автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Гидродинамические аспекты проектирования управляемого буксируемого подводного аппарата с поворотным крылом

РГ6 ОД ШН1СТЕРСТВ0 ОСВ1ТИ УКРАГНИ

Миколашський ордена Трудового Червоного Прапора 3 Йа б л еб^д1ь и и м ¡нстигут ¡мен! адмт'рала С. О. Макарова

На правах рукопису

МОРОЗ Володимир Васильевич

УДК 629.127

Г1ДРОДИНАМ1ЧН1 АСПЕКТИ ПРОЕКТУВАННЯ КЕРОВАНОГО БУКСИРУ€МОГО П1ДВОДНОГО АПАРАТА 3 ПОВОРОТНИМ КРИЛОМ

05.08.03 — проектувания 1 копструкшя суден

Автореферат дисертацп на здобуття наукового ступени кандидата техшчних наук

МиколаУв — 1993

Працв викоаано в' 1яститут1 г£др6механ:ки АН Украши

Науковий керхвшк - доктор технхчти ааук, про^есор Александров М.М.

0ф:щйн1 опоненга - доктор техшчша наук, лрофесор Дихта Л.Ы.

- кандидат тега!«них наук . Богородацький 0.0.

..ровхдаа усганова - Центральна конструктореьке бюро "Шхуца"

Захист вхдбудбться "23" 05 1994 р. о "_" годин1 на

засхданнх снещадхзованох вчево! ради Д 053. 04. 01- при Никола 1всьхоиу ордена Трудового Червонэго Прапора кораСлебудхвному хн~ ститутх теш адааралз.С.Й.Макаровз за адрееою: 327 025, м.Мшшла-1в - 25, пр. ГероХв Сталхнграда, 9, МК1.

3 дасертащею мсшт ознайомхтися в, науковхй бхблхотецх Микола-?вського кораблебудхвного хнстатуту.

^тсре^ерат розхслаао

1НО " 1994 р

Ь'чежй секретер спещзлгзоввног. и ^

тчиог {¡.уда, д.т.н.,црофесор ■ ; 7. Квасницыеий В.Ф.

В загальноыу комплекс! текя!чяих зассб!в досл1дження I зсбосння Светового океану важливе ьпсце зайкавтъ гидводш буксируем! системи (ИБС), за допомогов яких вдаеться виконувати гривал! вим1рювання параметров водного середовида на ргзних горизонтах, картаграфувати дно та вести ютук ой■сетIв но затонули 1о складу ГШС входять судно-буксир, буксярно-кайельш пристрох х гласив буксяруошш пхдводний апарат о гхдродинашчниии пристроями занурення та в1дпедоння. Остатим часом в склад! ГШС аикористовуо--ься сЗуксирусм! тдводн1 апарати здапп зсИльшувати або змекшувати :вос занургвчу силу I таким чином здхйсновати маневрування по ¡росторош й траскторп за судном-буксиром в широкому дхапазснх •лийин та в!дведень. Крхм цього, застосування на сучасних кероза-|их буксирустх пхдводних апаратах СКБПА) приладив спрямовано! д:I систем автоматичного керування рухсм аимагае вхд них руху по ¡росторавЫ траскторЛ з обумовленов орхентацхся корпусу в просто->1. наприклад, рух КБПА по просторов!и траекторП з нульовин ¡сутсм оферента корпусу, ыаяевруваняя по глядя»^ з нульовкм яутом атаки орпусу I т.п. Так: режима руху можуть йути реэлхзеванх при вико-■истани 1 в конструкцп КБПА поворотного- крила. Враховувчя те, но ри проеятувакш керовзних йуксярусмих пмводних апаратхв з оворотшш крилои питания, поа'язан! з забезпеченняи яоойх1дно1 ерованост;, е дом{нуичикл а аагальному працесх проектувания, то ема дйсертацмко! росЗоти уявляеться актуально п.

Метою робот« с роз робка ефективиих методх в розра-унку характеристик КБПА э ловорстним крилом, придатних для икористакяя на ранхх стадхях праоктузання.

При розроЛи потодга проектувапия КБПА використо-у в а л и с я пето д и чисольетго коделсзаиня на ЕОМ руху нучгсих ниток в лотоц! р1дияи, а тзхоз метода експерикентального осл!джеиня параметра руху ПБС, ягЛ грунтупться на лроаеденнг одельнях вюгройуваяь з г!йроди»ам1'ш1й трус! 1.0 ц 1 н к а дос-об1риоот1 ] точноот! реэультат1в, отриманих ри використаян! рсэройлених штодхв проекту »алия КБПА, гциснпвалася шляхом пор1вняння розракуикових даних з данимй эдельнаго експерякенту в дослхдноиу баоейн! лабораторхI гхдроди-1м1ки г1дроф1зичних систем 1нстатуту г1дроиехая1ки АН Украхни эавхдувчий - к.т.н.Бслднсысий В.Г.) та натурного екслерименту з 5ПА "МУБУ", якии йув створений в СКТБ 1нституту г1дрокехан1ки АН трахни сп!льно э вгсазанов вике лайораторхсо.

Н а у к о в а новизна доогиджекь i отрицании результат i в полягас в тому, до пойудована ефэктивна спроцена матештичла модель динам!ки КБПА э поворотним крилои для ацшки його динашчних якостей на початков!й craaii проектування i на п основ! отрикаш залегшост! до характеризурть зи1ну глийини i швидк1сть занурення при маневруванн! КБПА в повздовжнъо-вертикалыйй пяошши з нульовиы кутом дмференту atío нульовим кутоц атаки корпусу.

Практична ц. i я н i с т ь досл1дяень полягае у тоыу, ко розройлено cnocid вианачения паракетрхв стационарного руху БПС, a tokos посЗудоиан i шмограки, то дозволявть уке на початков1й стад i'i проектування вибарвти Ндродюашчш, геонетричш i к!не«атачн1 характеристики апарата з сиЗумовленими динашчвхыи якостяии.

Результата робота в частая! досл]дження отацдонариих i iiecTauioKapiw/t рекиmíв руху КБПА а поворотним крилом в и к о -р и с т а н i в СКТБ 1ГМ АН Укради при проектувашц керованого буксируемого пхдзодяого апарата "КУБУ.

