданием КАСР большого водоизмещения, с учетом результатов натурных испытаний кораблей проекта "Сивуч", а также приведен выполненный автором анализ параметров ходкости и мореходности указанных кораблей по данным натурных испытаний.

Указанные выше работы по формированию проектной концепции кораблей "Сивуч" и ее реализации на натурном корабле подтвердили заложенные в рассматриваемый проект принципы и могут быть использованы при создании других кораблей и судов типа КАСР.

Раздел 5.2 посвящен разработке концептуальных основ проектирования и создания наиболее скоростного вида морских средств - экранопланов. На основе анализа предшествующего этапа развития экранопланов, пионерская идея создания которых была выдвинута и разработана в ЦКБ по СПК, автором настоящей работы было сделано предложение о проектировании и создании тяжелых экранопланов II поколения с основной особенностью в их техническом облике - двухрежимностью. Двухрежимность в концепции технического облика экранопланов II поколения означает создание их, как объектов морской техники, комбинированно сочетающих в себе качества, присущие и водоизмещающим судам и самолетам, что предопределяет первенство не столько аэродинамического совершенства, сколько корабельных качеств экранопланов. Соответственным образом автором, как руководителем отраслевой НИР "Проектные и экспериментальные исследования в обеспечение отработки аэрогидродинамической компоновки перспективных экранопланов" было организовано взаимодействие с участвовавшими в НИР ЦКБ по СПК, как проектирующей организации, и другими участниками работы (подраздел 5.2.1).

Концепция технического облика предложенных тяжелых двухрежимных экранопланов II поколения (подраздел 5.2.2) основывается на анализе технических характеристик экранопланов I поколения и сопоставлении их с характеристиками аналогов - современных тяжелых транспортных самолетов и гидросамолетов. Исследованию были подвергнуты аэродинамическая эффективность экранопланов в полете на разных высотах от поверхности воды, в том числе влияние волнения моря на дальность полета, гидроаэродинамическое качество при взлете с тихой и взволнованной поверхности моря, весовое совершенство судов в целом и их основных отдельных агрегатов, энергетическая и топливная эффективности экранопланов, а также возможность оптимизации состава их энергоустановок с точек зрения массы энергоустановок и дальности полета при обеспечении равных ускорений взлета.

Здесь же непосредственно сформулированы основные положения концепции технического облика для перспективных тяжелых экранопланов и постулаты, положенные в ее основу, а также логично вытекающие из них особенности технического облика указанных экранопланов и основные требования к их корабельным качествам.

Принятие изложенной выше концепции придает экранопланам столь специфические качества, что они поистине становятся новым морским транспортным средством, отличающимся от возможных аналогов и в авиации и в судостроении своим техническим обликом, эксплуатационными возможностями, сферами использования и т.д. Наибольшие потенциальные возможности экранопланов лежат в области создания крупных аппаратов, в полной мере реализующих качества двухрежимности в условиях волнения моря, и которым не будет конкурентов среди других морских средств при решении ряда задач.

Подраздел 5.2.3 представляет результаты широких комплексных проектных разработок, выполненных автором как в рамках вышеупомянутой НИР, так и ряда последующих работ, по обоснованию проектных технических характеристик тяжелого двухрежимного экраноплана II поколения массой 750 тонн. Представлены обоснованные соответствующими экспериментальными данными, полученными в аэродинамических трубах, в опытовых бассейнах, на катапультах и газодинамических стендах, на открытых акваториях, гидроаэродинамические характеристики экраноплана при взлете и аэродинамические характеристики в полете, зависимость между дальностью полета и полезной нагрузкой экраноплана, составляющие его весовой нагрузки и распределение весов конструкций, полезных площадей и объемов по корпусу экраноплана.

Указанные разработки послужили основой для выдвижения двух предложений по возможному практическому использованию подобного экраноплана.

В подразделе 5.2.3.1 представлены соображения по созданию Международной Глобальной системы морской безопасности, предназначенной для обеспечения деятельности человека в морских и океанских регионах (Sea Safety System - SSS) и для осуществления в море задач, которые не могут быть решены имеющимися средствами оказания помощи терпящим бедствие в море судам и самолетам, оказания первой экстренной помощи при экологических катастрофах, производственного и экологического мониторинга морей и океанов, охраны заповедных зон и т.д. и т.п. Выполнены оценки по количеству и размещению портов-баз системы, соответствующим техническим средствам системы, финансовым затратам, необходимым для ее создания и эксплуатации. Показано, что создание и эксплуатация системы возможны и по силам мировому сообществу уже в настоящее время.

