автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.01, диссертация на тему:Оптимизация гидродинамических характеристик движителя типа "машущее крыло"

ЛЕНИНГРАДСКИЙ КОРАБЛЕСТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

(ныне Морской технический университет г. Санкт-Петербурга)

ТЮШКЕВИЧ

Владислав Вильгельмович

На правах рукописи

ОПТИМИЗАЦИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИЖИТЕЛЯ ТИПА «МАШУЩЕЕ КРЫЛО»

Специальность 05.08.01 —теория корабля

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург — 1992

Работа выполнена в Ленинградском кораблестроительном институте (ныне Морской технический университет г. Санкт-Петербурга).

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

К. В. РОЖДЕСТВЕНСКИЙ.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор С. В. КУЛИКОВ;

кандидат технических наук, доцент : А. Ш. АЧКИНАДЗЕ.

Ведущая организация — Высшее военно-морское инженерное ордена Ленина училище им. Ф. Э. Дзержннского.

^Загцита состоится « Л/^Э 1992 года в час.

в ^с'МС на заседании специализированного совета К053.23.03 при ЛКИ по адресу: 190008, С.-Петербург, ул. Лоцманская, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 6 сЛШ^Э/ПСС- 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент А. Д. КРАСНИЦКИИ

I. ОБЩ. ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время в связи о оценкой зозможностей различных типов движительных комплексов значительно зозрос интерес к вопросам гидродинамики движителей в виде машущее крыльев. Причиной интенсивных исследований в этом направле-Ш1 послужило то, что движители подобного типа обладают рядом до-;тсинств, которые делают их весьма перспективными для практичес-;ого использования. Рассматриваемые движители являются низкочас-■ отними и имеют низкий уровень акустического излучения, обладают ;остаточно высокое эффективностью, имеют низкое сопротивление в включенном состоянии, допускают использование на мелководье, в слоъиях сильной засоренности района плавания, позволяют осущест-лять при наличии нескольких крыльевых элементов, наряду о дви-ительными функциями, управление объектом,

В свете перечисленных особенностей можно сформулировать рад аиравлений для применения машущих крыльев. Главным из них явля-тся использование машущего крыла в качестве движителя для под-одных технических объектов. Наряду с этим, крыло или система рыльез, совершающая нестационарные движения, может использовать-я в качестве движителя для надводных судов, эксплуатирующихся а мелководных и сильно засоренных акваториях; вспомогательного вижителя; рулевого устройства или стабилизатора; системы ди-амического позиционирования объекта; установки для преобра-ования энергии моря и ветра; рабочего элемента насоса.

Для проектирования реальных технических объектов, включаю-;пс в качестве составных элементов машущие крылья, необходимо асполагать достоверными данными, по. их пропульсивно-несущим арактеристикам. В настоящее время существует достаточно боль-зв число подходов в изучении гидродинамики движителей, состо-

явдх из крыльев конечного размаха. Наиболее обоснованными из ни являются подходы, базирующиеся на нестационарной теории несущей поверхности. В рамках этой теории получены решения, позволяющие определять необходимые прояульсивно-несущие характеристики ода-ночных крыльев и простых систем, состоящих, как правило, не более, чем из двух элементов. Что касается более сложных крыльевы систем, то к настоящему времени их гидродинамические аспекты чз чены еще недостаточно. Таким образом, существует необходимость создания на базе уже имеющихся разработок универсальных расчетн теоретических методов, позволяющих, учитывая различные ссизычес-кие и конструктивные факторы, определять пропульсивно-несущие свойства слоасных систем, состоящих из двух и более крыльев коне ного размаха, произвольно расположенных друг относительно друга в пространстве.

Новым толчком к теоретическому изучению свойств машущих кр льев послужили гидробионические исследования, ockobhoíí целью не торых было изыскание средств улучшения гидродинамических и гид-■ роакустических характеристик подводных технических объектов. В результате был накоплен обширный материал по скоростным, энерге тическим, пропульсивным и акустическим показателям гкдробионитс использующих в своей основе колебательный или деформационный принцип создания движущей силы. Было показано, что многие виды гвдробионитов обладают совершенными гидродинамическими качества .ми, по ряду показателей превосходящими аналогичные характерней: ки водоизмещающих судов и подводных технических средств. При пс строении безразмерных характеристик и анализе траектории хвостс вого плавника были обнаружены резонансные режимы плавания живо: ных, которые позволяют существенно сникать затраты энергии на движение.

