автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Проектирование судов. Амфибийные суда на воздушной подушке

^ „

■ Л «

, \ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

': ^ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДЕМЕШКО

Геннадий Федорович

УДК 629.124.8.039(07) На правах рукописи

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОВ. АМФИБИЙНЫЕ СУДА НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ

(Учебник для вузов)

Специальность 05.08.03 — Проектирование и конструкция судов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном морском техническом университете.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор чл.-корр. РАН ПАШИН В. М., доктор технических наук, профессор. и,.р. Юхнин В. Е., * доктор технических наук, профессор РОННОВ Е. П.

Ведущее предприятие: ЦМКБ «Алмаз».

Защита состоится 11 октября 1993 г. в 14 часов в аудитории Акт. Зал на заседании Специализированного Совета Д-053.23.04 по присуждению ученой степени доктора технических наук в Санкт-Петербургском Государственном морском техническом университете, по адресу: 190008, г. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Отзывы, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес Ученого Совета в двух экземплярах.

Автореферат разослан *-* 199 г.

Ученый секретарь

Специализироваяного Совета В. Б. Амфилохиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

К защите на соискание доктора технических неук представляется выпущенный в 1992 г. в издательстве "Судостроение" учебник для вузов "Проектирование судов. Амфибийные суда на воздушное подушке". Учебник издан в 2-х книгах общим объемом 26 авторских листов (книга 1-я - 269 с, книга 2-я -329 с), тираж - 1000 экземпляров. -

Книга состоит из предисловия, списков принятых сокращений и основных обозначений, десяти глав; приложения, перечня использованной литературы (190 наименований), заключения. Учебник включает 193 рисунка и 21 таблицу. Он предназначен для студентов кораблестроительных вузов и факультетов, обучающихся по специальности 1401 "Кораблестроение", а ~также для практического использования инженерно-техническим персоналом судостроительных НИИ, КБ и заводов, специализирующихся по тематике книга.

1 Актуальность -работы.. Во всем мире продолжается поиск путей повшения эффективности новых типов судов, увеличения скорости их хода, мореходности, безопасности эксплуатации. Особое место в ряду таких исследований занимает создание и совершенствование амфибийных судов на воздушной подушке (СВГО, обладающих уникальншя свойствами, среди которых наиболее привлекательны развиваемая ими скорость хода за пределами 6070 узлов, проходимость, амфибийность. В течение последних трех десятков лет, отмеченных особш интересом ж этим судам в Великобритании,Франщ«,СССР,Са1А,Китав,Японяи, Канаде, винляндии, Испании, был осуществлен целый ряд достаточно крупных серий АСВП; некоторые из которых насчитывают десятки единиц ( иАСУ-ЗО, 1.САС -в (Ж; БЙ » 6, БЯ »4, ВН.7, АР. 1-88 - в Англии; N500 - во Франции; "Кальмар", "Скат", "Джейран", "Мурена", "Зубр" - в СССР). Общее количество построенных СВП различных типов, размеров и назначений в мире оценивается в несколько тысяч единиц. Чаще всего они предназначены для пассажирских-и автомобильно-пассажирских перевозок, а в еще большей мере - в качестве десантных средств, амфибийных кораблей поддержки, патрулирования, пограничной охраны. Их создание потребовало обвшртяс, исследований, «но-

гие из которых стали пионерскими не только для судостроения, но и для фундаментальных наук. Возникли специализированные направления в газотурбостроении, резинотехнике, вентидяторо-строении, производстве воздушных винтов, корпуеостроении. В рамках создания СШ ОК и НИР были направлены на изучение внутренней и внешней аэродинамики, обеспечение остойчивости • устойчивости на стопе и на ходу, выработку способов измерения и снижения сопротивления вода и воздуха движению рассматриваемых объентов, исследование особенностей качки, управляемости, мореходности.

Наряду с проектам« КБ а судостроительными заводами в создании СВП в напей стране участвовали научные кадры ЦНИИ ии.аиад.А.ШНфшова, ЦШ1 »1.В.Е. Чуковского, ЦНИИТС, множество ВУЗов, НПО, а аа рубежом ведущие кораблестроительные в авиационные центры ША, Англни.Франади.

Отмеченные обстоятельства диктуют необходимость в подготовке квалифицированных кадров для предприятий отраслей страны, занятых созданием СВП. &п задача решается за счет выпуска специалистов!» проектированы», конструкции и постройке СВП кораблестроительным факультетами соответствующих вузов Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода, Комсомольска на Амуре» Ваадквостой*.

Ыоногрефии, справочники, статьи в журналах, сборниках, отечественные и аарубежшае, хоть и многочисленные, уакопро-фильныи предназначены ды специалистов. Они не могли быть использованы для обучения студентов.

Впервые предпринята* попытка написания учебника, пред-, лагеемого к а мрете, действительно является первой и оригинальной, отражавшей как имеорйсл опыт.'отвечапзий списку использованной литературы, так и собственные разработки автора, выполненные им в течение более чем 25 лет работы в ШУ (ЯКИ) и оо совместительству - я промышленности и в Регистре СССР. В связи с вывеизложенш* целью работы следует считать ревработку методологии проектирования СВП - судов нового типа,' относящихся к классу судов с динамическими принципами поддержания ((ДОП. Результаты исследований предстевле-мы я форм методически единого и цельного учебника, соответ-ствудого программе соответствупцей дисциплины для специальности 1401.

Решается задача разработки алгоритмов проектирования судов нового типа, эксплуатирующихся на границе раздела двух сред (воды и воздуха или твердой поверхности и воздуха), а потому представляющих собой определенный симбиоз судна и самолета. Проблема реализуется и для судна в целом (при этом оно рассматривается как сложная техническая система) и для его важнейших специфических подсистем, в первую очередь,энергетической установки (и входящих в нее подъемного и пропуль-сивного комплексов), гибких ограждений области БП (ГО), жесткого корпуса с его многофункциональном назначением.

Научная новизна ряботм состоит в том, что в - системной - постановке ддя рассматриваемого типа судов ни в отечественной ни в зарубежной практике задача не рассматривалась ни в одной из известных публикаций. Большинство представленных алгоритмов расчетов и проектных обоснований аналогов не имеют.

Особое место с этой точки зрения занимают в учебнике разделы, посвященные методике назначения размерений и формы ССП, проектированию гибких ограждений области Ш, подъемного и пропульсивного комплексов, обоснованию и выбору СЗУ, раз. работке методики расчета нагрузки судна на различных стациях проектирования, изложению расчетного алгоритма проектирования СВП в целом и описании общих принципов оптимизации его проектных характеристик.

Практическая ценность работе заключена как в предложенной методологии проектирования СВП, так и в разработке необходимой нормативной базы, в инженерном обосновании создаваемого суднз, базирующемся на всестороннем анализе характеристик и свойств и объекта проектирования в целом, и комплектующего его оборудования и применяемых материалов. Исследование физических и математических моделей судна как сложной системы и его подсистем иллюстрируется большим количеством примеров , анализом досг/пных дбъемов информации. Это делает книгу полезной не только для студентов, но и для специалистов, ибо она содержит массу новых практических измерителей, коэффициентов н рекомендаций, что необходимо в реальном проектировании, исследовательских проработках, методики расчета ваздай-пих характеристик судна в контекстз их взаимосвязи, взаимного влияния.

Реализация работы на практика. Основный проектные алгоритмы, изложенные в книге, опробованы в курсах лекций, чи-

тавпшхся авторш на кораблестроительном факультете ППУ, а также в курсовом в дипломном проектировании. Методика проектирования наяда применение при создании отечественных проектов КВН, в разработке которых на разных стадиях пригашав участие автор книги в 1978-1988 гг.

Отдельные положения работе были использованы приформи-- роваяии отечественных "Правил обеспечения безопасности судов с динамическими принципами поддермния" Регистра СССР (1980 г.), ' где автор был руководителем рабочей группы экспертов в период создания я внедрения , упомянутых "Правил".