В подразделе 5.2.3.2. приведены первоначальные оценки использования тяжелого экраноплана П поколения, как старто-посадочной площадки для осуществления на поверхности океана горизонтальных старта и посадки многоразовых космических аппаратов-челноков. В настоящее время использование экранопланов представляет практически единственный возможный вариант осуществления как старта, так и, особенно, морской посадки многоразовых воздушно-космических самолетов (ВКС). Представлен возможный вариант инфраструктуры указанной системы и проанализированы ожидаемые преимущества в ее эсплуатации. В подтверждение реальности создания и эксплуатации предлагаемой системы выполнены соответствующие аэродинамические исследования совместного полета экраноплана-разгонщика-приемщика и двухступенчатого воздушно-космического самолета разработки Военного инженерно-космического университета им.А.Ф.Можайского, как в состыкованном с ВКС положении, так и в процессе их разделения. Испытания показали, что, несмотря на некоторое падение коэффициента подъемной силы экраноплана (в состыкованном с ВКС положении) в рабочем диапазоне его углов атаки и высот движения над подстилающей поверхностью, а также более существенное увеличение коэффициента сопротивления движению системы, использование взлетного резервирования тяги экраноплана в режиме состыкованного полета всегда обеспечивает функционирование всего комплекса.

Результаты исследований и разработок, изложенные выше, позволяют сделать общий вывод о практической технической реализуемости морского старта и посадки многоразовых воздушно-космических самолетов на основе уже достигнутого к настоящему времени уровня судо-авиа-космических технологий.

В заключение следует отметить, что экспериментальные исследования, упомянутые и использованные выше в работе, осуществлялись на открытых водоемах различных опытно-экспериментальных баз ЦМКБ "Алмаз", в открытых и кавитационном бассейнах ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова, в его аэродинамической трубе и на различных опытных установках Горьковского Филиала, в аэродинамической трубе Военного инженерно-космического университета им.А.Ф.Можайского, а также на сдаточных базах ряда судостроительных заводов на Черном, Балтийском и Японском морях. Кроме автора, в организации и проведении экспериментальных исследований участвовало большое число сотрудников указанных организаций, которым автор выражает глубокую признательность.

Заключение.

Основными результатами настоящей работы являются:

-анализ особенностей судов с динамическими принципами поддержания, определяющих специфику их проектирования и, на этой основе, уточнение классификации СДПП с учетом новых их типов, уточнение состава и структуры процесса проектирования судов;

-комплекс систематических исследований гидродинамических характеристик судов с динамическими принципами поддержания различных типов, в том числе принципиально новых, в части сопротивления движению на тихой воде и в условиях нерегулярного ветрового волнения, остойчивости и характеристик мореходности на различных курсовых углах к бегу волн; определение влияния на гидродинамику СДПП параметров формы корпуса и его нагрузки на различных режимах движения - от переходных скоростей хода до глиссирования;

-разработка соответствующих диаграмм, позволяющих оптимизировать форму корпуса судна в зависимости от режима его движения и параметров нагрузки или , в противном случае, выбрать оптимальные параметры нагрузки в зависимости от формы корпуса и режима движения;

-исследование особенностей гидродинамики высокоскоростных судов-катамаранов, влияния основных параметров их формы корпуса на указанные выше характеристики сопротивления движению, остойчивость и мореходность; представлены данные и сделаны рекомендации по оптимизации величины горизонтального клиренса катамаранов, оптимизации формы их внутреннего борта, определено изменение гидродинамических характеристик судов при образовании катамаранов из однокорпусных судов путем разделения их по диаметрали; охарактеризована система волн между корпусами высокоскоростных катамаранов в зависимости от скорости движения;

-исследование впервые предложенного к использованию нового типа высокоскоростных глисссирующих катамаранов - с разгружающими подводными крыльями; даны рекомендации по оптимизации указанной системы;

-комплексное исследование, с крыльевыми системами, характеристик полноотрывных судов на подводных крыльях в однокорпусном и в катамаранном вариантах; оценена возможность оптимизации характеристик за счет соответствующего изменения. крыльевой системы при переходе к катамаранной форме, а также возможность снижения сопротивления движению в режиме выхода на крылья с помощью различных систем разгружающих подводных крыльев и даны соответствующие рекомендации по формированию оптимальной системы;

-исследование впервые предложенного к использованию нового типа СДПП -катамаранов с аэростатической разгрузкой, позволяющего как значительно повысить гидродинамические характеристики судов с динамическими принципами поддержания, так и обеспечить двухрежимность их эксплуатации - как на высоких скоростях, так и малых и средних режимах движения; даны рекомендации по формированию воздушной подушки и выбору параметров подаваемого в нее воздуха;

-анализ сопоставительных характеристик различных типов СДПП как по показателям сопротивления движению и энергетических затрат, так и по мореходным качествам, на основании которых в дальнейшем был осуществлен выбор предпочтительного типа СДПП для практической реализации в строительстве;