Таки:,: образом, вышеизложенные .¿акты определяют достаточно

большой научный интерес к исследованиям, посвященным разработке теоретических методов определения оптимальных законов перемещения колвблицихоя крыльев и систем, которые позволяют значительно по-? высигь показатели эффективности движительних комплексов, построенных на их основе.

Целы) работы является;

- разработка расчетно-теоретического метода, позволяющего определять цропульсивные характеристики крыльевых движительных комплексов, включающих произвольное число ориентированных различным образом машущих крыльев;

- создание математического алгоритма, оптимизирующего работу каждого элемента двигательного комплекса и позволяющего значительно повысить его эффективность.

Теоретической основой работы 'служит линейная нестационарная теория несущей поверхности. Численное решение интегральных уравнений теории крыла производится методом коллокаций. Решение условных задач оптимизации проводится на основе метода множителей Лагранжа о численным решением, возникающих при этом нелинейных уравнений.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи;

- разработана универсальная математическая модель обтекания одиночного машущего крыла или системы крыльев, позволяющая учитывать рот дополнительных условий движения (наличие границ раздела сред, наличие гармонических возмущений в набегающем потоке и пр.); разработана математическая процедура оптимизации, позволяющая при выполнении определенных изопериметрических условий минимизировать энергетические потери и существенно повысить эффективность работы двигательного комплекса;

- разработан алгоритм, на базе которого создан программный комплекс, реализующий решение перечисленных выше теоретических задач;

- проведены систематические расчеты оптимальных пропульсив-ных характеристик для одиночного крыла и систем крыльев различно конфигурации; получены данные о влиянии на эти характеристики различных свободных параметров (изопериметричесних условш-:,. геометрических параметров, границ раздела сред и др.).

Основные положения и результаты, выносимые на защиту диссер тации состоят в следующем:

1. Разработан расчетно-теоретичёский метод, алгоритм и программный комплекс, который позволяет

- определять пропульсивные характеристики одиночного крыла или .системы, состоящей из двух и более машущих крыльев, в широком диапазоне геометрических (удлинение и форма крыла

в плане, конфигурация системы) и кинематических (законы колебаний, числа Струхаля, параметры волнового потока) параметров при наличии ограничивающих поверхностей;

- выполнять оптимизацию■кинематических параметров в рамках выбранных законов движения крыльев и условных критериев оптимизации.

2. Получена совокупность новых результатов по исследованию влияния на оптимальные пропульсивные характеристики различных параметров: удлинения и формы крыльев в плане, числа крыльев и их компоноеки, изопериметрических услоьий, типа ограничивающей поверхности.и отстояния от границы раздела, параметров гармонических. возмущений, вносимых в набегащии поток и др. Проанализированы изменения пропульсиЕНых характеристик крыльев, к которым может привести условная оптимизация при варьировании рас-

сштриваемых параметров.

Практическая значимость диссертационного исследования состоит в том, что применение разрабатываешь г.'.етодик и реализующего их комплекса программ обеспечивает:

- сокращение объема дорогостоящих экспериментальных исследований ;

- теоретико-расчетное обоснование рассматриваемых проектных решений;

- быстрое выявление благоприятных режимов функционирования крыльевого движителя с целью выработки оптимального проектного решения.

Кроме этого разработанный комплекс програш может с успехом использоваться при решении широкого круга задач, возникающих при разработке движителей бионичеокого типа (распределение давления по поверхности крыльевых элементов, построение кавктаци-онных диаграмм, решение гидроупругих задач и задач вязкой жидкости с расчетом нестационарных пограничных слоев).

Результаты работы использованы в практической деятельности Центра математического моделирования в судостроении при ЛГМТУ (Ленинград).

Апробация работы. Основные положения диссертации регулярно докладывались на' семинарах ".Математические модели з судостроении" в дПлТУ.