Основтша иауковики результатами, як1 ви-носяться на захист, s:

1. Ноютраыи для ьизкачання Ндрадкнаы1чних, геометричнкх í кпшыатачнях характеристик ШЗА з схЗумовлешши данам! чними якостяии.

2. IIpa¡cth4hí рекоиендац! i цо до midopy характеристик КБПА о поворотним крипом на початков!й стадi i проектування.

3. Cnocid визначення параметров стационарного руху П1дводних оуксирускик систем на початков i vi стад i i проектувания, отримания на основ! результата чисельного оксперишнту на ЕОМ, зокрема. при стационарному pyci ■ ГТБС в гкшздовЕгъо-Бэртмкаяыии пясщщ!, з вхдБаденшш буксируемого подводного слсрата в!д д!аьштрально1 пло-шгии судва-<5укскра та при b;:kop¡;ctc:;:;í в складх ПБС додаткового занурявача.

4. Спрааена матештачна модель дкигийки КБПА з поворотним крилоы для. оц!нки iloro динашчних якостей на початкоз!й' стадН проектувания.

5. Залагнаот!, як i зтрзктеретувть 3MÍHy глибини í скидк^сть заиурення при ыаневруванй! КБПА в яовздовкнъо-вертикалг>н.Ш nficsyini з нульоаки кутом дафаренту або нупьазш путай атаки корпусу.

Ochobhí науков* результата, як i виносяться на захкст.

этрииаш автором сакоспйно. В колективннх роботах - модельнии эксцеримерт в дося4днону басейн! та катуркий ексиеримент а КВПА "КУБУ" - автор беэпосередньа брав участь в IX проведший, эпрацьовупэннг, акал1з1 та tHTepnpeTau.ii результат! п.

Результата досл^даень допов1далися на:

- секцН наукового оабезпечекня створення сучасних техшчних засоб1в мороько! розвхдки та видобування корисних копалин Всесоизно! науково-техн1чко5 конферешш "Проблем« створення ново! гехшки для освоения шельфа", «.Астрахань, 12-14 вересня 1984 р.

- секци г1яродинам11си технхчндх систем досл1дження Светового зкеану 3-1 Реслубл 1кансьгсоI науково-техшчно! конференцП э прих-чаднод г1дроиехан1ки, 1ГМ АН Украдни, м.Ки1в. 23-25 ковтня 1984 р.

- секцП п1дводних апарат1в, робот!в 1 манхпулятор^в 4-1 1аукопо-тохнхчио! конферендП "Пройлеми створення ново! техники хля освоения шельфа", и.Торький, 3-5 грудня 1588 р.

- 2-й Республ1канськ1й школ1-сешнар1 молодих науков1»в та 5ял1Вц,1е з теоретично! та прикладной г!дромехан1кн, м.Алушта, 2031 гоатня 1035 р.

- секцхх дикам1кй буксируетах та заякарених систем 4-х 'еспусШкансысо! науко»о-техн1чно1 коиференцИ а прикладно! г1дро-¿ехашки, 1ГМ АН Украиш, и. Хяхэ, 24-26 листопада 1937 р.

- Всесоюзна кяол! по технгпши засобам 1 методам досл1дження меану. м. Геленджик, кв!тень 1989 р.

- сехцП гхдродинам1ки теюпчних засоб!в освоения та вивчення жеану Республ1кансько1 науково-техн1чжи коиферетШ "Проблем» -1дрошхан1КИ в освоеши океану", 1ГМ АН Укра!ни, и. Кт'п. 24-26 шстоиада 1082 р., а такс* на пост!йно д^вчах сем!нарах в1дд!лу -1Дроб1он1ки та керування граничили шаром 1ГМ АН Украхни п!д :ер!вництвом д. т. н. .професора Бабенка 0. В. С«.Кя1в, 27 листопада 991 р.). 1 в1дд!лу техн1чно! г1дрошхаи1ки ЗГМ АН Укради П]д [ер!вництвои д.ф. -ы.н. Сзлтанова И. Л. Си.Ки1в, 24 кв1тия 1992 р).

За материалами дмсертаиП опубликовано 9 друко-(аннх роб1т. список дких умхадно в к1вц1 автореферата.

Обёяг диоертац!! становить 109 стор!нок машм-юписного текату., 52 калении, 4 таблиц!. Список використаног нау-:ово-твхн!чно1 лхтератури нараховус 101 найменування.

Короткий 3míct роботи

Дисертац1я складасться 13 вступу, чотирьох роэдхл1в i bhchobkíb.

У вступ! абгрунтовустъся актуальшсть теми дисертти i, виз на-чаеться мета досл1д*ень та шляхи И досягнення, приводяться ochobhí Hayicosi результат 140 виноояться на захист, а токож коротко викладено зи'ют дисерта!Ш.

Перший poani л присвячений огляду сучасного стану i перспектив розвитку буксируеыях гадводних anapariB. Показано, цо для розширення функцгоиальних ыожливостей . буксируских систем до ix складу вклвчавться керсвэди буксируем! шдводн1 апарати, абладнанх сиситеыоо автоматичного керування рухом. У зв'язку з цим, основною задачос, цо стоить перед проектувальниками, е створення нового типу високоыаневрового керованого буксируемого п1дводного апарата, який був <3и здатнлй рухатися по складшй npocTopoBiíi траекторп, при цьому hjbmkoctí буксирування повинн; бути пхдвищенмми.

Тут же розглянутi iGHyc4i «етоди проектування буксируемих п1дводних апаратав. Зокрема, вхдзначаеться цо в npaicraui проектування буксируских гйдводних апарат!в розразняють два види г1дродинал1чного розрахунку апарата - попереднм! та перев!рочний. Метоо попереднього Ндродинашчного розрахунку е в!дпра«юванвя г i дро дина« i чно i с хеш i визяачення основних posuipiB буксируемого подводного апарата з тим, под останшй забезпечував виконания виког текиi много завдання на буксируеиу систему. Кетов перевхрочного г1дродииам1много розрахунку е остаточне уточнения г1дродинаигчних характеристик апарата. При аьому, ■ поперашй riдродинам! чиий розрахунок характериэуетъся малов трудоешастти i пристойной тоадйегтв, в той час як перев!рочний розрахунок досить трудошсткий i для кого викснання необхшю застосування ЕОМ. П1 дкреслветься, ¡цо в дисертацтий робот! розглядастьоя методи,цо використовувться на початковiй стад!i проектування, а саке при виконашй попереднього Ндродинакпчного розрахунку апарата.