-разработка расчетного метода определения сопротивления движению судов па подводных крыльях, учитывающего основные параметры их крыльевых систем уже на начальном этапе проектирования судна;

-предложение метода экспериментальной оценки стабилизирующих свойств крыльевых систем СПК при движении судов на волнении с целью оптимального формирования схемы крыльев;

-разработка, с использованием упомянутых выше результатов экспериментальных исследований форм корпуса высокоскоростных судов, нескольких методов выбора и оптимизации формы корпуса судов на подводных крыльях с целью снижения их сопротивления движению при выходе на крылья, в частности - метода оптимальных текущих значений коэффициента статической нагрузки на корпус и положения центра давления сил на корпусе, и метода заданного дифферента;

-разработка теоретического метода расчета гидродинамических характеристик глиссирующих за подводным крылом плоско-килеватых пластин, учитывающего конфигурацию волновой впадины и изменение углов скоса потока;

-разработка метода расчета посадки неполноотрывных СПК с носовым крылом, . учитывающего наличие деформации поверхности воды за крылом;

-предложение практического приближенного метода оценки угловых возмущений на крыльях СПК при проведении их натурных испытаний в условиях волнения;

-исследование возможности прогнозирования явлений срыва потока с подводных крыльев для натурных условий путем испытаний моделей крыльев в кавитационном бассейне; определены пределы возможного прогнозирования и величины возможных расхождений в получаемых характеристиках в сравнении с натурными данными;

-разработка метода анализа работы гребных винтов высокоскоростных судов в натурных условиях, учитывающего наличие кавитации гребных винтов в реальном неравномерном поле скоростей, и позволяющего получить уточненную кривую сопротивления движению судна по результатам его натурных испытаний;

-формирование основы для начальных этапов проектирования СДПП путем представления в систематической форме основных проектных технических характеристик ряда реализованных на практике высокоскоростных судов;

-разработка основных принципов и структуры системы автоматизированного проектирования СДПП с выделением подсистем верхнего уровня внутреннего проектирования (подсистемы определения технического облика и определения основных параметров технического облика судна), введением диалогового режима в управлении работой системы, построением отдельных специализированных информационных блоков системы, определением параметров гидродинамического комплекса судов на основе каталогов данных физических моделей и т.д.;

-предложение методологии формирования критериев технического совершенства судов (или их подсистем) на основе установления систем критериев подобия, позволяющих в полной мере охарактеризовать соответствующие качества судов, и которые могут быть использованы в процессе проектирования для выбора оптимальных, с технической точки зрения, конструктивных решений;

-разработка метода рейтинговых оценок качеств судов, как критериев технической эффективности, позволяющих сопоставить характеристики вариантов проектируемого судна при оптимизации его технического облика, или сравнить полученные показатели с характеристиками судов-аналогов;

-обоснование, на основе проведенных исследований, проектной концепции создания высокоскоростных СДПП большого водоизмещения, как двухрежимных катамаранов с аэростатической разгрузкой;

-разработка основных принципов программы развития отечественных КАСР, ее техническое обоснование и сопровождение в практической реализации - при создании наиболее крупных в мире кораблей с динамическими принципами поддержания проекта "Сивуч" и при проектировании КАСР других проектов с водоизмещением до 6000 тонн; -анализ результатов полунатурных и натурных испытаний кораблей пр."Сивуч"; -разработка концептуальных основ технического облика перспективных тяжелых экранопланов II поколения, как двухрежимного вида морской техники, и их техническое обоснование на базе предыдущего опыта создания экранопланов I поколения и сопоставления достигнутых и перспективных характеристик экранопланов с характеристиками альтернативных скоростных авиационных средств - тяжелых самолетов и гидросамолетов;

-определение основных проектных параметров и характеристик тяжелого двухрежимного экраноплана II поколения (с взлетной массой ок.750 тонн), как основы для разработки предложений по практическому использованию таких кораблей, создание которых возможно уже на существующем уровне судо-авиастроепия;

-разработка предложений по созданию на основе указанных выше тяжелых экранопланов II поколения многоцелевой Международной глобальной системы морской безопасности, предварительное определение ее инфраструктуры и оценка стоимости создания системы и ее эксплуатации;

-анализ возможностей использования тяжелого экраноплана II поколения в качестве разгонно-принимающей ступени для запуска и приема на водных акваториях перспективных многоразовых воздушно-космических самолетов; показано, что использование экранопланов -единственная в настоящее время технически обоснованная возможность посадки многоразовых воздушно-космических самолетов в морских условиях;

-проектная оценка технических характеристик системы экраноплан-воздушно-космический самолет и предварительное экспериментальное обоснование ее аэродинамической эффективности.