Алоовааия работу в процессе подготовки учебника производилась в виде докладов на симпозиумах и научно-технических конференциях НЮ Судпрома,ЛКИ, на Всесопзной конференции по океан отехнихе, на международном симпозиуме по судовой техника в Германии (Росток, 1991). в ходе работы и выступлений автора в рамках научно-технической учебы в ПО "Алмаз", при выполнении курсовых и дипломных проектов и в соответствующих лекционных курсах.

Публикации. Материалы исследований и разработок, использованных при написании учебника, опубликованы в более чем 30 работах, в том числе 4 учебных пособиях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Предпосылками для исследований автора, «моленных в ос-* нову данного учебника, послужили обобщение и анализ результатов работ отечественных и аарубеакых авторов.

В вопросах проектирования транспортных объектов ето труды известных ученых, посвященные разработке , методологии про-, екткровинки судов и самолетов, - И.Г.Бубнова, В.Д.Поздвнина, Д.М.Ногада.В.В.Ашюа, В.М.Паяина, Л.Ю.Худякова, А.В.Бром-мяяова. Е.П.Ровном, Ю.Н.Семеяова, С.М.Егера, Н.К.Лисейцева, О.С.Самокловича, П.Кэмтла, Д.Лямса.

Ч Ваэоямш автор рассматривает и рвботы ученых, посвячен-мне развитие техприкладчых дисиивлии и наук, требования ко-горю я создаваемому объекту по безопасности, надежности, технологичности, вкоиомичностя являются основой раэрабат»-ваамого алгоритма цроектирования, звеньями математической мо-

дели судна. Это преаде всего исследования Я.И.Войткунсяого,

A.А.Русецкого, В.Н.Трещевского, В.К.Дьяченно, С.Н.Благовещенского, И.Е.Идельчияа, В.Э.Магулы, Й.В.Брусиловсиэго, ХС.Со-ломаховой, Г.Ю.Степанова, В.И.Ханжонкова, Б.А.Коднзаева,

B.А.Литвиненко, Э.А.Паравяна, Т.А.Зайцевой, В.В.Кличко, Ю.Ю.Бенуа, Ю.А.Симонова, А.М.Ваганова, Дк.Стэнтона.

Первая глава посвящена представлении СВП как объекта проектирования. Важнейшая особенность такого судна заключается в специфике физических принципов создания сил» поддержания, определяемой как совокупность статических и динамических сил, генерируемых на его корпусе воздушной и водной срсдой, над границей раздела которых в воздухе оно парит или движется.

Доминирующей в этой сумме является аэростатическая сила, действующая на днище снизу вверх и создаваемая специальным комплексом механизмов и устройств, генерирующих и удерживающих под судком область воздуха поваленного давления - воз-дувнуя подушку (ВП). .

Ввиду относительно малых значений избыточного давления воздуха в области ВП (не превышающих 5-7 кПа) размеры СВП весьма велики, а это - в рамках жесткого весового контроля диктует использование авиационной технологии постройки, легких сплавов в качестве конструкционного материала, облегченного комплектующего оборудования.

Затраты мощности и на создание подъемной силы, и на движение с большой скоростью, обеспечиваемой работой пропуль-сивного комплекса, объясняют чрезвычайно высокую энерговооруженность и относительно высокую долю запасов топлива а общей массе судна. Это предъявляет особые требования к типам главных двигателей; движителей, воздухонагнетателей, усложняет трансмиссии, системы управления СЭУ, повышает уровень автоматизации последних, замыкая по типу самолетного в комплексе САУ управление работой двигателей главных и вспомогательных, движителей, воздухонагнетателей, органов, обеспечивающих управляемость судна, умеренно качки, контроль и прокладку курса.

Удержание под днищем судна области ВП обеспечивается податливыми гибкими ограждениями ее, форма, конструкция и . применяемые материалы которых не имели аналогов в технике и

потребовали разработки методик расчета их геометрии и прочности в сложных динамических условиях эксплуатации.

Отмеченные особенности СВП значительно пов клавг строительную стоимость и эксплутационные затраты, повьчвая требования к результатам решения внешней задачи проектирования, где объект проектирования рассматривается как звено в системе верхнего уровня. Эта система среда прочего включает кроме самого судна (одного или нескольких) и специальна базы обслуживания, оборудованные стояночным площадками, наклонными пандусами для схода на воду, подъемниками для осмотра и ремонта ГО, ангарами для ЗИП, помещениями для обслуживания пассажиров, обработки грузов, текущего ремонта и эксплуатационных осмотров СВП и его подсистем. Все это - по аэродромному принципу.

Сложность, специфичность, нетрадиционность СВП как объекта проектирования вызывает необходимость в разработке адекватных проектных алгоритмов, базирующихся на использовании соответствующих физическим моделям и явления;/, характерна для СВП, параметров и характеристик, уравнений связи, ограничений.

Анализируя исходные данные для проектирования СВП, следует подчеркнуть, что кроме общеизвестных источников их формулирования в виде ТЗ, рекомендаций Hil l, предложений главного конструктора особое место занимает ограничения на результаты проектирования, а также вытекающие из существующих уровня и методологий проектирования.

В наибольшей степени это находит отражение во взаимо-» связи предполагаемых условий эксплуатации (показатели оговариваемых проходимости, мореходности, величины преодолеваемого уклона, температуры окружающего воздуха и др.) с геометрическими характеристиками судна, его габаритами, составом оборудования, нагрузкой, энерговооруженностью.

Так высота и длина преодолеваемой волны у спроектированного судна оказывается прямо увязанной с высотой ГО, длиной ВП, характеристиками дви»итвльного и подъемного комплексов.

Реализуемость ТЗ на создание СВП сопряжена с большим объемом OK и НИР, компенсирующих отсутствие наработанных методик, опыта постройки и эксплуатации судна, а также под-

тверждающих работоспособность новых типов оборудования, движителей, ГО, приемлемость данных по мореходности, ходкости, управляемости. . -.•--•-'

_ Все характеристики, свойства и поведение СВП на стопе и на ходу определяются геометрическими и энергетическими параметрами и характеристиками области воздуха повышенного давления, генерируемой и удерживаемой под днищем судна. Речь идет о длине и ширине ВП (Ьп и В„ ), площади бп и форме проекции ВП на горизонтальную поверхность, высоте ГО под жестким корпусом Ьр0 (а, значит, и объеме ВП). Энергетическими характеристиками СВП, в,первую очередь, являются осрод-ненное избыточное давление в области ВП и количество

(расход) воздуха , нагнетаемого вентиляторами (нагнетателями) в единицу времени в ВП и вытекающего из нее по ее периметру П.

У СВП, оборудованных двухярусными ГО, верхний ярус которых представляет собой надувной ресивер, являющийся сочетанием поверхностей торов и цилиндров, энергетические затраты на создание ВП, ходкость, остойчивость, мореходность зависят от коэффициента давления кр , представляющего собой отношение давления в надувном ресивере Рр к давлению Рп .

Анализ свойств СВП, сопутствующий проектному процессу создания последних, требует формулирования безразмерных критериев и характеристик, численные значения которых являются неотъемлемым условием разработки соответствующих алгоритмов, предполагающих вариантное сравнение или сравнение судов уже существующих. Такие критерии предлагаются для сложной системы "СВП- окружающая среда", параметры и характеристики которой и являются компонентами безразмерных показателей, получаемых на основе теории подобия и размерностей. Важнейшие из них позволяют моделировать силы вязкостной или инерционной природы, динамические процесс»,„энерговооруженность и т.д. ¡-то, в первую очередь, коэффициенты нагрузки (или коэффициенты расхода воздуха 0ПН (или 0П5 ), числа Ргь , Ргв , йе , коэффициент мощности к^ (относительная удельная |нерговооруженность) и т.п.