Публикации. По теме .диссертации имеются публикации (приведены з конце автореферата).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, иги разделов, заключения, приложения и списка использованной

литературы, включающего 66 источников. Основная часть работы со< держит 194 с. машинописного текста и 54 рисунка.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность, научная новизна и практическая значимость данной работы, формулируются цель, и основные задачи исследования.

Первый раздел посвящен обзору литературы по теоретическим и экспериментальный методам исследований движителей типа "машущее крыло".

На основе проведенного анализа выявлено, что к настоящему времени наиболее полно разработана математическая модель крыльевого движителя, когда рассматриваются различные колебательные движения одиночного профиля или системы профилей в идеальной жидкости (В.В.Голубев, Д.Н.Горелов, А.И.Некрасов, Л.И.Седов,

ГУи^Простота этой модели позволяет в ряде случаев получать несложные аналитические решения и на их основе проводить безусловную и условную оптимизацию кинематических характеристик профиля в двумерном плоскопараллельном и волновом потоках.

Проанализированы также основные теоретические результаты, полученные для крыльев конечного размаха. Среди них особое внимание'уделено работам, использующим в своей основе теорию несущей поверхности (В.А.Алгазин, С.М.Белоцерковскга, Д.Н.Горелов, Р.А.Грунфест, Н.Н.Поляхов, К.В.Рождественский, В.А.Рыжов, f1.lr.ChoprtafiEUinyB.Lc/SChka), Основные результаты, полученные в работах, относятся к расчетам одиночных машущих крыльев или систем, число элементов которых не превышает двух. При этом ряд-важных-физических и конструктивных факторов в существую-

щих работах остается неучтенным.

Рассмотренные в обзоре математические модели к~-:/.меняются для определения гидродинамических характеристик нестационарного движущегося крыла, выполняющего следующие функции: ■ - движителя;

- устройства для извлечения энергии из потока.

Во втором случае крыло по способу взаимодействия с гладкостью используется как

- пассивный элемент, отслеживающий еолнобой поток;

- активный элемент, позволяющий извлекать энергию потока

за счет оптимального наложения собственного нестационарного движения на волновой поток.

Выбор оптимальных законов движения проводился только для одиночных крыльев и систем, состоящих из двух крыльев (Д.Н.Горелов, Ю.Н.Савченко, A.R. Achma'dL, МУ UghthiM, W-Poize, P. Slj s t/na, Ci. A. Spa zen ée -eg, S.S. M dnaet, TY.Wu). Более сложные системы не рассматривались. Используемые условные критерии оптимизации рассматривались в следующих задачах:

- мини\:лзировать среднюю скорость энергетических потерь

на поддержание заданных колебаний крыла л потерь на образование впхреього с.;е • при оваИнон значении средней силы тяги;

- :.г.кс:2.:13ировать значение средне!! силы тяги прк фиксированно:« значено: сре;;;:ей поперечно:-: 'силы;

- HäiiTл ;:аксшх;:ьнос значение коэффициента полезного действия, v.r.: ¿::кс:::,о^аи::о:.: коэффициенте глгр^зш;

- о6ec::-j4:.-v.s :.:а:-:с.::.:ум сред;их* с::.:ы тяг:: при достаточно i:h-

iuU*.

Рассмотрение теоретических работ показывает, что существует необходимость дальнейшего развития исследований в следующих направлениях:

- разработка математических моделей сложных систем, состоящих из нескол!К1гх машущих элементов, произвольным образом ориентированных друг относительно друга в пространстве с учетом влияния различных внешних факторов;

- разработка универсального оптимизационного алгоритма, позволяющего решать указанные условные задачи оптимизации как для одиночного крыла, так и для систем, состоящих из двух и более машущих крыльев.

Во втором разделе рассмотрена математическая модель тонкого крыльевого профиля, совершающего нестационарные гармонические колебания или деформации около нейтрального положения. Задача обтекания профкд^ в терминах потенциала вызванных скоростей сводится к решении уравнения Лапласа с линеаризированными граничными условиями, включающими условие непротекания жидкости через поверхность профиля, динамическое условие на вихревой пелене и условие затуханий возмущений на бесконечности. Наличие требования непрерывности- давления при переходе через поверхность вихревого следа существенно усложняет решение поставленной задачи. Для того, чтобы избежать указанных трудностей, целесообразно решение исходной задачи проводить в пространстве потенциала ускорений, который оказывается непрерывным во всем объеме жидкости за исключением разреза по средней линии профиля, формальное применение формулы Грина и граничного условия непротекания позволяет-свести потенциальную краевую задачу к интегральному уравнению плоского тонкого прооиля, связывающему скачек давления и безразмерный скос потока на профиле. Представление решения в виде трех отдельных составляющих, учитывающих различное типы течения жидкости, позволяет аналитически разрепить интегральное уравнение и искомый скачок давления записать через эле-

ментарные функции.