1. Мартынов А.И. Глиссеры. Речиздат, М., 1940.

2. Володин Н.С. Обводы быстроходных катеров и их пропульсивные качества. Тр. ВНИТОСС, т.Ш, вып.2, 1938.

3. Р. du Cane. High Spead Small Craft (3-ed edition). Temple Press Books, London, 1964.

4. Егоров И.Т., Буньков M.M., Садовников Ю.М. Ходкость и мореходность глиссирующих судов. Изд. Судостроение, JI-д, 1978.

5. Титов И.А., Егоров И.Т., Дробленков В.Ф. Ходкость быстроходных судов. Изд. Судостроение, Л-д, 1979.

6. Томас К.Гилмер. Проектирование современного корабля. 2-ое изд. Изд. Судостроение, 1984.

7. Блюмин В.И., Иванов Л.А., Масеев М.Б. Транспортные суда на подводных крыльях. Изд. «Транспорт», М., 1964.

8. Егоров И.Т., Соколов ВТ. Гидродинамика быстроходных судов. Изд. Судостроение, Л-д, 1965.

9. Басин М.А., Шадрин В.П. Гидроаэродинамика крыла вблизи границы раздела сред. Изд. Судостроение, Л-д, 1980.

10. Панченков А.Н. Гидродинамика подводного крыла. Изд. Наукова думка, Киев,1965.

11. Зиганченко П.П., Кузовенков Б.П., Тарасов И.К. Суда на подводных крыльях (конструирование и прочность). Изд. Судостроение, Л-д, 1981.

12. Иконников В.В., Маскалик А.И. Особенности проектирования и конструкции судов на подводных крыльях. Изд. Судостроение, Л-д, 1987.

13. Бенуа Ю.Ю., Дьяченко В.К., Колызаев Б.А., Литвиненко В.А., Озимов И.В., Смирнов С.А. Основы теории судов на воздушной подушке. Изд. Судостроение, Л-д, 1970.

14. Хапжонков В.И. Аэродинамика аппаратов па воздушной подушке. Изд. Машиностроение, М., 1972.

15. Жуков В.И. Особенности аэродинамики, устойчивости и управляемости экраноплана. ЦАГИ им.проф.Н.Е Жуковского, М., 1997.

16. Маскалик А.И., Колызаев Б.А., Жуков В.И., Радовицкий Г.Л., Синицын Д.Н., Загорулько Л.К. Экранопланы (особенности теории и проектирования). Изд. Судостроение, С-Пб., 2000.

17. П.Рождественский К.В. Метод сравниваемых асимптотических разложений в гидродинамике крыла. Изд. Судостроение, Л-д, 1979.

18. Русецкий A.A. Движители судов с динамическими принципами поддержания. Изд. Судостроение, Л-д, 1979.

19. Мавлюдов М.А., Русецкий A.A., Садовников Ю.М., Фишер Э.А. Движители быстроходных судов (2-ое изд.). Изд. Судостроение, Л-д, 1982.

20. Хейфец Л.Л. Гребные винты для катеров. Изд. Судостроение, Л-д, 1970.

21. Перельмутр A.C. Материалы для проектирования обводов и выступающих частей быстроходных катеров. Тр. ЦАГИ им.проф.Н.Е.Жуковского, №554, БНИ, 1944.

22. Пашин В.М. Основные этапы развития отечественного судостроения. Ж.Судостроение, №10, 1996.

23. Зайцев H.A., Маскалик А.И. Отечественные суда на подводных крыльях. Изд. Судостроение, Л-д, 1964.

24. Злобин Г.П., Смигельский С.П. Суда на подводных крыльях и воздушной подушке. Изд. Судостроение, Л-д, 1976.

25. Колызаев Б.А., Косоруков А.И., Литвиненко В.А. Справочник по проектированию судов с динамическими принципами поддержания. Изд. Судостроение, Л-д, 1980.

26. Афрамеев Э.А., Капранов О.М., Коноплева И.В., Коринек Э.И., Плешанов А.Л. Корабли с динамическими принципами поддержания. Изд. ЦНИИ "Румб", Л-д, 1983.

27. Справочник по малотоннажному судостроению (сост. Мордвинов Б.Г.). Изд. Судостроение, Л-д, 1987.

28. Бенуа 10.10., Корсаков В.М. Суда на воздушной подушке. Изд. Судостроение Л-д.

29. Злобин Г.П., Симонов Ю.А. Суда на воздушной подушке. Изд. Судостроение, JIд, 1971.

30. Честпов Е.И. Зарубежные суда на воздушной подушке. Изд. Транспорт, М., 1975.