Особлива увага пршилена питания« динамики п!дводних аларатхв цо вшсладен1 в роботах Агеева М.И., Max i на М. М., Пантова 6.1., Шереметева Б. Б., Большакова Ю. Г., Войткунского Л. I., Итова 1.0., Першица П.Я, , Остоолавского I.B., Стракевох I. B.. Федясвського К. К., Соболева Г. В. та i т. Вхдзначаеться, то буксируемим

п!дводний апарат неойс1дно розгядати т1льки в склад: буксируемо! систеки. Тому вааиивэ Micue в дисертац1йн1й роботi займае анал!з результата в га л уз i р1шення прикладяих задач о'уксирусммх та заякорених систем, отриканих Бсловиы .В. А., бгоровим B.I. . Зарецьким 0. В. , Криловим О.М., Кульмачем П.П., Ikohhikobhu М.Б. , Сантановим М.В. та 1иш. Тут не розглянут! деякх лрияципи лобудови модуяьних ¡пдводних aitapaTis та хх систем, якх викладенх в роботах Дм1тр1ева О.М., Ястребова B.C., Суворова К. Г., Гайского В. О..

Розглядавться деяк! матекатнчк! моделх ди«ам!ки буксирусмих анарат!п, зокремз, кодйя! до викладен1 в роботах Комарова B.C., Шеремета М.0., Леонтьева 0.0. . Попова 0,С. та imii.

Вакдиве Micu,e займае гаках агляд експеримэнтадышх истод in випначення' гхдродинам1чних характеристик пхдводиих апаратin, зокрема, методгв, вккладених в роботах Грейнера Л., Козлова Л.Ф. , П'ятецького B.C. , Чср.чога I.M. та iна.

Одачасно неосШдяо зауйаяити, ¡по питамя, пов'язан! з досл1дженням впливу г1дродянам1чшх, к1нематйчних i геокетричних характеристик кероваяого буксируемого п!деодкого апарата на иараметри- руху нилх вивчеих яедостатньо, а иетоди ио використолуоться для хх , BnpiicsHHa- дос'ггь трудом!сткх i мало придатн! для застосувшшя яа початков!й стад!! проектуваняя.

В заключнхй частик j лершого роздхлу формулветься г!дроД'1кам1-чна задача проектуваиня КШ1А з поворотним крипом, яка звучить-таким чином:)при задания швидкостях буксирування, характеристика» кабель-тоса,' гдкбянах та швидкостях занурення знаити необхгдн! геометричн£, кхкематкчн! i г1дроднвам1чн1 характеристики зтернових орган is керованого буксируоюга тидвэдного лпарату о ;1оворо'1'ниы крияек при маневруванн1 йога л поэздс:отьо-вертивзльн1й гсло'дшЦ з иуяьовим-ку-ки ^ дафэрокта. >.dq аульонам кутоа атаки корпусу.--'./''vV: .. ; V ■

> При мркченн! uiei ртаглк^гстлся буксируема систокз,

яка складаетьояiis сукиа-букзйра, ^ртсприо-кабёлько! чзстинк i кэраяшюга букеярузмого ru два д кого tr-зрата. При аъаку ввагзеться, so КБПА мае вульоау ллавучхоть, а його иетацентрична вксота в ^¿дводотзму положенн! дор1вя»в иулв,; Взагаеться тахож, но при ланевруванн! кероваяого БПАаоглиби«] проекц!я вектора швидкостх ?парата на в!сь ОХ рухомох сиотеки -координат ОХУ vx Скал. 1) за зеличинов 1 напряюсом дор!анвв ввяджосп буксирування va. Вертикальна складова Й£«ц1Г кабвль-трооа на апарат Ту вважаеться лЬ

•";'■':'."'■.•'.•-•V -г.- '.'■" • ■■•■ '•:.

н1йно залежНоо в1д глибини аанурення керованого ША. Проекци г]дродинаыхчних сил Сзавурюючох сила Р 1 сили лобового опору £ >. обчисленх в швидкюнхй систем! координат оху, на вхсь 07 рухомох систем» координат дадуть збурвючу 1 деипфхрувчу сили. Положения швидкхснох сисгеми координат йхдносно рухомох визначаеться кутом о^, який чисельно дар]внос куту нахилу траскторИ руху до горизонту.

Враховусчи их допущения та заувахення, задача динаники керованого БПА о повороташ крилем при маяевруваннх його з нульовим' кутоы диферента або нульовим кутом атаки корпусу зводиться до розгляду задачх про перемщення тхла а однхео стутннв свободи ка пруаихй п1двхсц1.

Мал. 1. Ло постановки гiдродинаи;чнох задач! проектування КБЛА

Для вир1шелпя uiei ochobhoi задач! необххдно вирхшити дв1 npoMiaii задач!. По-перше, необххдно визначити структуру i чисельнэ эачення залаетocTi вертикально! складово1 реакцП кабель-троса на апарат в!д шзндкост! буксирування, геомгтричнин, вагонах та г1дродянаыхчних характеристик кабель-троса. По-друго, необхШго З'ясувати структуру i чисельне значения заденюсте;: г1дродинам1Чних характеристик керованого БПА в1д геойгэтрачгшх i мнеыатичних параметр!» стернових орган! в апарата. Побуду вата ыатекатичну ыодель ri дродмалп чннх характеристик апарата , i визначити wesi ii застооування. ВирЛшення иершо! пром1жнох задач! цо грунтуеться ш аналхэ! результатов чиселького експериыавту ,на ЕОМ з використанням деяких ыатематичних моделей троса в датоц! рхдини, як! себе добре аарекомендували, а таксг слуаш1сть прийня-

тих при постаноши задач! допуцонь та зауважень викладснх у 3-у роздШ дисертацх х. Вир1шення другох прсмхжнох задачу то грунтуеться на модиф1кацП нап1веып1рн'шсго метода обчислоння г1дродинаш чних характеристик, яки/ запропонований гхдродинамхчннм вхддхленняи ценру береговкх систем БМС США, стосовно керованого БПА, викладене у другому роздШ дисертацП.