Из вышесказанного следует, что и совокупность независи-|ых переменных х,, х2 , х3, . . . , хт и реализуемая югласно требованиям ТЗ совокупность характеристик судна >Ц ' Уг> Уз ' " • * ' Уп ,образующих соответственно векторы

X я У . для СВП сугубо специфичны. Имеют свое специфику как параметрические ограничения (на •эс1), так и функциональные - на у. , но в еще большей мере особую форму по сравнению с традиционно«! судами имеют уравнения связи вида

Уп" Уп(х4» хз ' • • •' хт>-

К ним относятся:

- уравнение касс (нагрузки) Э^-»-Эгр ;

- уравнение "гравитационного" баланса, рассматриваемые для нескольких эксплуатационных режимов (в водоизменяющем положении, в режиме парения на стопе и на ходу, в переходном режиме);

- уравнение совокупной мощности , включещей мощность подъемного и движительного комплексов и с учетом использования , части мощности на нужда вспомогательных механизмов (коэффициент : ): Мсв );

- уравнение (условие) удифферентовки, отражающее требования я посадке судка,'характеризуемой углом ходового дифферента ф , я отвечающее взаимодействию в продольной плоскости горизонтальных сил (совокупности сил сопротивления движению я упора движителя Т ) и вращающих моментов , создаваемых этими силами, а также парой сил тяжести и поддержания относительно поперечной оси, параллельной поверхности »крана и проходящей через центр тяжести судна:

< = Т (I)

(здесь Т-еж' возвышение точки приложения упора движителя над горизонтальной плоскостью, проходящей через центр тяжести) ;

- уравнение вместимости, которое, как правило, рассматривается в варианте уравнения площадей:

к *

где - площадь потребная соответствующих помещений на палубе понтона (верхней палубе);

- уравнения остойчивости поперечной и продольной, которые рассматриваются для водоизмещающего, переходного н эксплуатационного (парения) режимов; физические и конструктивные принципы, методы обеспечения гфодольной и поперечной ос-

.••-■:■;• ■■' " •-"--■ 9

тойчивости в переходном режиме и при парении на ВП в основе своей совершенно специфичны и определяются : характеристиками - ГО, воздухонзгнетателей, величиной коэффициента кр » возвышением центра тяжести судна над основной плоскостью.

Характеристика СВП как объекта проектирования требует выделить особую роль его жесткого корпуса. Помимо традиционного обеспечения им общей и местной прочности, вместимости, плавучести, остойчивости и непотопляемости в водоизмещащем положении он предназначен для крепления на нем гибких' ограждений области ВП и для восприятия подъемной силы со стороны ВП. Он выполняется в виде несущего понтона чаще всего в виде прямоугольного параллелепипеда с заужением или схруглением носовой его части.

Динамические условия эксплуатации СВП приводят к необходимости расчеты общей прочности для режима хода на ВП производить с учетом вертикальных перегрузок п-^а^/й »вызываемых воздействием волны з днище судна (здесь а^ - возникающие ускорения).

Перегрузки в районе носа пн ограничиваются значениями пн 4 2,0...3,0; в центре тяжести п^« 1,2...1,7, что с проектной точки зрения реализуется за счет уменьшения развиваемой су,алом скорости хода v .

Найдя действующие значения пн и пцт, определяют затем распределение вертикальных перегрузок по длине судна с помощью чего корректируют далее эгооры перерезывающих сил и изгибающих моментов на учет инерционных воздействий.

Расчет общей прочности выполняется кроме этого для случая выхода судна на твердую поверхност^ и несимметричной посадки его наопоры, а такие для подъема судна краном.

Вторая глава. Аэродинамические схемы образования ВП,. Схемы образования ВП камерная и здпловад даибояейг изучены и теоретически и пкспериментально. ибо они оказались и наиболее часто реалиэуемыми на судах.

Камерной схеме, по которой были построены первые крупные СВП проф.В.И.Левкова, присуща конструктивная простота подъемного комплекса и геометрии жесткого корпуса .Г Суда с классической камерной схемой отличает надежность и безопасность в отношении обеспечения остойчивости и на стопе, и на ходу. . .............■■ '• ' ' ;

Сопловая схема образования ВЦ, впервые реализованная на английских судах Кристофером Кохкерелом, была заявлена как более экономичная по сравнении с камерной, а главное, обеспечивающая повышенные амфибийность и проходимость, хотя следует признать, что конструктивно корпус при этом становится сложнее, усложняется и схема подачи воздуха в область БП, что, естественно, удорожает судно.

Современные СВП с сопловой или камерной схемами образования Ш в их классическом понимании не строятся, но элементы этих схем и принципы расчета подъемных характеристик области Ш и необходимых энергетических затрат сохраняются, а потому оправданно проектное сравнение их с точки зрения целесообразности и предпочтительности использования той и другой из названных схем на реальном судне в условиях парения судна не стопа над твердым экраном и над водой и движения судна на эксплутавдонной скорости.

Дня подобного сравнения могут быть использораны расход-но-напорные характеристики для каждой из этих схем, представляемые в безразмерном виде и имеющие своей целью определение потребного количества (расхода) воздуха 0„ , необходимого для парения аппарата над твердь« экраном на высоте 1 э , и поддержания в области Ш избыточного давления Рп . Показано, что для обеих схем величине может быть опре-

делена зависимостью >/2,Р„/ $> Ьгв , где

П - периметр истечения воздухе из ВЛ, - плотность воздуха, ^ - коэффициент истечения, индексируемый для камерной схемы как , а для сопловой - . Используемый ц аналитических исследованиях параметр гсэ-=(Ь/ЬэК1 + со5б) характеризует геометрию профилировки й ориентации в пространстве образующихся кромок камеры и (или) жесткого соплового аппарата (здесь Ь - ширина профилированного сопла, 9е- угол наклона (под аппарат) образующих стенок сопла или камеры и вытекающей из нее струи к горизонтальной поверхности). Доказано, что* если рассматривать для обеих схем зависимость | (ж3), то оказывается, что во всем обследованном диапазоне изменения параметра Хэ по количеству расходуемого воздуха сопловая схема имеет неоспоримые преимущества перед камерной, но с ростом вирины сопла I при одинаковом клиренсе сопловая схема по этому показателю Приближается к камерной, теряя превосходство.

Если ввести здесь понятие относительной мощности

■......к...... '' ^

Н".

II

пк: (2)

пк

■ П,

г/а

где

- мощность, подводимая к воэдухонагнетателю;

КПД нагнетателя при отсутствии других потерь при продвижении воздуха от нагнетателя в ВП, то можно произвести сравнение анализируемых схем по величине энергетических затрат на образование ВП. , ..-.■-•

Из рисД видно преимущество сопловой.схемы во, всем практически приемлемом диапазоне параметра эгэ'. Большего преимущества момно добиться, увеличивая наклон сопла (струи) к горизонту. Сопловая схема особо предпочтительна при малых значениях клиренса Ъ •

Рис Л. коэффициенты мощности, необходимой образования ВП: I - ка1

для

камерная схема; 2 - сопловая схема

Паренке источника повышенного давления над водой вызывает образование впадины глубиной '1у-Рп<| и тогда . возвшение аппарата над невозмущенной поверхность*) води I в уменьшается: Н у .С увеличением глубины впади-

ны имеет место увеличение угла вылета струи из ВП уа , что закупоривает область ВП и существенно изменяет расходов-

напорнне характеристики как сопловсй, так и камерной схем. На рис.2 для камерной схемы это видно на примере зависимости

------- • У-у":.' Еж-|аз/Ьу), где .

0пв<0пэ ~ «"»ЧД воздуха из ВП соответственно над водой и над тверда« экраном.

С началом движения СВП происходит изменение как глубины и объема впадины,так и формы последней, что приводит к генерировании на поверхности воды системы

п* Р*^ <

А?

\ "V ''

О*

1Л

'.5

т-

Рис.2. Коэффициент снижения расхода воздуха из подкупольного пространства при парении аппарата над водой по сравнению с условиями парения его над тверд»! экраном

поверхностных волн. Интенсивность этого процесса максимальна в диапазоне скоростей хода,соответствуицих числам Гги = • 0,50...0,7 и становится пренебрежимо малой при Т>ь><,5 . когда практически исчезает различие в том, парит ли судно над твердая» экраном или над водой.

Третья глава. Проектные аспекты обеспечения даижешя СВП.