31. Symposium on Small Warships and Security Vessels. The Royal Institution of Naval Architects, 1978.

32. Chaplin J.B. SES technology developments. AIAA/SNAME advanced marine, 1978.

33. Современное состояние работ за рубежом по созданию кораблей с динамическими принципами поддержания. МО СССР, М, 1979.

34. AIAA/SNAME Advanced Marine Vehicles Conference, 1979.

35. Судостроение за рубежом. ЦНИИ "Румб", 1980.

36. Смирнов С.А. Суда на воздушной подушке скегового типа. Изд. Судостроение, Л-д, 1983.

37. High-Speed Surface Craft Conference, London, 1983.

38. Справочник по теории корабля, т.З (под ред Войткунского Я.И.). Изд. Судостроение, Л-д, 1985.

39. FAST'93. Proceedings of the Second International Conference on Fast Sea Transportation. Yokohama, Japan, 1993.

40. Белавин Н.И. Экранопланы (2-ое изд.). Изд. Судостроение, Л-д, 1977.

41. Корабельников А.А. Дизельные установки судов на подводных крыльях. Изд. Судостроение, Л-д, 1966.

42. Булыгин П.А. Газотурбинные установки судов на подводных крыльях. Изд. Судостроение, Л-д, 1971.

43. Федяевский К.К., Войткунский Я.И., Фаддеев Ю.И. Гидромеханика. Изд. Судостроение, Л-д, 1982.

44. Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов. Изд. Судостроение, Л-д,1988.

45. Ваганов A.M. Проектирование скоростных судов. Изд. Судостроение, Л-д, 1978.

46. Демешко Г.Ф. Проектирование судов. Амфибийные суда на воздушной подушке. Изд. Судостроение, С-Пб., 1992.

47. Плисов Н.Б., Рождественский К.В., Трешков В.К. Аэрогидродинамика судов с динамическими принципами поддержания. Изд. Судостроение, 1991.

48. Седов Л.И. О масштабном эффекте и о наивыгоднейших соотношениях при глиссировании. Тр. ЦАГИ, вып.439, 1939.

49. Многокорпусные суда. Под ред. Дубровского В.А. Изд. Судостроение, Л-д, 1978.

50. Aframeev Е.А. Seaworthy, high-speed, small-displacement craft for the coastal fleet. Proceedings of conference of the Institute of Marine Engineers. Marine Management (Holdings) Ltd, London,1994.

51. Dubrovskiy V.A., Lyakhovitsky A.G. Multi-Hull Ships. Backbone Publishing Co., USA, 2001.

52. Ермолаев С.Г., Рапопорт Б.Е., Афрамеев Э.А. Характеристики остойчивости и мореходности судов на подводных крыльях с катамаранной формой корпуса. Н.-т. сборник, Регистр СССР, Изд. Транспорт, 1972.

53. Афрамеев Э.А. Определение сопротивления СПК на начальных этапах проектирования. Ж. Судостроение, № 6,1968.

54. Sottorf W., Experimented Untersuchungen zur Frage des Wassertragflugels, Hamburg, 1940.

55. Эпштейн Л.А., Хейфец Л.Л., Афрамеев Э.А. Натурные исследования корабля с комбинированной крыльевой схемой. Отчет ЦАГИ и пр. п/я Р-6397, 1961.

56. Афрамеев Э.А., Результаты натурных ходовых испытаний судна на подводных крыльях «Стрела», НТО Судпрома, вып. 73, JI-д, 1966.

57. Study of Hydrofoil Seacraft. Technical Report by Grumman Aircraft Engineering Corporation and Dynamic Developments, USA, 1958.

58. Афрамеев Э.А. О сравнительных характеристиках схем крыльевых устройств. Ж. Судостроение, №1,1966.

59. Hovering Craft and Hydrofoil, vol. 1, No 3, 1961.

60. Келдыш M.B., Лаврентьев M.A., О движении крыла под поверхностью тяжелой жидкости, Труды конференции по теории волнового сопротивления, ЦАГИ, 1937.

61. Krienes К., Die von einem tragenden Wirbai am der Flüssigkeitsoberfläche hervorgerufene Wellenbewegung, Konstruktionsbüro Rosslau, Bericht №8, 1946.

62. Krienes K., Numerische Berechnung der Verformung der Wasseroberfläche durch einen Unterwassertragflügel, Konstruktionsbüro Rosslau, Bericht №12,1946.

63. Эпштейн Л.А. Исследование условий прорыва воздуха и моделирования при движении подводного крыла, Труды конференции по движению на подводных крыльях с большими скоростями, ЦАГИ, 1958. .

64. Kaplan P., Breslin W.P., Jacobs W.R., Evaluation of the Theory for the Flow Pattern of a Hydrofoil of Finite Span, Journal of ship Research, v.3, №4, 1960.