Отге, у другому розд1л1 розглянут1 основ я I геометричнх I гхд-родинамхчи] характеристики КБПА з поворо~ним кряяон. Зокрема, проведено анал1з 1 пор1вняння подомни г!дродинам1чних схрм та компоновок БПА С"нереальна" схема, схема "качка" та схема "лггав-че крило"). Наводяться рекгаендацП що до вибору параметров крил. корпусу та кормового оиерення КБПА. Родиться висновок про то, до для реалхзацхх руху КБПА по просторовхи грасктор! I найб^ыи приИнятноп с. двокорпусна "нормальна" гхдродина.шчна схема апарата середньопланого типу, обладнаного крипом з малим д!апазоном нерем1цення центра тиску. Тут же наводяться спрса,енх залекностх гхдродинам^чних характеристик КБПА у вих'ляд1 ¿зольоналого корпусу, обладнаного поворотним крилом г кормоаим опоронням, до складу «кого нхадять стабхлхзатар ! горизонтально стерно. Зокрсиа, явдо КБПА рухасться у повздовжньо-вертикальнхй плоелн1, то вони мапть

витяд:

Су = Ккр + С? ра- С1*Ка*К<,:> * С? |а (1+Ко-):

Сх. = Схо В ССуЭ*;

С®** Схо Г1 * КСу)2^ + <$ К*р ^ + С? р! С1+Ка+Ко)^£- *

+ С? СГ+Кв)^;

де С>-,С*,Сяг - в!дпов1 дно коеф1ц1снт занурепчох (ихдпадальноП сили, сили лобового спору та повздовжнього момента КБПА;

- в{дпов!дно коеф]ц1сит зануроочш (пШймальнохЗ сили ¿зольованих крила, корпуса та оперения КБПА; Kkp.Kn.Ko - коефпиенти 1нтерфэрскцП; Г« - плаца м Целевого перетину;

Р - плота крила в план!;

Ь - хорда крила;

хр'Ур . " координата центра гиску крила; хк,ук ~ координат« прикладення сили опору 1 занурсичох

СпШйиальнор сили на корпус1 БПА;

Lp. - координата прикладення занурвючох Сгид1иыальноь

сили горизонтального стерна;

В-1/СпКяЗ - коеф1ц!снт пропорцхйноотх (тут X - ефективне видов-хення крила.

В к i huí другого роздхлу. наводиться результата порхвняння обчислень при застосуванн! спротених залежностей гхдродинамхчних характеристик з експериментальними даниы», як! отриман! шляхоу проведения cepií випробувань моделi кероьаного БПА. "МУБУ". я дослхдлому tíaceimi лабораторП гхдрсдинам!ки Пдрофхзичних систем 1ГМ АН Украхни, який мае довхину 140 ы, ширину 4 m í глибину 1,6.. .1,8 к. Модель мала довкину корпусу 1019 мм i розмах крил 900 мм. Швидаисть буксирування становила 5,5 uso. Кожне випробовування характеризувалося к!нематичними параметрами руху; кутом атаки корпуса моделi, кутоа перекладки крила та. кутом перекладки горизонтального стерна. Результата випробовувань представлялися у вигляд! графхчних задохностей, коеф!ц1ент1в х^дродинаийчних сил i момента Bis кхнемагичних napawerpie руху. Тут же робиться висновок про те, то межх заотосування спрощених залежностей гхдридинамхчних характеристик керованого. БПА вит)кастьхз умови бмвЦривного обтхкання сгернових поверхонь i стдновлять; -

- по куту атаки крияа i куту атаки кормового горизонтального стерна 18. ..20°;

- по куту атаки корпуса ЕЛА * 20.. .23°.

При цьому похибка при, обчиснтеннх г!дродинаы1чних характеристик керованого БПА з поворотним хрилом не буде перевивдгвати 10%, ш,о ц!лхоы зздовдльнодля початковох стадII проектування БПА.

Tperi-й роз/йл присвдчений дослхдхэнню динам]ки ; КБЛА з поворотним крилом. Розглянуто основа! р!вияиня дина«!*;« КША i визначоно шляхи хх опрощения, слуагйсТь яких визначаларя шдаяоа проведения в гхдродинам1чн1й труйх в!ддхлу гхдробхон1кл та кгрура^ ння гранични« шаром ITW АН Украхни екопериментальних tm«i ¿дань динам!ки пхдводно! буксируемо! систеии. Г1дродина«!чиа труба ката закриту пряшкутнох (400 х 400 ta/У форт в поперечному/пектин! робочу частину довюшоо 1500 ии. Для доелiдвинь <5уяа ;ршх»тшлена модель п!двадного апарата; <ПА) : Сдиэ.мал-?) - -у вигляд! п!:вкуд1 д1аштром 37 мм, причому верхня частина Швкул! була заповнека пхноппастом Ш. а в тхнЫ частин! - розмхшувався свиииеаай

тягарэць (2). який эа<к?э<!«чував кодел1 ПА занурювчу силу 0,0706 Н. Модель ПА за допоиагов троса (3), який dys зиготовлений 1з капроновох волоо!л1 д1аметрои 0,6 мм i доветно» 830 ми з-сднузався з тензоиетричиим динамометром (43, л кии дозволяв рееструнати на CTpiwii шлейфтого осцилографа силу натягу Т. Вниз за renien в тру<51 ■ розтавювувавоя пристрой автоматичного тдпусклиня модем (53, причому момент выпускания синхронно рееструвався на стр!чц1 алейфного осцилографа лоруч з записям с или натягу в Tpoci. , Eüuük часу з моменту слрацмання пристров автометичього выпускания иоделi ПА эдМонввааая зз допомогоч спецДального тайкера.