Выбор формы. раэмерений судна, требования к подъемному и пропульсивному комплексам в наибольшей степени определяются величиной его суммарного Сопротивления движению 1? ^ и-соотношением составляющих последнего. Проектанта в отношении ходкости интересует не только то, как уже на ранних стад«»

но

и как, назначая Ьп , Вп , Р„

О , Иго . кр,...Д*5ига«1Ш> »мююзации,^ сниже-

на энерговооруженности объекта проектирования и, соответственно, его строительных и эксплуатационных эетрр.т.

Суммарное сопротивление . состоит из ряда компо-

нентов , которые объедишплся в 2 группы: аэродинамическое

*

- надбавки к ним в

я гидродинамическое, й^ сопротивление на тихой

, -----—г— • лги8р

воде а соответственно £кй0,р и М*Г1Йр условиях развитого волнения. Приведены зависимости, поэвэ-'лявдие определить. состав/отчие сопротивления импульсное

^»»п » профильное Ввроф, даны соответствующе рексменда-

, 13

иии по их снижении. Значительное внимание уделено методике определения сопротивления волнообразования В 6ли - на глубокой воде и на мелководье с учетом формы и удлинения проекции ВП на горизонтальную поверхность. Это обусловлено наличием "горба" сопротивления в диапазоне скоростей хода, соответствующих обычно числам 0,50.,.0,7.

При движении на глубокой воде для определения Т? Ьлн

предложены зависимости вида:

- - - '

6ан " ь

где к --коэффициент сопротивления волнообразования, дня определения которого могут использованы результаты исследований Докторса,_Ныомена и Поола, Т.А.Зайцевой; & - сила тяжести су.дна; ^"^п^РбЭ^ Ь' п) •>- коэффициент нагрузки.

Ссобсе внимание должно быть уделено нахождении величины сопротивления волнообразования на "горбовых" скоростях хода и;на глубокой воде, и на мелководьи, ибо это предъявляет соответствующие требования к упору движителя на этой скорости хода. Приведены соответствующие зависимости, "*" позволяющие определить величину Д для критических скоростей хода.

Компоненты сопротивления движению, вызываемые струями воз,духа, вь-текаяцего из ВП, брызгами, контактирующими с жестким корпусом к ГО, и замывом ограждений при их касании поверхности води, ввиду чрезвычайной сложности физических процессов из возникновения не апроксимированы соответствующими математическими зависимостями. По этой причине их принято объединять в так называемое остаточное сопротивление » :

.для определения которого рекомендовано производить пересчет этой компоненты по,кубу масштаба Спри равенстве чисел Т>и ) с модели или с подходящего прототипа. Для определения К ^ могут быть использованы, приведенные приближенные формулы, полученные методами регрессионного анализа в отечественной и зарубежной практике.

При ходе-СВП на волнении возникающее дополнительное сопротивление связано с влиянием ветра, скорость которого принимается для оговоренных условий- эксплуатации по шкало Бофорта (соответственно возрастают йимп и йпроср а также с дополнительна замывом ГО при его контактировании С волнами, оцениваемы* величиной . Значение йЯ зависит

от скорости хода (ТУи) и интенсивности волнения, учитываемой соотношением Ь6ЛН / Иго (адесь Ь^- высота преодолеваемой волни, как правило, в отечественной практике 3!5-ной обеспеченности). Приведенные графические и приближенное математическое выражение дают возможность найти . Данные по построенным СВП позволили получить важные проектные рекомендации-по оценке снижения скорости хода на волнении и- по отношению к максимальному значение ее при ходе на тихой воде: ; •

V И=лц к0 ( й

(4)

•' ьго

Необходимо также использование Зависимости

- (5)

(^)т* С

где (В«)¿ад, (й'и^тв - значения суммарного сопротивления на "горбовой" скорости хода соответственно для условий дви- . хения на волнении и на тихой водв; а - статистический коэффициент, предельное значение которого достигает .а=М,05т^/'м, Т)„ - полная масса СВП, т.

При опенке значения&Р по двннда прототипа или при пересчете с буксируемой в опотовом бассейне модели особое значение имеет соблюдение идентичности характеристик волнения, что требует приведения к одинаковой обеспеченности.

В процессе проектирования судна, устанавливая его оптимальные характеристики, большое внимание следует уделять тем» из них, которые способствуют снижению сопротивления движению. Дается основанный на известных данных по результатам испытаний моделей СВП и по натурнш объектам анализ влияния центровки.

Под центровкой понимают обычно взаимное положение по длине судна относительно середины его длины центра тяжести судне х^ и центра тяжести площади ВП ®п , т.е. зс^ ■

,я а такде связанный с этим угол дифферента Vе .

Наличие дифферента сопровождается контактированием ГО с поверхностью воды и здесь особое, значение имеет величина зазора под нижней кромкой ГО, определяемого количеством воздуха 0 , особенно это важно на волнении. Оптимальны, как под-

твер>едают модельные испытания, значения в диапазоне

-0,02.. .+0,04 (центровка положительна если ЦТ. располагается в корму от центра давления). Предпочтительной следует считать возможность смещения ЦГ судна в процессе эксплуатации (перемещением топлива, жидкого балласта), что позволит дифферентовать судно на нос или на корму в зависимости от режима движения и от интенсивности волнения.

Нагруженность ЕП, характеризуемая значением коэффициента &ь (или &3=» Рп /(р8э д ) ) и связанная с изменением р в наибольшей гтеаени влияет на величину сопротивления волнообразования, что может вызвать серьезную проблему по преодолении "горба"' сопротивления особенно на развитом волнении.

Особый интерес для проектанта вызывает назначение Ап =■ = . . С точки зрения минимизации потребляемой ПК

мощности следует стремиться к величине Д п = 1,0 , .соответствующей наименьшему периметру истечения П. Это, однако, вызывает резкое увеличение "горба" сопротивления и, как подтверждают даннте экспериментов, наилучшие показатели ходкости соответствуют значениям Лп = 2,2.. .2,5.

Исключительна взаимосвязь конструктивных и геометрических характеристик ГО с показателями ходкости в различных условиях эксплуатации. Особое значение имеют отношения высоты наносных элементов Ьиэ к ЬР0 , Ь^н^го» ^го^6« ' толщины конструкционного материала ГО к Ьго , величина Кр.

На тихой воде снижению-сопротивления способствует поры-•денная остойчивость СВП," что связано при этом с уменьшением контактирования ГО с поверхностью воды. По этой причине в случае эксплуатации судна над гладкой воднойповерхность» или над твердая* экраном предпочтительны снижение значений Ью/Иго, Иго /Вп и увеличение коэффициента кр .

На волнении, где. следящая способность ГО уменьшает замыв его нихних элементов, целесообразно увеличение отношения Ннэ/Иго и Ьго/Вп, а для величины коэффициента- кр , как показывают экспериментальна данные, существует оптимальная зона вблизи Кр^^з. Повизение интенсивности волнения, оцениваемой отношением. Ьвлн / Ъго , с увеличением скорости наблюдается значительный прирост сопротивления движению . Наиболее неблагоприятно волнение,- отвечающее дил-

зону соотношений ' А^/^п * 0,9.. Л,6 ( АЬдн - длина волны), хак соответствующее наибольшему значению № .

Четвертая глава. Проектирование подъемного комплекса Ш (ПК).

Основное назначение ПК - создание и поддержание под днищем судна области ВО, необходимой для обеспечения подъемной силы. Как видно на рис.3, комплектация ПК весьма сложна и специфична. Важно ввделить также динамический характер его функционирования, определяемый условиями эксплуатации. Проектирование ПК, как проектирование сложной динамической системы, требует установления иерархических взаимосвязей его подсистем и сводится к решения следующих задач:

- обоснование расходно-напорных' характеристик ПК;

— выбор подходящих нагнетателя и приводного двигателя;

- расчетно-графическая разработка компоновки ПК;

- обоснование требований к САУ ПК.