65. Эпштейн Л.А., Деформация свободной поверхности за подводным крылом, Труды ЦАГИ, вып. 932, 1964.

66. Лукашевич А.Б., Деформация свободной поверхности при движении подводного крыла, Тр. ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова, вып.221,1965.

67. Гошев Г.А., О деформации поверхности воды за подводным крылом конечного размаха, Изв. Академии наук СССЗ, №2,1966.

68. Афрамеев Э.А., Форма волновой поверхности за подводным крылом конечного пазмаха, Доклад на IX конференции по экспериментальной гидродинамике судна, г.Горький,1967.

69. Якушевич Д.В., Исследование вихревой системы прямоугольного крыла малого удлинения, Труды ЦАГИ, вып. 721,1958.

70. Эпштейн Л.А., О возникновении кавитации в вихревых шнурах, сбегающих с крыла конечного размаха, Труды ЦАГИ, вып. 716,1958.

71. Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В., Теоретическая гидромеханика, ч.1, ГИТТЛ, 1955.

72. Афрамеев Э.А., Экспериментальные исследования формы волновой поверхности за подводным крылом конечного размаха, Инф.-технический бюллетень пр.п/я Р-6397, № И901-62.150/151, 1967.

73. Соколов В.Т., Гидродинамические характеристики подводного крыла, работающего в системе тандем, Труды ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова, вып. 169, 1961.

74. Wagner H. Über Stoss-und Gleitvorgänge an der Oberfläche von Flüssigkeiten. ZAMM. Bd.l2,H.4,1932.

75. Тихонов А.И., Соколов В.А., Кузнецов А.Б. Гидродинамические силы, действующие на плоскокилеватые пластины при установившемся глиссировании. Тр. ЦАГИ, М„ 1955.

76. Логвинович Г.В. Погружение профилей в жидкость, удар и глиссирование. Тр. ЦАГИ, №707, 1958.

77. Тихонов А.И., Колосов Г.К. Гидродинамические характеристики плоскокилеватых пластин при установившемся глиссировании и при косом входе в воду с постоянной скоростью и постоянным углом приводнения. Сб. работ по гидродинамике, БНИ ЦАГИ, М., 1959.

78. Соколов В.А. О гидродинамической подъемной силе плоскокилеватых тел при движении с большими скоростями по волне. Сб. работ по гидродинамике, ЦАГИ. 1959.

79. Афрамеев Э.А. Движение глиссирующих пластин в стационарной волне за подводным крылом. Сб. докладов XVIII Всес. н.-т. конференции по теории корабля, вып. 104,1968.

80. Масеев М.Б. Движение катеров с носовым подводным крылом. Тр. конф. по движению на подводных крыльях с большими скоростями. ЦАГИ, 1958.

81. Афрамеев Э.А. Расчет посадки судов с носовым подводным крылом. Сб. Гидродинамика быстроходных судов. НТО Судпрома, вып. 140, 1969.

82. Афрамеев Э.А. Определение действительных углов атаки на крыльях СПК при движении на волнении. Докл. Всес. н.-т. конференции «Проблемы совершенствования методов прогнозирования мореходных качеств судов», НТО Судпрома, Севастополь, 1987.

83. Протоколы испытаний самоходной модели корабля на подводных крыльях. Пр. п/я Р-6397,1961-1964.

84. Садовников Ю.М., Практический способ расчета кавитирующих гребных винтов в косом потоке, Труды ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова, вып. 134,1958.

85. Басин А.М., Миниович И.Я., Теория и расчет гребных винтов, Судпромгиз, 1963.

86. Приемный акт морского теплохода на подводных крыльях. Пр. п/я Р-6397, 1963.

87. Протоколы испытаний морского теплохода на подводных крыльях. Пр. п/я Р-6397, 1961-1963.

88. Афрамеев Э.А. К вопросу определения гидродинамических характеристик подводных крыльев натурных кораблей. Инф.-техн. бюллетень пр. п/я Р-6397, № И901-62.140/141,1966.

89. Садовников Ю.М. Исследование гидродинамических характеристик гребных винтов быстроходных судов на подводных крыльях. Труды ЦНИИ им.акад А.Н.Крылова, вып.208,1963.

90. Чудинов С Д. Вопросы теории и расчета кавитирующих гребных винтов быстроходных кораблей. Диссертация.

91. Папмель Э.Э. Практический расчет гребного винта. НИВК, 1936.

92. Войткунский Я.С. Сопротивление воды движению судов. Изд. Судостроение,!964.

93. Орлов Ю.Ф. Плоская задача о глиссировании в присутствии конечного числа особых точек потока. Гидродинамика больших скоростей, Изд. «Наукова думка», АН УССР,1966.