UJJ f Г, Д1М 1.Л*

Мал.2.Схеиа експершен-талшо! установки

Методика проведения еяспершент!» tíyns таков. Перед тим, як надата вод! в тр/:) ыяидкост!, дкнашкетр i таймер виставлялися в нульоз! позначкй. TIoriK модель ПА ртм!щув9яася а направляющи ранц! прнстров автоматичного в!дпуалання i вод: в НдродинанЬш]й Tpydl иадгвалася швидмсть va~ 3,0 м/с. Направляема ранка ойкеаувала nepm/jate-ння модел! ПА т1льки по гллйин], а в поБЗдовяньоау напряику модель иоглй вЬчьно рухатяся. Тону модель__ ПА п!д натиском aatílian-ioro потоку переи1яуваласи вниз яа renien до тах nip, пока трос но ватягувавоя у npj¡s*y niaia. Ней стан «одел! ПА поэизченнЯ на ижл.2 пукхтириоо niniea. Дал! правод.,вся у д!с npHCTpiíl автоматичного з!дпусканил i «одель ПА починала ззнурсватися. Пронес зануреяня кодел1 ПА рмзетруваво? иа KÍHOCTpÍ4Ky з частотой 24 кадри иа секунду за допоасгоа к!нока».©рк "Конвас-автонат". Юнеиатичм1 характеристики пронесу зачурення но дел i ПА - агаидк1тгь занурення vy i гаидк1оть новэдовхнкпхз пьрем1щс-ння t^ - о<5чиоло»алися юляхом граф« много диференц! «шатая ,в1дпов1дно глибяни звяурення ут t (говздоытаога переведения хг На «тал. 3 i 4 эофажэн! результате них о<5чивл«нь. Так, зокрема.

щвирМеть занурокня уу п1сяя введения в д1в пристрою автоматичного п!днускаиня за досить короткий час нзбувала »акоимальнох величини О,?, м/с, а штм новЬтно впродавж мая же 4-х секунд спадала до пул>;. ^осздовкия п кишеть -.>х ири и.кзму Дула (Ильи як на порядок штюо (максимальна величина Г) =0,015 м^с) 1 в!дносНо

X идх

шуидкостх руху воде в г!дродинам!чнш труб! становила у^-Су^у^ 100% =1.. .1,5«.

(,-Сг и;. ,0ф

к

•

у.

СМ

\-л

1 ■

Н

**

4 к»

Мал.3.Ввидкхсть чаяуренкя коде л 1 БПА

Мал.Д.Ивидкхстъ поаздовкнього перемхцення коделх БПА

На ыал.6 иоказан1 результата порхвняння сили натягу в трос! 7, яка вииинае в процее! эануртшя, 1 сипи натягу при стад! она рнежу рус1 ПА (мал. 55 на однаксвих глибинах заиурення.

' Т»

I*

с.1С

ВА

/с«»

Мал. 5. бапежш ст1-> сили натягу в трос! вхд стацхоиэрнэ* гдибини оануреняя

• » »

Мал.6.Сила натягу в трос! при аануренн! модеш БПА

Видно, до в ночатковий момент часу поста!., шнарна сила дорхвнюе ста:ионарн1й. Дал1 нестаи,юнлрна сила керевииу.".' ста(!_!онариу ! П розвитбк з часом можо супроводжукатися .'¡ми «плесками х падхннлм, в той час як стационарна сила зсЯлыиуеться монотонно.

t

Починавчи з 2-х сакунди i дазп стгцюяарна х настг^ояарна с/.ли знову зрхвнооться. При цьсму вхдхияенш нестацюнарних сил натягу Bin. стацшнарних но перевииуе 10... 12%. СлЫ та ко а оаумютти, so буксируемз система, динашка xr.oi досл'гдувалзся, «ала досить висок1 динам!чн: характеристики. Зокрека, иаксимальнии кут нахилу траскторП руху ПА в1диосно горизонту сягаа arctg Cvy/w03=ll... 12° Сдив. мал.3), що е яарактерним для керованнх БПА.

В результат! досл1дгень рабиться виснэвок про то. ея:

1. EsmwicTb повэдовжшх першнаэнь ША в1днсс;:о судна-Сукси-ра мала по гнднои'экни до езидкост1 буксзфуван.чя i ксгз в тп^гли динамiки мояна злахтуватм.

2. Залегнхсть катягу в Tpooj в!д глябинн згнурення в задач! дннамхки БПА кпа аса гати блчзькоп до прлмопропсрцШкп, а величина натягу при виэчекя! характерных py:;in НПА ííoeo бути обчкслена з результат! вирзшення задач! стац!оиаркого руху гяучко! нитки в рхдин! i виксркстзда в задач! динаьйкя БПА.

Тут же рсзглянуто задачу tipo стацгонарннй ру:с буксируемого П1д0одкого апарата, Рсзгмкуто ьшад;ск руху авергта s повздопжньо-вертикйяьнхй пяоэкн1, руя апарата з вхдведевиям та додатксвим занурсвачгм. Зокрека, при русi ШТА в логзагвжньо-вертл-кальн!й плсетн! Сыал.7) для ряду геоаэтричних. ¡чноиатячиих та г!дродикамхчних характеристик троса вяконан! рсзрахуняи за катодами 0. !1. Крипова та М В. Салтаиоза параметрíb руку буксируааого апарата.' - . .

!!ал. Т.Систока координат i паракатри руху ШС

Шелл анализу результат!*) розрахунк!в отрицая! алгебраЗчн! ешпричн! формул« ш,о харак:териэуать залеюисгъ параметр!в руху апарата Сглибини аанурення, в^дставання та j i дведенчлЭ енд г;дродки<1М1'ших характеристик апарата. Ключовим моментом при цьому було наложения про те, вд глубина аануреяня Т та в!яставання апарата X були представлен! у такому вигляд i Смал. 85

У

Кал. 8, Схема виэначення параметр!в руху ИБС

Г « Ттр * ЛТСу - МС»; X = ХТР- АХСу - ДХСк;

тр

до Ттр - глкОина заяурвкая в1лького троса. и:

йТСу - добавка до глябини обуиойлоиа д!ев на к!!;ц! троса зшурвючо! ОЙЛИ Ру, к;

А7С* - добавка до г/шбшш, оЗуковлена д1ео на к!на1 троса сюш-лвбоаого опору Кх, м;

- п1дотаваши кшця вхдьнаго троса »хд судна-буксира, и;

¿ХСу - Добавка ко п!дстаааиая. обуыовлава д!со не к!кд.' троса вануравчох сидя Ру, и;

АХСх - добавка до ь!детонация, обуио&яака д!со ка ккш троса сияи лобового опору Кх, ы.