Нагнетатели (одан или несколько) работают на сложную разветвленную сеть, которой на СВД служит совокупность кон-фузорово, воздуховодов диффузоров. Воздух в количестве 0П от нагнетателей в область БП подается через щели, сопла, отверстия, равномерно распределяясь по ее площади и периметру (как это видно на рис.4), обеспечивая поддержание в ней избыточного статического давления Рп - Местное и путевые потери давления при продвижении воздуха вычисляются на основе принципа суперпозиции. Это позволяет получить так называемую характеристику сети, апроксимируемую графической зависимостью Р(Ц) и сопоставляемую с характеристикой нагнете- -теля Н(Ц).

Точка пересечения этих графических'зависимостей, так навиваемая рабочая точка, ее положение,в значительной мере предопределяют характеристики судна, его поведение в статике и динамике.

Характеристика сети описывается зависимостью вида Р ■ т а+ ЬО2 , где а и 6 - постоянные величины, определяемые аэродинамическими особенностями сети. Здесь ас Рп • Тогда действительная характеристика сети приобретает вид:

Рис.3.'$уикпиональная схема взаимодействия совмещенной ЗУ, судовых систем, устройств и вспомогательных механизмов амфибийного • ■ • - ' СШ

Рис.4. Типичная схема подачи воздуха по внутренним каналам Сш: I - поступление воздуха от нагнетателя непосредственно в ВС; 2 - нагнетатели» подающие воздух * надувной гибкий ресивер; 3 - подача воздуха в кормовур_часгь ГО; 4 - подача воздуха в носовой участок ГО; 9 — нос судна; 6 - корма судна

где. ^- динамическое, давление встречного потока воздуха; 6 - коэффициент его использования; ."к^ - коэффициент . потерь давления на входе в нагнетатель; ке - суммарный коэффициент местша и путевых потерь давления в сети за нагнетателем; ^рз • диаметр рабочего калесанагнетателя; 0Н - суммарная производительность нагнетателя с учетом отбора части воядуха из ресивера на судовые нувды. Представленная зависимость малвстрируется рис.5. '>."-.-ч

Рис.5. Эпюра

- —— .— __ ния давления в" о

I-динамический встречного потока ха 2-полное

точное давление, «„_ еаемое нагнетателем; 3 -статическое давление; 4 -. динамическое давление; 5-полное давление (текущее значение); б- избыточное давление в ВП; 7- атмос-• ферное давление; 8 - зона входа воздуха в нагнетатель; 9 - область конфу-аора нагнетателя; 10-об-цсть рабочего колеса;,II,

'И

напор воздух избы-

разви-

простройство воров за нагнетателем; надувной гибкий ресивер; 14 >.область 8П; Х5-Е.(|0

Если величины Рп , с\а, О н обосновывается отдельно, то, повышая Е. и понижая кВх и кс , мо«но добиться существенного роста эффективности ПК и, тем самьм, снижения затрат мощности. Йце более.существенно уменьшается величина Ыпк при снижении величины коэффициента кр , хотя это, как отмечалось выше, должно быть согласовано с требованиями ходкости и мореходности. По этой причине резервы снижения Мпк можно видеть в снижении всех видов местных и путевых потерь во внутренних трактах, в увеличении степени использования динамического напора встречного потока воздуха ' ,а уменьшении р^ , а также в возможности регулирования висодных параметров нагнетателя и, в случае необходимости, по эксплуатационно условиям - коэффициентов кр и Опн .

Отношение полного .давления, развиваемого нагнетателем.в рабочей точке Н к давлению Рп у современных СВП лежит, как правило, в интервале Н/Рп а 1,6...2,0.

. Определяя необходимое количество воздуха 0 п , следует стремиться к его минимизации, поскольку это способствует снижению величины ЫПк . Как уже отмечалось, доминирующими в назначении 0П оказываются требования ходкости и мореходности. На тихой воде достаточной оказывается лишь воздушная смазка под нижними кромками ГО, работающая нак воздушный подшипник, при условии оптимальности центровки. Для СВЛ, зкс-плуатирущихся на тихой воде, существует оптимальное_значение [)п , соответствующее величинам параметра С1П>1 =

= ОпЛНго^Рп5п/^3) в диапазоне 0 пК - 0,16.. .0,18. Уменьшение, его способствует, возникновения замыва кормовых -секций ГО, а увеличение - росту импульсной составляющей сопротивления движения. Движение СВП на волнении сопровождается замтаом ограждения, приводящим к.резкому росту- величины йй с ростом1 скорости в основном за счет гидродинамической составляющей. В этом случае снижение возможно только

за счет резкого увеличения подачи воздуха в ВП, что способствует азрации воды, замывающей ГО, и соответствующему снижению дополнительного сопротивления трения ГО о воду. Тая эксперимент показал, что для скорости хода СВЛ, соответствующей числу Рги = 1,2, увеличение показателя от величины 0,12 до 0^24 способствует снижении * 4 раз*.

Движение (ЗШнапредельномволнениисоэдает еще более сложную проблему, связанную с действием так называемого "волнового поршня",когда проходящая волна выдавливает ВП, и нагнетатель должен обеспечить подачу воздуха 0П так, чтобы избежать провала судна-и удара днищем о воду. Все это позволило из анализа возможных ситуаций для СВП, эксплуати-рупцегося на развитом волнении, получить ряд проектных зависимостей, позволяющих назначить приемлемое значение 0П :

0п»(0Д9±О,Ш5я^, (?)

а при учете воздействия"волнового поршня":

где V* - скорость движения на Сдельном волнении, составляющая от максимальной на тихой воде не более 40-50%. Последнее выражение для (}п целесообразно к использованию только в случае необходимости обеспечения высокого уровня мореходности на макстальном волнении, соответствующем слу-

Анализ современных СВП показывает, что расчетное абсолютное значение зазора Ъ э < над твердМ|| экраном (при х - 0 ) назначается из, (или вблизи)диапазона ~ 80-100 мм для средних к крупных СВП, что обычно соответствует выражению:

у -у-; . т :

Приняв , которое в этом случае предполагает учет * требований мореходности, можно затаи для определения 0П использовать приведенную выше формулу для 'нахождения О п • Наблюдающаяся тенденция уменьшения абсолютных значений зазора Ь3 стала возмоюой благодаря совершенствованию ГО, т.е. повышению их следящей способности огибать поверхность волны, лучшему уплотнению ГО и снижению за счет этого непроизводительных утечек воздуха из ВП* повышению качества и приемлемости конструкционного материзла ГО; ;

Определив параметры рабочей точки в осях Н(0), « приступают к выберу^ подходящего воздухонагнетателя (одного или нескольких). Это нагнетатели (вентиляторы), как правило, , осевые (ОН) или центробежные (ЦП), реле так называемого смешанного типа (СН>. - _ -'С ■;.'' "

Предъявляется целый ряд требований какк самому нагнетатели (по его массо-габаритнъм и стоимостным характеристикам, по шумности,, по простоте обслуживания и монтажа), так и, что еще важнее, к форме и особенностям его рабочей характеристики, экономичности. Большинство СВП оснащены ЦН со спиральным кожухом и с кольцевым диффузором и ОН с осерадиаль-ным диффузором. Диффузор позволяет, с одной стороны, динамический напор, создаваемый нагнетателем,, . преобразовать с минимальнши потерями в статическое давление, что вызвано спецификой рабочей сети на СВП, какой является здесь ПК, а с другой, направить воздух от нагнетателя в нужном направлении. Анализ приемлеммс ЦН ч ОН позволил дать ряд проектных рекомендаций по компоновочным решениям ПК и по в«5ору подходящего нагнетателя.