Знание выражения для скачка давления на профиле позволяет определить все необходимые гидродинамические характеристики: коэффициенты подъемной силы и продольного момента, коэффициент силы тяги, коэффициент затрачиваемой мощности и др.

Аналитические результаты второго раздела диссертации использовались в дальнейшем для тестирования разработанного метода условной оптимизации.

В третьем разделе излагается математическая модель движителя типа "машущее крыло", основанная на нестационарной теории несущей поверхности. Предполагается, что движитель может состоять из одного крыла ш системы крыльев, включающей несколько машущих элементов, произвольно ориентированных друг относительно друга в пространстве.

Рассмотрит.! обтекание системы машущих крыльев, состоящей из П - элементов, потоком идеальной , несжимаемой и невесомой жидкости в присутствии ограничивающих поверхностей. В качестве границ раздела могут выступать или плоский твердый экран или свободная поверхность жидкости. Набегающий поток может рассматриваться либо плоскопараллельним, либо иыеюпдаы вертикальные возмущения скорости в виде гармонических волн, вносимых извне. Поступательная скорость потока считается постоянной и равна Ц~0 . Каждый элемент машущего движителя может совершать нестационарные гармонические колебания или испытывать заданные деформации средней линии около нейтрального положения.

Как и в плоское: случае, задача обтекания машущих крыльев сводится к уравнению Лапласа относительно суммарного потенциа-

п

ла вызванных скоростей ф-Т. V7; , дополненного условиями неппотекангсл жидкости через каздую несущую поверхность, уело-

виями на вихревой пелене, на границе раздела сред и на бесконечности.

Поставленная краевая задача сводится к решению системы интегральных уравнений линейной теории с учетом гидродинамической взаимодействия несущих поверхностей, связывающих амплитудные зш чения нагрузок и безразмерные скосы потоков на каждой поверхнося

wffafy, S)] К (х*, loi) dsL =

Si

= с* ft z)yolJïolj)y <»

где t-^n

Индексы ¿ и y соответствуют текущему номеру, крыла;

5 - площадь ¿-го крыла в плане;

~ ампли^Да скачка давления на ¿ -м крыле; f^ij)(ci 7wJ " ЯДР° интегрального уравнения, описывающее собст-ственяую единичную вызванную скорость 2Ос. =2i J '

oC(XjZ) ~ амшшт5Да собственного вызванного скоса на ¿"к крыле; rl-(X 'U -Ъ* I ~ амшштУда скоса потока на с -м крыле, вызванная а с' У / колебаниями J -го крыла; - площадь j -го крыла-в плане; [PfâÇ)] - амплитуда скачка давления на J -и крыле; f(ij(XotJ,ybij,Zeij) ~ ЯЯР0 интегрального уравнения, описывающее гидродинамическое влияние на ¿-ое крыло со стороны j -го крыла U^Xrfrfy^cfrZofZi-kj).

. Чиоленное решение системы интегральных уравнений (I) про-

1 3

водилось методой коллокаций. Амплитуда скачка давления на £ -м крыле может быть представлена в виде ряда Еирнбаума-Лрандтля

• где & - полуразмах, ^ ( - текущая хорда с -го крыла; С1т,л - подлежащие определении неизвестные коэффициенты нагрузки;

/У - число контрольных точек по хорде; К - число контрольных точек по размаху;

Ы°(/и) ~ С°^и)/$йУи) , "> > О;

У - новые угловые ко ординаты ^ =

В результате исходная задача сводится к решении системы линейных алгебраических уравнений относительно коэффициентов нагрузки которые определяют распределение давления по

поверхности крыльев. Зная распределение давления, можно найти все необходимые несущие и пропульсивные характеристики машущего движителя.