Яке» трсс шв р!вноы!но роэпод!яеиу по довши пасу, то коардюштн К1нця в!лытого троса южна легко вшиукзтн 1а учот р!внсааги гроса. В цьому випедку трос являе собою пряму лх>пю i розглядавчв рхвняннл моиект!в вхдноско точки 0* Свал.83, стринаеко

до Б - загаяъва довжина троса,к;

дь- нагони« вага троса г водх, кг/и; г - погодная сшр трос» при поперечному обт!каня1, кг^м. Добавки ¿?Сг,А7С*,ДХСу 1 ДХС* сйчмслеи: ъ еадеяностх в!д сд]в»1дноаэяь ?у/г i 2*/г, як! вважавться характериимя для процеса

буксирування ИБС, зобрахенг на мая.9 1 10. Зокрема, на правхй частин* мал. 9 зображенх залехностх ЛТСу ^СРу/г"! х АТС* ^(Кх/г) у випадку, коли сила Ру направлена вниз Сзанурвюча). На л!в1и половин!; графхка зображен! ид ж залежност]1 у випадку, коли сила Ру направлена вверх (пШймальна).

Мал. 9. Залею)1сть поправок ЛУ в!д величин Ру/г I К*/г

Шл.Ю.Валеяшсть поправок ЛХ Я1Д величин Ру/г 1 Йх/Г ,

Видно, цо добапкн ДТСу 1 ЛТСх пряшпропорцтйио залежать тид сп!вв1дношень Ру>г 1 Кат>г. Аналог1чяого типу заяеясностч отримэн! х для добавок АХСу га ДХС* (>.гая. 10),;: Заяёжноет!, зображен! на мал. 9 1 10, апроксянован! простлми формулами, до складу яких входять число Рейнольдса» коеф1м15Нт Занургвчо! СаШЯмально!) сили апа-рата, коеф1ц1снт лобового опору апарата, плоца ¡срила БГТА в план!, коеф!ц1ент опору, троса, при 'нормальному a<¡тJкзниi та кого д*амвтр, Визначен! ;шаГ застосування отришних формул. Як показала пере»1рка, а використаяияи опубл1кования &кспернмеигальних даиих по, букснруБзшш рлбопод1бнога грузила ваго» 200 кг похибка в обчпсленн! пшбини эаиурешгя У та вЦставання X при викорнстанн! них формул не перевиауе 5%. '. Такоя отриг.'ана,-зал0ян1оть вертикально! скяадово! реаюЦ! ка-

боль-троса на епарат в!д глибивд занурокия уоигляд!

"■'".Л-А А ■ ■;т*'"*'£г>т',А

дэ К( - коэфШсэт до залэяггь в1д «лш'.дкост! буксирування 1 няп-Ч-ря^.д*!. ревяй! каймь-1фрра4.-. ..'

Ут - неремхщення апарата у вертикальному напряку вхдносно гли-<5инк занурення вхльного троса, В кхнм третьего розд!лу формулюсться спрошена матемзтична модель динамхки КБПА а поворотним крипом. Зокрема, при маневруванн1 КБПА э нульовим кутом диферента домхнусчими силами то и'ю-гь на апарат. будуть Смал.1) вертикальна складова реакии кабель-троса на апярат Ту I зануркюча Спшймальна) пхдродинамхчна сила Рг, обчислена в швидюснхй систем! координат. Внажа«ться, що в початковий момент часу и вибулася мигтева перекладка крила на к.ут й* ! апарат почав здшо.нпвати мчневр по глибин! э нульоним кутом диферента С мал.11).

Мал.11.Схема маневру но глибин!

Маневр змхни глибини в загальному випадку складаеться !з трьох участков: 1 -участок разгону, де анарат рухаеться а 1статно нестационарному режим! д його швидк!сть' занурення (спливання) при цьому омхнюеться в!д нуля до свого максимального значения; 3-участок блиэькин до стацдонарного занурення або спливання а приблиэно постхйно« швидк!стто; 3 - участок п!дходу до задано! глибини занурення, який завершуеться виходом на стац!онарний реюш руху на нов!й . задан !й пшбши занурення К.. Весь маневр характеризуемся двома параметрами: перепадом глибин АН Ср!энная м!х заданов глибиною занурення Нд 1 початконоп НО I тривалхрттв никонання маневра I . Враховуючи те;, що КБПА в оалежност! )пд ,:вшх динам! чних. я костей мохе н хдходиги до задано! глибини занурення Нц з р1зноп хнтенсиншс.тгр, то тривал!сть участка тчдходу до задано! глибини занурення Нд мода эмхнпватися в широких монах. Точу, для оценки динамхчних я к:остри КВПА, уа трива/ксть виюнанчя тн^рру I. будемо приймати час, за який анарат проходить Я'!« мерннаду глибин АН В кипи участку (КШ'Ону . ИГА мае

максималпну шни/шогь яану1»ння (с;шшвання) V™** !, ЯК насл!д,ок l-.bt.4V», Мас»-от-.ЧЬ«у крутизну трясктор11 -ру*у, кут пахилу до

¡ориашиу ако! а*1."* визнач'с!чтьс:я с1авв!дношенням 1д о£**» 1>"**л>о.

Таким чином, тривалхстъ вихонання маневру Ь х максимальний кут нахилу траекторП руху а™"* будемо ввахати критер!яыи, що характеризуют дииамхчн1 якостх КБПА.