. Выбирая конкретный нагнетатель, исходят из ряда ограни. чекий, наносимых на его безразмерную характеристику; включающую в первую очередь зависимости Н (б) и , где =

вращения нагнетателя , (/мин ; "П.- КПД нагнетателя. Это видно на рис.б, где проиллюстрирована методика выделения рабочей зоны, предполагающая учет ограничений по шумности нагнетателя, прочности лопаток его рабочего колеса, по экономичности, по предельньм значения диаметра (с! рк )тах , по предотвращению помпака (для ОН). Диаметр нагнетателя. рабочая характеристика которого рассматривается, может быть назначен согласно зависимости

Рис.6. Совмещение поля рабочих точек и характеристик нагнетателя: I - граница поля рабочих I точек по максимально возможному диаметру Мр*)*^,, и максимально возможной окружной 6.6 скорости ит(и \ 2 - безразмерная аэродинамическая характе- 0.*

ристика нагнетателя Н(Ц) ; 3 - характеристика нагнетате- лг

ля 4,(0); 4 - верхняя гранила возможного расположения рабочей точки на_ характеристике нагнетателя; 5 - зона возможного положения рабочей точки

^-{ж-^Л- (10)

где 0 и Н найдены ранее, исходя из обеспечения требований ТЗ, ходкости, мореходности, о. чем говорилось вь-зе. Здесь где коэффициентом к5 учитывается отбор

части воздуха из ресивера ( к, = 1,05...1,10).

_ в

В этой методике вместе с тем учитываются особенности аэродинамической схемы нагнетателя, требования компоновни ПК на судне, специфика приводного двигателя и система распределения мощности (индивидуальная или совмещенная). Масса нагнетателей на СШ не превосходит 3-7% от Вп и, будучи отнесена к производительности 0 , соответствует обычно диапазону 0,6-0,8 кг/(м^/с). Масса ЦН вместе со спиральным кожухом (на последний приходится до 65-70? от совокупной массы) согласно статистическим данным может быть определена приближенно как Т)Ц(|«(Н91• Аналогично для ОН можно использовать зависимость . Последние

выражения соответствуют данным по нагнетателям, у которых Ц,0м>с«ркИ.0м.

Полезная мощность , обеспечивающая создание подъемной силн,аредставляется как произведение ^ п • во к нагдетателю подводится мощность Нн . существенно большая. Отношение Нвп /М(1 можно рассматривать как коэффициент эффективности ПК, представляемый в виде - -п Шк.,

р ч* Нн

где <це" . Коэффициент у большинства современниц

СВП находится в диапазоне т^« 0,42. ±0,02.

Мощность же приводного двигателя учитывает потери в трансмиссиях , потери мощности в системах воздухоподготовки (коэффициент к0 ); запас мощности, вводдттЯ для обеспечения необходимого ресурса двигателя и для гарантированного преодоления горба сопротивления на предельно?.' ролне-нии и оговоренного ТЗ уклона твердой поверхности (коэффициент кг):

(II)

Пк Птр Чп,

где произведение квк, к <,ЧУ±0,07 (по данным нормативных документов и статистики).

3 качестве приближенной зависимости для определения N„K:- на первис стадиях проектирования можно воспользоваться выражением • _

Цпк-П,Ч5*0,07) Ь » ЬГ0Ь^;Ю3, кВт. (12)

LTp"nKAn

Глава пятая. Проектирование пропульсивного комплекса.

Для рассматриваемых судов в условиях отсутствия контакта с годой в качестве движителей могут быть применены воздушные винты, прямоточные осевые яентиляторь*, воздушно-ре-активние дякжктелн, турбореактивная двигатели или их комбинация. Условия эхоплуаташм. чрезвычайно суровы, ибо движитель оказывается под воздействием брызговой или пылевой эрозии, турбулизации проходящего потока воздуха, аэродинамической затененности, многорежимности, особью требования здесь накладнвают наличие "горба" сопротивления на скорости, составляющей 30-50% от основной, работа в условиях рыскания, дрейфа, сноса, качки и, как следствие, значительных ветровых нагрузок. В »той связи здесь ставится задача определения в первую очередь тяговых и массо-габаритных характеристик принимаемого движителя, величин потребляемой им энергии, показателей эффективности, а также рекомендаций по компоновочным ранениям и функционированию комплекса двигатель - движитель.

Наиболее распространены в качестве движителей воздушное винты (ВВ) свободные или в кольцевой насадке (ВВП) и, возможно, винты - тандем я соосныз.

Ваадейпей особенностью ВВ, с которой приходится .иметь дело, является существенно более низкое значение их КОД по сравнению с водянт винтом, что вызвано из-за малой плотности воздуха резким увеличением коэффициента нагрузки (эр ВЗ. Имзет место увеличение ВВ у СВП и по сравнению с . самолетными.

Одаим из важнейших требований к ВВ CBÍ1 является ограничение их пгууностя, связанной с достигаемым ВВ значением числа Маха , что сводится затем к установлению предельных значений произведения (ncdBB ), где n¿ - частота вращения ВВ, 1/с; daa- его диаметр. Показано, что снимаемая на стопе тяга свободного ВВ Тсг на единицу подводимой мощности i (к/кВт) может быть определена из выражения

- Тст „Л^Ч.Ц

N (13)

Подчеркивается, что реальное значение коэффициента качества для ВВ СЕЛ следует принимать в интервале Чр = в 0,65...0,70. Для определения КЦЦ.ВВ могут бить использованы данные Ф.«.Болотина, В.П.Ветчинкина, Н.Н.Пскгхова, А.А.Ру-сецкого. :

Исходя из величины преодолеваемой судном силы сопротивления движение R j., мощность, подводимую к ВВ, предлагается определять зависимостью . . j/i . *

где е * 1,06. ..1,23 - коэффициент пропорциональности; и& -скорость хода судна, уз.

Анализ зависимости (13) позволяет установить, что увеличение подводимой мощности к винту после 120...

п ' •DO

...ISO vSn/vr неэффективно и, учитывая также технологические ограничения, проектант тем самда получает рекомендации для установления компоновочных й массо-габаритных возможностей оснащения СВП ВВ.

Показано, что ограничения по габаритам", технологии производства ВВ можно преодолеть, используя ВВ - тандем и соос-нне ВВ. Отмечаются их достоинства и недостатки с проектной-точки зрения. Значителен резерв увеличения тяги, развиваемой ВВ, при использовании для него кольпево'й насадки, которая приобретает особое значение, для решения проблемы преодоления "горба" сопротивления, ибо ее эффективность падает с ростом скорости хода судна. Телесность насадки оценивается соотношением ее наружного диаметра и диаметра винта dBBH , помещенного внутрь ее, соотношением d»«"*''^""" ''^'^вьн • Комплекс "гинт - насадка" оцениваемый диаметром dBBH по сравнении со свободны« ВВ, имеющим d вь » d развивает на стопе тягу, более чем на четверть большую.

Ваднейшей проблемой при использовании насадок является обеспечение зазора между ее телом и диском ВЗН, которой не

должен вводить за предел» (0,003___0,005) с!ввн . Недопустима вибрация насадки. ...

------При проектировании пропульсивного комплекса следует исходить из необходимости соответствия движителя к приводного двигателя, что оценивается сравнением ограничительной характеристики двигателя и винтовой характеристики, которая из-за наличия "горба" сопротивления ка кривой сопротивления Ц с = ^(гг) также получает признаки "горба", что приводит к необходимости принимать винт, легкий для данного -двигателя.

Более сложно!» скззквается система "регулирования при совмещенной о/,-когда от одного .двигателя осуществляется подача энергии и к нагнетателю, и к винту, что выражается в наличии оптимальных по потребляемой суммарной мощности режимов работу двигателя.

Для СВП, оснащенного воздупжда винтом,предлагается опе-ночная зависимость для определения пропульсивного коэф^ипи-ента, которым учитываются все потери энергии, имеющие место при функционировании движительного комплекса.. Помимо КПД самого ВВ, учитываются потери из-за телесности гондолы ВВ и аэродинамического оперения, находящихся в диске винта; от сжимаемости воздуха; в трансмиссиях, а также от вляяния корпуса, надстроек, рубок, мачт, выступающих частей, создающих затененность диска ВВ, и ог взаимного влияния рядом или эшелонно расположениях винтов.