Коэффициент силы тяги Стг с -го машущего крыла в общем случае определяется в результате сложения так называемого коэффициента подсасывающей силы С^ и коэффициента результирующей проекций нормальных нагрузок на направление движения С

сп = * сх1 . о)

Коэффициент подсасывающей силы вычисляется по формуле

5 <4,

где А1 - интенсивность особенности типа" квадратного корня на передней кромке I -го крыла, которая может быть определена через значения коэффициентов нагрузки следующим образом:

где ^ () - кинематический параметр;

А с №) ~ текущИЙ ^гол СТРШЮВИ'ДН0СТ11 передней кромки. Коэффициент результирующей нормальных нагрузок на направление движения имеет вид

где Л - удлинение с -го крыла; Я-У - мгновенный местный наклон поверхности крыла в продольном направлении. Коэффициент мощности, затрачиваемой на поддержание колебаний ¿ -го крыла определяется по формуле

Здесь - переносная скорость точек поверхности с -го крыла. Эс

Идеальный ШЩ определяется отношением полезной мощности к затрачиваемой на поддержание колебаний

Г) - <Сп > , (8)

£ <Срс У '

где <Ср£ > - средние за период колебания коэффици-

енты тяги и мощности. Суммарные гидродинамические коэффициенты системы крыльев

будут иметь вид п п

_ Т £ Л СР1

— Г?* _ ¿ч г ...

Таким образом, в третьем разделе диссертации приведен метод расчета и определены все необходимые пропульсивно-несущие характеристики двигательного комплекса, каждый элемент которого

совершает гармонические колебания или малые деформации средней линии.

Четвертый раздел посвящен'разработке алгоритма условной оптимизации. Для системы крыльев сформулированы и решена следующие взаимно-обратные условные оптимизационные задачи:

- найти такое сочетание параметров поступательно-вращательных колебаний каждого крыла, при котором достигался бы максимум сушарного коэффициента полезного действия системы, а коэффициент тяги бил бы равен заданному значению < Ср >---/776/7

<°т> - СТ,0

(10)

- найти такое сочетание параметров поступательно-враща-тельншс колебаний, при котором достигался бы максимум суммарного коэффициента тяги комплекса, а коэффициент затрачиваемой мощности при этом был бы равен заранее заданному значению

Ст> -—гпах,

<СР> - Ср,о-

(II)

Для решения сформулированных задач как в плоскопараллельном, так и в возмущенном волновом потоках был разработан алгоритм оптимизации пропульсивно-несущих характеристик крыльевых комплексов путем подбора их кинематических параметров. Поскольку каздый из рассматриваемых гидродинамических коэффициентов может быть записан в воде соответствующей квадратичной формы относительно параметров движения, указанные выше задачи оптимизации в самом общем виде могут быть представлены в следующей форме:

\А (% ^А^+А^А^ех*?, 3 у = ¡тд +6О, (12)

где - квадратные симметричные матрицы;

- линейные и свободные члены соответ-

ствующих квадратичных форм;

^ = . .. , ЕекТ0Р искомых кинематических параметров.

В основу предлагаемого алгоритма положен классический метод множителей Лагранжа, приводящий к системе нелинейных уравнений второго порядка относительно неизвестных параметров ^ и множителя Лагранжа Л

(13)

С помощью линейного преобразования координат ^ = фХ система (13) может быть сведена к одному алгебраическому уравнению относительно ^

' х^А),

(14)

где ^ — Р (Л) у Р (Л ) - оператор следующего вида:

Соответствующим подборой матрицы преобразования $ ¡.-.окно добиться простого вида для оператора /-"( ^ ), позволяющего записать выражение (14)"в виде алгебраического нелинейного уравне нения. Определив все вещественные корни этого уравнения, можно найти все стационарные решения исходной задачи. Анализ на вшгсл-нение условий экстремума позволяет получить окончательный набор оптимальных решений. Численный эксперимент показал, что, как правило, остается два оптимальных решения, одно из которых от-

вечает максимуму, другое - минимуму целевой функции/

На основе изложенного алгоритма составлен программный модуль, позволяющий в зависимости от поставленной задачи определять оптимальные характеристики движительного комплекса.