Диференидйне р1вняння, но характеризуй рух КБПА но глибин! з нульовим кутом диферента, буде мати вигляд

у;+^г ^+ ь Ут= л ^

де (т*\аг1 - «аса апарага э урахуванняи приедканох каси;

Уу ~ швидкхсть та пркскорення руху апарата но глибинх;

- пох!дна коефШента занурсючох СпШйиальноО сили крила но кугу атаки, вхдкоректована з урахуванням взаемодх! крила з корпусом;

- лох!дна коеф!Мента занурсочо! Сн)д!ймаиьноП сили оперенох'о корпуса, в!дкорекгована з урахуванняи взас-модП корпуса з крилон х оперениям;

р - масова густина водя;

г>о - швидк1сть-буксирування;

Т - плоша крила в плань

Рвения рхвняння руху КБПА по глибин! отримано у вигляд!

у = (РГ К*. - У ЭС1--+ ] + у ;

деР7 = с^б* е^г,

уо - початкоза глибика занурення апарата а!дноспо глибини зану-

рення в!льного троса.

I

формулой

31 )г - корн! характеристичного рхвяяння цо визначавться • за

я

а ± »а!- 4а а

I ~ <2 а

I о я

АО ао= СпЛ2з);

-а «, ^Г;

Ивидк!сть шневрувзяня по глибин! при цьону буде м!нятися но тлк!й залеЕПОот!

О),

Мал. к:-|'ь трипалпоп

никонання мчн^ьру >ШПА мд параме'1'[н н ? !

ОЛ 0,2 0.3 . со.

Мял. 13.'Зиш*(шп'ь минимального кутя нчхияу. 'граегшрП ¡>у>«у КНПА мд я ^ ■ I "1 ,

М«л. 14.Пор1Вняння розрахушш-ао1-залезност! глийини. нану-р»ннч в1д кута перекладки-ярила МУ5У з даними натурного, «ксиеримеич'у при сташ юнарних

>1. «[>--- Ч у/*"" 7т ИЗ" ——- згмфип*т ' ■УИЛЧИ«

к . /Г ■.'Ч/С

-^ьУ —~«е

л*.« Л ' - 9

Мал.15.Характер ам[ни глибиии занурення КБПА ири маневру.взн -нанн1'а нульовим кутом дифе-реита ■ ' :•.- ■ .

У- СР7 Кь - ---

В четвертому роздал; на основ: результатов двох попереднхх роздЬпв проведено д'юпдження залежновТ1 параметр!н маневра по глибик! в)д основних геометричних, к!нематичних I г!дродинам!чних характеристик Ш1А. За критерй', що характеризуем динам!чнх якост! апарата, иравлять тривал1сть виконання маневра . !

максимальний кут нахилу траекторп руху апарата с^?* для яких на основ! опрощено! математично! кодел! динам!ки КБПА з поворотним крилом отриман! так! залехност! в!д основних г!дродинам!чних, геометричних 1 к!нематичних характеристик апарата: -для триваност1 виконання маневра

I й-1 1пго,оз (1 -

т ог Ьг

- для максимального кута нахилу траекгор! I

1д а£ах«иС1,87 - 0,74 \пО '

де о> =■ /а /а - коефШенг-аналог власно! кругово! частоти; а

£ г -1 - коеф!и.1 снт затухания.

у 4а а

о г

Такоа побудован1 номограмм (мал. 12 ! 13'), як! дозволяить вибирати гхдродинам!чн!, геодатричн! ! к1некатичн1 характеристики КБПА з поворотним крилом ¡до забезпечупть аларату задан! динам!чн! ясост!. Тут -,тв наводятьая результата пор!вняння розрахункових даних з дзниии натурного екслерименту з керованим БПА ")!УБУ". Зокрема, приводиться результат« порлвняння розрахункових даних СсуцДльна л!н1я) з егссперкменталышми при стащонарних режимах" руху (шл.14) та при виконанн! аларатом маневру занурення з нульовим кутом диферента Скал. 153. Робнться висновок про те, с,о розрскЗлен! кэгодикв дапть задов1льний результат I можуть бути використан! на ран!х - стадиях . проектування КБПА э поворотним крнло.ч. -

Осиови! | результата 1 висновки роботи могна сфориулввати у вигляд! таких положены

1, На основ! анализу гхдродинаьйчних схем керованих (¡уксирусыих ¡йдводинх а парат! и а нозоротялм крилом зроблено висновок про те, цо намбхльш прийнятноо с двокорпусна "нормальна"

г!дродинам!чна схема з крилом еимечричного нрофЬш ! в!дносним видоажишш X =3, -яке розташойане в!диосно корпусу на ох«м! середньоплана. . .

г. Проанатиовано схему манеьрування КБПА но глибин! 1 виз-начено, но за кричерП. як: характериэувть динам1чн1 якостх апарата иожуть правити тривалхсть виконання маневру 1т 1 максима-ний кут нахилу траекторП руху апарата с^ах. Для них на основ] опрощено! математично» моде л) динамжи Ш!А з поворотиим крилом отриман! зале.хност! в!д основних Идродинзмхчних, гоомечричних i Г1дродиням)чних характеристик апирача. "Побудован! номогрчми, як) дозволяють визначати на початков!й стад]! проектування нов¡дом! характеристики керованого БПА а ааданими. динам] чними якоотями за умови, ш,у КБПА з;ийснвс аиеркщичшй рук по глибин! в новздавжньо-портикалыий плотин!.

3. На основ! чисельного експерименту на ЕОМ запропонована методика обчислення на початков!й стад и проектування параметр!в буксируемих систем, зокрема, мри стационарному руо) буксируемо! оистеми в 1юьздоихнм>-1№ртиклл ьн 1 и ижэ^иш. Суть методики полягае в тому, то використовуючи принцип суперпоаицЫ парам^три руху ТЭТА (глибина аинурення та »¡детавання')-нредотннняшться у ьигляд! трпок складских частин, одна ¡а яких вианачасгьон характеристиками • троса, друга - аанурюочо! Сп!д!ймально!) сили, а третя - дн:п