Воздушно-реактивные (воздухоместные) двигатели (ВРД), предполагающие выпуск или подачу сжатого воздуха в направлении, противоположном направлению движения,- используются "и как основные источники движущей силы, и как вспомогательные. Их тяга Тврв пропорциональна количеству воздуха ,

выпускаемого через сопло .движителя и скорости.истечения и^, . уменьшенной на скорбеть хода судна у . Показано, что КПД1 ВРД может быть определен зависимостью:

П»р»* /ч***..... ' ' (15>

ПГ^Мпот

где статический КЦД нагнетателя;" £ - см.вгае; -

суммарный ко^ициент потерь давления потока воздуха в воэ-

26 "• духоподводяцих я соплу трактах. Рис.7 подтверждает, что эффективность ВРД чрезвычайно мала и даже при относительно высоком значении КПД нагнетателя *1НСТ« « 0,7;..О,8 ВРД обладает приемлемой эффективностью лишь в. диапазоне У№/1Г -1,5...3,0. Дня конкретного значения е имеется оптимальное отно-

.......V

Рис .7. Коэффициент эффективности воз*;; дуишо-реактивногодвилитедя (при ,

U*L « 0,7 - статический ШЩ нагнета' - Теля) -

шение (v^AJ)^, соответствующее нзи-большему значению . КПД. - .

Преимущество БРД состоит лишь в существенно меньшем со сравнению с ВВ и ВВН уровне шума. Следует указать, отмечая технодоготеские и конструктивные особенности ВВ, «tro изготавливаются они иа алюминиевых сплавов и композитных материалов, подвержены воздействию окружающей среды.Этотребует спепгальной залрггы, особенно входящих кромок их лопастей.Приведен ряд представленных графически и математически зависимостей, позволяющих определить на начальных стадиях проектирования массу ВВ. /Акализ статистических данных по ВВ на построенных СВД показывает, что они имеют* удельную массу около (0,2...0,3) кг/кВт, что в 1,5-2,0 раза вьае, чем у авиационных ВВ.

Глава шестая. Назначение характеристик ограждений области ВП.

ГО - податливая конструкция, крепящаяся по периметру жесткого корпуса судна, удерживает под днищем область воздуха погноенного давления, пропускает, отклоняясь, волны или, соответственно, твердые препятствия высотой в пределах высота самих П). Это объясняет их уязвимость, ограниченный ресурс, Высокую стоимость их зксплуатапиониого обслуживания.

. Свойстве, характеристики, поведение, особенности конструкции непосредственно определяют для судна его мореход-кость« продольную, поперечную я вертикальную остойчивость,

ходкость, каику, управляемость, в также помимо-уве упомянав-зихся проходимости и амфибийности, энерговооруженность и надежность СЗП. Физически это - пневмоконструкиия, обладающая следящей способностью при движении над неровностями подстилающей поверхности. Использование ГО приводит я утяжелению судов на ВП нй3*8%, увеличение их стоимости на 5-65?, усложняет и удорожает эксплуатацию, повышает профильное сопротивление двикению, увеличивает аппликату,центра тяжести и уменьшает показатели остойчивости.

Предлагаемая классификация ГО, необходимая для изучения их свойств, анализа и разработки принципов расчета гас формы, конструкции, прочности и связанных с характеристиками ГО свойствами судна, включает 4 основных типа, наибольшее распространение из которых имеют; огравденйя 1-го типа, состоящие из надувного ресивера (гибкогоиешка) и подвешиваемых к нему снизу секционированных элементов. Соотношение высоты гибкого ресивера и высоты навесных элементов (НЭ) в долях от Ьго колеблется в интервале 70/30...20/70; что отражается на поведении ГО на волнении.

Увеличение Н К2 / Ь приводит к по&киения мораходкос-ти и» в первуп очередь, снижегого вертикальных перегрузок судка на волнении, уменьшений прироста сопротивления , но это сопровождается падением показателей остойчивости.

Второй (П-оП> тип ГО такжэ имеет в нижнем ярусе расчле-нент-э наэеснке элемент«, но гибкий ресивер здесь обычно незамкнут. Трзтяй (Ш-яЯ) Тип ГО- конусного типа {по форме усечен«!« конусбвУЬбйодё* ¡пошШттк /показателями : остов-' чяэоети, но одновременно, ' при большей устойчивости формы, и более значительными величинами йост и . Четвертый

(ЕГ-й). тип яв^етсм комбини^й я Ш-ге гтипой,' *. поэтому : такимП)щтсут ^стойнетва и нвдомат»« исхвднвх типов. , -• Оснащение -<30 ! сформиро-

взкнив'потоки и способствовало'размыванию струи воздуха, вытекающего из ВП, в связи с чем необходима корректировка рас-ходао-напорнис* характеристик каждой из схем, анализировавшихся во второй главе. .

Конструкция ГО и изучение аэродинамики потоков из ВП, удерживаемой ГО, позволила заключить, что практически все СВЛ, оснащенные любы« из типов ГО, имеют камернуюсхему образования ВП. Значительное влияние на формирующиеся потоки

оказывает характеристика жесткости применяемого для ГО конструкционного материала. Повышение'жесткости, в частности, существенно снижает реальную высоту подъема корпуса над экраном И2 по сравнению с теоретической высотой И,^ (при абсолютной податливости .материала). Для снижения влияния масштабного аффекта при пересчете данных прототипа или модели необходимо удовлетворять требованиям моделирования изгиб-ной жесткости применяемых материалов ГО.

Исследования расходных характеристик камерной схемы "с податливыми образующими стенками в виде сплошной полосы над твердым экраном лвггвердали практическую идентичность их аналогичным характеристикам камеры с жесткими.стенками. Парение же над водой приводит к значительному снижения соответствующего расхода воздуха 0П6 по сравнению с аналогичной величиной над твердым экраном, в виде Фр.в=Его ^пэ • Коэффициент Его<1 и является функцией угла"наклона .образующей стенки камеры . 0ГО и отношения ^/Ь . 3 это же время податливость образующих стенок камеры над водой на ~ 30-40% увеличивает расход воздуха по сравнению с камерой, имеющей жесткие стенки. Показано, что при этом кроме угла наклона образующей и податливости стенки, влияет также относительная ширина навесного элемента (если имеет место использование нижнего яруса ГО в виде расчлененных ^¿ментов). В последнем случае учет податливости и расчлененности НЭ осуществляется введением в выражение для О п (см. втору.-о главу) множителя а' , который предлагается рассматривать в виде функции а'» ^ С 0ГО , 1Э/ ЬЭ). где Ьэ - ширина Но. Приведена * также зависимость корректирующего множителя £го- (9Г0 , Ц/Иу , 1Э /Ьэ ), позволяющая введением этого множителя в выражение .для 0ПЗ найти его значение над. водой. Отмечается, что по сравнению с камерой, имеющей ГО в виде сплошной полосы с увеличением ширины ИЗ ГО расход воздуха значительно увеличивается как над твердым экраном, так и над содой.

Полученные зависимости для расчета расходных характеристик области ВП, оснащенной ГО, дают возможность угочненно производить вычисление (ОПЬ)Е , когда учитывается различие с конструяпки нижних элементов ограждений и в значениях , Ц/Иу, Ью /Ьго , 9'го и т.п. Весь пери-.-етр ГО П может Сыть разбит на зоны с разными конструкциями ГО и козф-

фиииентами расхода и тогда (0пй)Е »^(О^)^ , что позволяет точнее найти и г 3 . Возникает Необходимость затем в обосновании геометрических характеристик отверстий, щелей, через которые воздух раздается по периметру ВП, с тем, чтобы обеспечить для калдой зоны соответствующее значение Последнее сводится.я тому, что по условиям оптимизации показателей ходкости дня СВП с ГО 1-го типа суммарное количество воздуха распределяется по периметру' из условия, что в район бортов и носового закругления идет 60-80%, через . корневой участок ГО 5-20%, через секционирующее область ВП ГО -15-20%. '

Важнейшая особенность ГО заключается в том, что расчетную форму оно имеет только в напряженном (надутом) состоянии. Под действием внутреннего давления воздуха ГО занимает наибольший объем и жесткость ГО тем выше, чем, больше. .. значение величины избыточного давления внутри.надувной конструкции. ГО способно; "практически, к восприятию только растягивающих усилий; 'сжатие, сдвиг вызывают потерю формы.