В конце четвертого раздела проведено тестирование оптимизационного модуля на примере крыльевого профиля в безграничном потоке и эллиптического крыла большого удлинения, для которых известны аналитические оптимальные решения задачи (10) \_T.YWu, АЯАсЬ/Т)(УС&]. При этом показано, что в двумерном случае достигается 100^ совпадение теоретических результатов (см. рис. 1,2). При сравнении результатов для эллиптического крыла выявлено некоторое расхождение по оптимальным пропульсивно-несущим характеристикам, которое по абсолютному значению не превысило 10% (рис. 3,4). Указанное расхождение объясняется не столько погрешностями метода оптимизации, сколько отличиями, обусловленными применением различных базовых теорий, в рамках которых рассчитывались исходные гидродинамические коэффициенты. АЯ-АсЬтос1'с использует теорию несущей линии; в основе теоретического метода, развитого в диссертационной работе положена линейная нестационарная теория несущей поверхности.

В пятом разделе приведены численные результаты по систематическим расчетам оптимальных пропульсившк характеристик для одиночного крыла и систем крыльев различной конфигурации. Проанализировано влияние на эти характеристики различных свободных параметров: изопериметрических условий на коэффициенты тяги и мощности, удлинения и формы крыла в плане, типа ограничивающей поверхности и отстояния от границы раздела, параметров гармонического порыва и др.

?

к *>

Рис:, I. Максимальное и минимальное значения идеального КГЩ профиля в функции от числа Струхаля при задашшх значениях Ст>0.

<Ст>

10 О,!

М

г о

\ Д /\ / Ы/Ж

\ 'А А Л, гу£&хг*

\ * \ / Ч ! л-зь*-»

40-'

Рис. 2. Доля подсасывающей силы при оптишльных поступательно-вращательных колебаниях при заданные значени-

ях С,

т,о*

100

0,3!

0,96 /тех

и о,3к о, в г

0,30о о,г, о,* о,б о,8 к

Рис. 3. Максимальное значение идеального КПД эллиптического крыла Л = 8.

-настоящий метод;---расчетАЯЯсЬтас!^

2,0

1,5 <Сд> <СТ>

0,5

0,2 № С)6 <?<? /( ф

Рис. 4. Доля подсасыващей силы в общей силе тяги, отвечающая максимальному значению идеального КЦД эллиптического крыла Л = 8.

- настоящий метод;---расчетШ&таск, ММс/паСС

На основе проведенного анализа модно сделать следующие вывода

I. Одиночное врыло

_ пр, заданных изопериматрических условиях область решения прямой и обратной задач (Ю) и (II) оказывается ограниченной. Оптимальное решение при заданном Из"т 0 удается получить, если число Струхаля К (К СО - круговая частота гармонических коле-

баний) больше некоторого порогового значения К*.(СТ|0). Решение, обратной задачи при заданном "Срэ0 характеризуется противоположной зависимостью от чиола Струхаля, оптимальное решение в этой случае существует до того момента, пока число Струхаля не превысит некоторое значение К*»(Ср)0). Сверх этого значения оптимальное решение перестает существовать. С физической точки зрения области, где оптимальное решение отсутствует, соответствуют таким энергетическим режимам, при которых обеспечение заданных условий при имеющихся ресурсах не представляется возможным.

- Большинство получаемых оптимальных решений в области средних чисел Струхаля характеризуются наиболее высокими максимально достижимыми КОД. При этом, соотношения <Сф>/< Ст> , характеризующие вклад подсасывающей силы в общую силу тяги, отвечающие этим режимам, достигают своего минимума и в. окрестности этого минимума остаются достаточно малыми. В случае неудачной профилировки передней кромки крыла, когда подсасывающая сила реализуется лишь частично, представляется целесообразно! эксплуатация машущего крыла на режимах чисел Струхаля, близких к указанному минимуму. С учетом изложенного, в качестве окончательного решения следует принимать такое оптимальное решение, у которого, наряду с высоким коэффициентом полезного действия, соотношение <С^>/с ст> располагается в окрестности указанного минимума.

- Увеличение удлинения крыла и приближение к твердому экрану оказывает благоприятное влияние на гидродинамические характеристики, сопровождающееся расширением области существования оптимальных решений. Приближение к свободной поверхности приводит к некоторому ухудшению оптимальных характеристик.