94. Орлов Ю.Ф. Приближенный расчет подъемной силы крыла вблизи глиссирующей пластины. Труды Горьковского института инженеров водного транспорта, вып.63,1965.

95. Отчет по проведенным в 1959-1960гг доводке и испытаниям самоходной модели пр.346. Пр.п/я Р-6397, №346-060-70,1961.

96. Протоколы испытаний самоходной модели пр.346 с переменной нижней плоскостью носового крыла Пр.п/я Р-6397,1962.

97. Aframeev Е.А. The small Hydrofoil Prototupe to the Stryela. Hovering craft and Hydrofoil, vol.5,No.ll, 1966.

98. Бурачек В.В., Афрамеев Э.А., Ляховицкий А.Г., Экспериментальное исследование гидродинамических характеристик серии подводных крыльев на буксируемой модели. Сб. НТО Судпрома, вып.79, 1966.

99. Садовников Ю.М. К расчету ходкости глиссеров и судов на подводных крыльях. Труды ЦНИИ им.акад А.Н.Крылова, вып. 169,1961.

100. Крамарев Е.А. Гидродинамический расчет несущего комплекса морских судов на подводных крыльях. Диссертация, 1963.

101. Афрамеев Э.А. Гидродинамические характеристики судов на подводных крыльях в переходном режиме. Сб. Гидродинамика быстроходных судов. НТО Судпрома, вып. 140, 1969.

102. Владимиров А.Н. Гидродинамическое взаимодействие глиссирующей пластины и подводных крыльев. Ж. Судостроение, №7-8, 1939.

103. Лукашевич А.Б. Оценка влияния корпуса судна на подъемную силу подводного крыла. Тр. ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова, зып. 232, 1966.

104. Пашии В.M. Критерии для согласованной оптимизации подсистем судна. Изд. Судостроение, JI-д, 1976.

105. Пашин В.М. Оптимизация судов. Изд. Судостроение, 1983.

106. Худяков Л.Ю. Исследовательское проектирование кораблей. Изд.Судостроение,1980.

107. Нарусбаев A.A. Введение в теорию обоснования проектных решений. Изд. Судостроение, 1976.

108. Гайкович А.И. Архитектура пакета прикладных программ для проектирования судов на начальных стадиях. Тр.ЛКИ, Современные проблемы проектирования судов, 1982.

109. Сб. Оптимизация проектируемых судов. Тр. ЛКИ, 1985.

110. Вашедченко А.Н. Автоматизированное проектирование судов. Изд. Судостроение, Л-д, 1985.

111. Сб. Актуальные вопросы проектирования судов. Тр. ЛКИ, 1986.

112. Радушинский М.А., Семенов Ю.Н. Опыт использования САПР в зарубежном судостроении. Сб. Судостроение за рубежом, №№ 9- 10,1987.

113. Devine M., King J. HÄNDE A Computer Aided Design Approach for Hydrofoil Ships. Naval Engineers Journal, April, 1981.

114. Кларк Д. и др. Программа ASSET современная инициатива. Доклад НИЦ им.Д.Тейлора на симпозиуме STAR, Лос-Анджелес, 1984.

115. Naval Forces. Special Supplement. № 5,1986.

116. Аоки M. Введение в методы оптимизации. Изд. Наука, ГРФМЛ, М, 1977.

117. Захаров И.Г. Теория компромиссных решений при проектировании корабля. Изд. Судостроение, Л-д, 1987.

118. Блауберг И.В, Садовский В.Н., Юдин Э.Г. Системный подход: предпосылки, проблемы, трудности. Изд. Знание, М., 1969.

119. Краснов Н.М. Формирование и выполнение прикладных программ в режиме взаимодействия пользователя и ЭВМ. Математические модели и САПР в судостроении.Тр. ЛКИ, Л-д, 1985.

120. Основы проектирования летательных аппаратов. Под ред. ак. Мишина В.П.,Изд. Машиностроение, 1985.

121. Архипов В.М., Колесников В.И. Эффективность и стимулы технического прогресса. Лениздат, Л-д, 1974.

122. Управление качеством продукции. Основные понятия, термины и определения. ГОСТ 15467-79.

123. Выбор номенклатуры показателей качества промышленной продукции. Основные положения. ГОСТ 22851-77.

124. Суда. Методика оценки технического уровня и качества. ОСТ 5.0289-80.

125. Временная методика оценки технического уровня судов. ЦНИИ им.акад. А.Н.Крылова, 1989.

126. Качество и стоимость судов. Обзорно-аналитическая информация. ЦНИИ «Румб», 1984.

127. Малышев В.В. Качество судна и определяющие его свойства. Ж. Судостроение, №2,1980.

128. Логвинович Э.Г. О показателях совершенства транспортных судов. Тр. ЦНИИ МФ, вып.93, Изд. Транспорт, Л-д, 1968.