сили лобового опору апарата. Для кокноУ ¡а складових чаотин отримано 'прост! алгебра! чш аалекнскгп н!д к I ноыати'ших, геомегричних та гЪфодинам! чних характеристик троса! та апарата. Показано, зокрема, «.о аалежьиать вертикально! окладом;! р»>акди троса на апэрат близька до.прямо пропорц]мно'!. Роэроблсжа методика, лоширена на . випадки руху ППА з ь!дведенням . ь!д ' дЫметрал'ьно! н лоции и судка -буксира , ! ири . використанн'1 в 'окладбуксируомо! систомн додатконого ааиуркнмкча. Осримано ряд як]сних результатов, зокрема, показано, що районалыш г!др<}динам|'чма .як¡оч'ь в!дхили-вяча «»»жить и мей» Б, а й!сце розташування додаткового аанурввача по донхин! троса мае !сготний винив на глибину зануре'кня коли додаткова глибина аанурення втрич! ме-нша за донжину. троса: Мд додаткового занурювача до судна-буксира. •"

4. На основ! модиф]кац! 5 методу обчислоння гГдродинамхчних характеристик ихдьодних анарат!в. НСБС розроблен! для лочзтково! «•1«л».>, оирощон? залехноот! г 1 дродинам!чних характе-

ристик кероденого ППА у киглчдм .' ', .

сО - '.-.•""

jrsojl ЬОЦННОГО корпусу,. облздианого ¡К) коротким крилом i кормоним ouejieHHHw, до складу я ко гс> входягь стабШ затор i горизонтально стерно. Б аалежнрсгях гЗдродинам]чник характеристик врахсван] сили цо Aiu'tb на Лэольован! крило, корпус i оперения, а такоас додагков! величини них же сил, обумовлен! 1нтерфереиц1св корпуса з крилом, крила з, корпусом, корпуса з оперения« та оперення з корпусом через коефШснти i нтерхерепц i т. Шляхом проведения модельного експерименту визначен! wexi ix застосування ко становлять по куту атаки крила i куту атаки кормового оперення 1Я.. .SO", а по куту атаки корпуса БПА 20...2ЕР.

5. Розроблена спрошена математична модель динан!ки керованого ui диодного апарата з поворотним крилом, яка доэволяс на початков1й стада нроектуэання внвчати реюши маневрування но глибин! з нульояим кутом диферекту ибо з нульовим кутом атаки корпусу аларата. Оснозними спроиуочими факторами с положения про те, ко вертикальна склидова реакнп кабель-троса на апарат лЬнино заложить В1д глибини занурення КБПА i проекцхя вектора швидкост! апарата на nioh OK рухомо! системи координат 0X7 зя величиною i нанрямком дор1вное швидкост1! букоирування. Вряховунчи ui допущения, задача динамики КБПА з поворотним крилом при мянотруиинн! йот' з нульовим кутом диференту або нульовим кутом атаки корпусу з веде на до розгляду задач! про переихщемяя -лла H<i нружнЫ' nifleicui. Слуйн1сть осиовних спрхмцупчих подажень i!io пикористан! при poopodui математично! кодел1, перев!рялпся шляхом щх>ведення модельного експерименту по вияченив динашки н1дводно1 буксируемо! систем», а достов1рн]сгь результат!в, отриманих при застосуваннГ розроблена'! матекатично! модел i динам1ки керованого БПА, перевзрялася шляхом проведения натурного експерименту, який показав задов!льну »1дп0й)дн1сть Mis експериионталышмк t розрахукковими дани?«! яедо малсимяльний пут яахилу траекторИ руху КБПА вЦносно горизонту не перевищуе 10.,15°, то с характершш для керованих Ш1А.

Основной smIct дисертацЛ викладено в таких роботах:

. t. Акиме шга И. П., Белинский В.Г., Мороз В.В. Оценка паркетров движения подводных буксируемых систем . на ранней стадии проектирования-'/'' Проектирование и конструкции судов: Сб. науч. тр. -Николаев: Ш-ШЗЗ-с. 12-17.

2. Акименко И. П. , Белинский В. Г., Мороз В.,В. К определение глубины погружения ,• подводной буксируемой системы о двумя углубителями// Совершенствование судовых устройств и гибких конструкций: Сб. науч. тр.- Николаев:НКИ-1985-с.58-61.

3. Белинский В. Г., Зинчук П. И. , Мороз В. В, и др. К определении гидродинамических характеристик подводных буксируемых аппаратов в начальной стадии проектирования// Проблемы гидромеханики в освоении океана: Материалы 3-й республ. 'конф. по прикладной гидромеханике- Киев: ИГМ АН УССР-1084- чисть ?-Б- с. ВО.

4. Белинский В. Г. , Кал их В. И. , Мороз В. В. Оценка параметров движения отнодителя на раиной стадии проектирования// Сокерменот-воьание судовых устройств и ) ибр.их рошл-рукций: Сб. ннуч.чр. ~ Николаев: ШМ9Я4- с. ?,?.-?.6.

5. Белинский В. Г. , Мороз В. В. Исследование параметров движения подводной буксирусмои оиотпмм и начальной стадии проектирования// Проблемы гидромеханики в освоении океана: Материалы 4-й рос.публ. конф. по прикладной гидромеханика- Киев; ИГМ АН УССР-1987-часть 2-е. 27-28.

6. Белинский В. Г., Мороз В.В. Определение параметров движадия подиодной буксируемой системы в начальной стадии проектирования/'/ Проблемы гидромеханики в освоении океана: Материалы 3-й реопубл. конф. по прикладной гидромеханике- Кие»: ИГМ АН УССР-1884- «четь Я-Б-с.51.

7. Мороз д. В. , Белинский В. Г. Исследование динамики управляемого буксируемого подводного аппарата// Технические сред-' ства и методы освоения океанов и морей: .Тезисы докладов Всесоюзной школы - Москва:Ш АН СССР - 19ЯЭ- том.1- с.137.

8. Мороз В.В. К вопросу определения параметров буксируемого подводного аппарата с заданными динамическими свойствами// Проектирование средств освоении океана: Сб. науч. тр. - Николаев: НКИ -1931- с. 10-17. , .

9. Мороз В.В. Гидродинамические аспекты . проектирования управляемого буксируемого подводного аппарата с поворотным 1 крылом// Проблемы гидромеханики в освоении сш*>янн: Материаш ронф. но -иикладнои гидромеханике- Киев: ИГМ № Украины- 1992- с.44-45