- При оптимизации крыла в гармоническом порыве за счет оптимального сочетания собственных колебаний крыла с параметрами волнового потока удается существенно повысить максимально достижимый коэффициент полезного действия. При достижении определенных яитш» тудных значений набегающей волны машущее крыло переходит от режима движителя к режиму турбины,- который4 позволяет помимо создания положительной тяги извлекать энергию из набегающего волнового потока.

Система, состоящая; из двух и более машущих крыльев

_ в отличие от одиночного крыла, применение системы, состоящей из нескольких машущих крыльев, позволяет получать оптимальные решения во всем диапазоне рассматриваемых чисел Струхаля.

- 3 области малых чисел Струхаля, соответствующих низким частотам колебаний, при оптимизации систем крыльев удается, наряду с высокими значениями максимального КПД, получить относительно малые величины соотношения <С ^>/< Ст> , позволяющие без особых опасений реализовывать оптимальные режимы на практике.

- При анализе систем типа "биплан" и "тандем" показано, что увеличение удлинения каждого из крыльев позволяет создать систему с более высоким максимальным коэффициентом полезного действия.

- Оптимизация систем "биплан" и "тандем" в гармоническом порыве позволяет существенным образом улучшить их пропульсивно-не-сущие характеристики. При совпадении собственных частот колебаний системы и волнового потока отчетливо наблюдается эффект резонанса, характеризующийся значительным увеличением эффективности системы, прежде всего, за счет снижения собственных энергетических затрат. Именно на резонансных режимах коэффициент мощности, характеризующий 'общие энергетические затраты системы, становится отрицательным и система, помимо создания заданной положительной тяги, может служить источником энергии.

- Увеличение числа машущих крыльев в системах позволяет получать для них- оптимальные решения с более высоким КПД.

- Изменение пространственной конфигурации системы с большим числом крыльев (п^. 3) оказывает наибольшее влияние в области больших чисел Струхаля, когда подсасывание вблизи передней кромки достигает максимальных значений, что в раде случаев дела-зт невозможным использование полученных решении. В области малых и средних чисел Струхаля, где оптимальные решения характеризуются относительно небольшими значениями подсасывания, влияние пространственной конфигурации на оптимальные пропульсивные свойства •злстем несущественно.

- При анализе мгновенных оптимальных характеристик систем получено, что с ростом числа машущих крыльев удается существенно сгладить суммарные величины пульсаций гидродинамических коэффициентов и уменьшить соответствующие амплитуды колебаний крыльев за рассматриваемый период времени.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы, которые состоят в следующем:

1. Разработан расчетно-теоретический метод, позволяйте определять необходимые пропульсивно-не сущие характеристики разнообразных движителышх комплексов, использующих в своей основе колебательный или деформационный принцип.

2. Предложен алгоритм.оптимизации, позволяющий быстро и эффективно в рамках тех или инну условных критериев определять оптимальные режимы функционирования машущих движителей.

3. Создан программный комплекс, реализующий решение перечисленных теоретических задач..

4. Проведены систематические расчеты оптимальных гидродинамических характеристик для движителей, состоящих из одного или нескольких произвольно расположенных машущих крыльев. Проанализировано влияние на эти характеристики различных свободных параметров (изопериметрических условий, геометрических и кинематических параметров, границ раздела сред и т.п.).

По результатам работы даны рекомендации по разработке и использованию мапту'щих движителей различной конструкции. Кроме тогс1 результаты работы могут использоваться при создании устройств, преобразующих энергию моря и ветра в.-целях энергообеспечения технических объектов.

Содержание диссертации отражено в работах:

1.-Гуткович Р.Г., Тюшкввич В.В. Расчет треугольного крыла с использованием локального асимптотического поведения нагрузки вбливи изломов кромки // Проблемы математического моделирования

и САПР для судостроения: Сб.научн.тр. / ЛКИ. Д., 1990, с.127-133.

2. Оптимизация гидродинамических характеристик движителя типа "машущее крыло" / Тюшкевич В.В.: ЛГМТУ, 1991, 13с. Рукопись деп. в ЦНИИ "Румб", 14.01.92, № ДР-3403 Деп.