129. Ногид Л.М. Теории подобия и размерностей. Изд. Судпромгиз, 1959.

130. Эпштейн Л.А. Методы теории размерностей и подобия в задачах гидромеханики судов. Изд. Судостроение, Л-д, 1970.

131. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. Изд. Наука, М, 1981.

132. Aframeev Е.А. The theory of rating estimation of ships technical perfections. Сб. Research Designing in Shipbuilding. Krylov Shipbuilding Research Institute, 1994.

133. Aframeev E.A., Kapranov O.M. New type ship evolution program planning: KACP (Large air cushion-assisted catamarans) innovations. 3ed Int. Conference Preceedings NSN'2003, Krylov Shipbuilding Research Institute, 2003.

134. Афрамеев Э.А., Анализ основных технических характеристик быстроходных катамаранов с аэростатической разгрузкой, Сб. тез. V-ой Международной конференции по судостроению, судоходству, деятельности портов и освоению океана н шельфа. С-Петербург. 1999.

135. Ермолаев С.Г., Тедер Л.А., Афрамеев Э.А. и др. Многокорпусное судно. Авт. свидет. на изобретение, № 361920,1972.

136. Hooker S. Wingships: a prospect for high-speed ocean transport. Jane's Surface Skimmers, 1982.

137. Henry V.B. Analysis of vehicles with wings operating in ground effect. AIAA/SNAME Advanced Marine Vehicles Conference, Baltimore, Maryland, 1979.

138. Basil S.P. The perfomance of a conceptual multimission pover augmented-RAM WING-in-ground effect vehicle. D.Taylor Naval Ship Research and Devtlopment Ctnter, ASED-395, 1977.

139. Moore J.W. Conceptual design study of power augmented RAM WING-in-ground effcct aircraft. Lockheed-Georgia Company, Marietta, Georgia, AIAA Aircraft Systems and Technology Conference, Los Angeles, California, 1978.

140. Harald F. Neure Kriegsschiffbauten und-projekte. Marine Rundschau, №2, 1982.

141. Труды первой международной конференции по экранопланам, С-Петербург, 1993.

142. Небылов А.В. Измерение параметров полета вблизи морской поверхности. С-Петербургская государственная академия аэрокосмического приборостроения, С-Пб., 1994.

143. Волков Л.Д., Русецкий А.А. Экранопланы: проблемы и перспективы. Ж. Судостроение, №1,1995.

144. Proceedings GEM-2000 International Conference on Ground Effect Machines, С-П6 МТУ, Санкт-Петербург, 2000.

145. Афрамеев Э.А. Перспективы экранопланостроения. Ж. Судостроение, С-Петербург, №1,2000.

146. Афрамеев Э.А. Перспективные направления в развитии технического облика экранопланов. Проблемные вопросы проектирования кораблей, ЦНИИ "Румб", вып.2, 1982.

147. Афрамеев Э.А. Основные требования к техническим характеристикам экранопланов II поколения. Проблемные вопросы проектирования кораблей, ЦНИИ "Румб", вып.3,1983.

148. Афрамеев Э.А. Концепция технического облика перспективных тяжелых экранопланов. Труды н.-т. конф., посвященной. 125-тию со дня рожд. завед. Опытовым бассейном И.Г.Бубнова., ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова, 1997.

149. Aframeev Е.А. Conceptual bases of WIG craft building: ideas, reality and outlooks. NATO RTO Meeting Proceedings 15 " Fluid Dynamics Problems of Vehicles Operating Near or in the Air-Sea Interface", Symposium AVT RTO, Amsterdam, Netherlands, 1998.

150. Aframeev Е.А., Volkov L.D. Projection of a heavy wing-in-ground craft for a high-speed segment of a sea safety system. Proceedings of the II International Conference NSN'2001, ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова, С-Пб, 2001.

151. Афрамеев Э.А. Глобальная система спасания на море на основе тяжелых кораблей-экранопланов. Ж. Военный парад, № 4(28), 1998.

152. Небылов А.В., Соколов В.В., Томита Н., Оками Йо. "Концепция использования экраноплана для запуска и посадки пассажирского воздушно-космического самолета." Транспорт: наука, техника, управление, №11, 1996.

153. Tomita N., Nebylov A.V., Sokolov V.V., Tsurumaru D., Saotome Т., Ohkami Y. "Feasibility Study of a Rocket-Powered HTHL-SSTO with Ekranoplane as Takeoff Assist", AIAA 96-4517, 1996.

154. Афрамеев Э.А., Небылов А.В.,Савищенко Н.П."Морской старт многоразовых космических аппаратов с использованием тяжелых экранопланов". Ж. Судостроение, С-Петербург, №1,2002.