Расчет формы проводится"с целым'рядом ' принципиальных" допущений, дающих возможность определить геометрические характеристики поверхностей, иэ которых формируется ГО. Важнейшим формообразующим фактором оказывается коэффициент перепада давлений кр . . •

Устойчивость формы ГО, предотвращение склонности к потере формы (подлом, затягивание) определяются взаимным рас-пололением точек крепленая ГО наружной и внутренней, для'чего даны рекомендации по назначению их координат. Приведены системы уравнений, позволяющих установить геометрические характеристики формы ГО, служащие основой и для проектирования ГО, и для раскроя их из полотнищ используемого конструкционного материала. Упомянутые уравнения приемлемы для ГО в виде одноярусного гибкого .'ресивера. Наличие навесных элементов схе"у расчета усложняет и учитывается в нем введением силы, приложенной к элементу от воздействия на него избыточного давления Р . Исходя из условий эксплуатации и оптимизации судна дан ряд проектных рекомендаций по форма л геометрическим характеристикам НЭ ГО 1-го и П-го типов, а также проектные рекомендаций по формообразовании ГО 2-го и 1У-го типов.

зо . .ч •;•'■-

Из-занестабильности физико-механичеснихсвойств материалов ГО, использования хлеев, прошивных швов, заклепочных ; и болтовых соединения и недостаточной изученности внешних сил надежность расчетных схем обеспечения прочности ГО .и у нас и за рубежом остается малоудовлетворительной. Условие прочности материала оболочки, обеспечивают требованием '

сиэ к"ст «т , сю

где Т - наибольшее натяжение в оболочке; [Т] - предел прочности на разрыв при одноосном статическом нагружении; С « ш 1,0,..1,5 - коэффициент, зависящий от того, насколько расчетная схема: определения усилия Т учитывает наличие навесного элемента; к*^- совокупный коэффициент, отражающий и специфику материала ГО, и характер нагружения. Определяя "'"тех предельное значение, принимают во внимание возможнее условия полной потери ВП или на волнении, или при падении с обрйа,, возникающие "пиковые" значения (Рр)тох которые на развитом волнений достигают двух- и даже трехкратного увеличения по сравнению с Рр в статических условиях,

■ Особое значение имеют и пульсавионные воздействия гидродинамического сопротивлеии*. в ..' его значения на тахой'вор»-'в-ващйепу^в -щ ГО«яау. -в «иде касательнис усилий Для ' кормотой секции ГО . наихуддам ус-, ловием оказывается сложение Т,^ при полной мгновенной потере ВП и нагрузки (^.^д,, . '.."'•.

-Оценка прочности'навесн1«;эле?1ентр® ГО кроме усилий от статического давления Рп дйлжй учит1»ватъ и инерционные воздействия при контактировании с волнами. Они могут иметь низкочастотный к высокочастотный характер, что приводит, к тому же, и к потере адгезии ©бкладочннх; слоев.

Выбор конструкционного материала из предлагаемых . промышленностью можно производить из условия, что ¥„,»0,008.,. ...0,012, где ^^п » ^-поверхностная плос-

кость (кг/иг).

Обстоятельно проанализированы характеристики конструк-иионнмх материалов, сформулированы требования к ним, представлены данные по отечественном и зарубежным композитным материалам,." указаны пути увеличения ресурса ГО," а также принципиальные особенности их сборки, монтажа и ремонта..

' • 31

Глава седьмая. Обеспечение остойчивости и устойчивости СЗЦ в различных режимах эксплуатации. . ,

Различают остойчивость продольную и поперечную в водо-измещапцем, переходном и эксплуатационном режимах на стопе и на ходу, над твердим экраном'и над водой. Остойчивость в во-доизмещапцем положении оценивается диаграммой статической остойчивости, форма которой специфична из-за необычных по сравнению с традиционными судами соотношений главных разме-рений водоизмещающего понтона (жесткого корпуса - ЛК): Ьжк/Вжк « 1,7...3,0; Вжк/Т0 » 10...20; НЖ|(/Т0 . 1,4."..2,0, где Т0 - осадка понтона в плавающем-состоянии, ото делает повышенной остойчивость в этом режиме и очень порывистой качку. Расчет-проводится яа динамическое действие кренящего момента от ветра на волнении Мкр. , приведены зависимости для вычисления; ..Диаграмма.статической остойчивости с

учетом формы» понтона'строится по известным методикам. В зимних условиях* производится. учет обледенения. Остойчивость нэ ВП у. судна; оснащенного ГО, оценивается , величинами т® и (это беэрээмернте соответственно поперечная и продольная метапентрические высоты) или аналогичными га критериями, применяемыми в зарубежной практике К0 и Кц.. Приведено их численное соотношение. Уназакнге показатели остойчивости пригодны в пределах углов наклона -3...+30.

Прослеживая изменение остойчивости в процессе выхода на ВП от положения на плаву до парения на ВП, могло отметить резкое падение остойчивости по мере наполнения области ВП плавающего судна до нулевой в положении на воздушном пузыре и,возрастание, ее при последующем отрыве от водь» ГО до значения т® ,в 3-4 раза меньшего, чем в водоизмещагащем положении. Минимальная остойчивость соответствует режиму работы нагнетателей, соответствующему к « 0,8...О,9, что делает необходимым быстрое преодоление этого состояния и дополнительные меры безопасности.

Анализируются три способа конструктивного обеспечения остойчивости СЕЛ с ГО, даются проектнке рекомендации по применимости каждого из них. Наибольшим преимуществом обладают суда с секционированием площади ВП и независимой .., запиткой каждой секции от отдельного нагнетателя. Увеличению остойчивости СЗП с ГС, имеющим сегаионирование В1, способствует

52 '

увеличение крутизны рабочей* характеристики используемого нагнетателя (ан/зсп.

В связи с проблемой обеспечения остойчивости СИ! и над твердым экраном, и над водой анализируется явление гистерезиса, заключающееся в имеющем место различии в. показателях остойчивости в зависимости от того, находится судно на восходящей или на нисходящей ветви М0=т$,(8,ф) и Му=^г(¥) , где М0 и М^ - восстанавливающие моменты при накренении и дифферентовании судна. Одному углу наклона при этом соответствуют по два значения Мв и М^ . Отмечаются причины ! и механизм гистерезисам« проектные рекомендации по его сглаживанию. -

В процессе проектирования необходимы приближенные, имел. щие оценочный характер критерии остойчивости. Приведены ста. тистические данные по ограничениям принимаемой по условиям эксплуатации аппликаты ЦТ и высоты Иго в виде =

= 0,25...0,42; 0,20 /В „>0,13 и 0.2*1-^/1^0,1,8 так!е в форме графической зависимости кв= ^ (И^/Вд).

Представлены рекомендации по форме'жесткого корпуса (во-* доиэмещающего понтона), способствующие возникновению восстанавливающего момента при наклонениях судна в момент касания его поверхности воды.

Представленная методика расчета остойчивости при парении на ВП предполагает создание расчетного алгоритма для случая парения над твердил экраном, а затем введением в этот . алгоритм корректирующих; характеристик для случая парения над ,, водой. Отмечается, что й при независимой запитке секций ВП и при общем ресивере имеет место, уменьшение вьсоты подъема СВП . Ьвв при наклонении по сравнению с положением без крена и дифферента Н . Дня этого для изменяющегося угла наклона 9е определяют зависимость < Ь в >, а затем нахо-

дят величину Ьв , при,которой имеет место, равенство сил поддержания и сил тяжести. Таким образом составляется система уравнений, отражающая равенство сил в вертикальной плоскости е; 2 » горизонтальной плоскости и моментов, действующих относительно продольной оси х (для поперечной остойчивости) СМ х и оси у (для продольной остойчивости) Е Му .

Основная задача состоит в получении зависимостей для соответствующих восстанавливающих моментов М0 и М^ происхождение которых вызнано действием сил поддержания со сто-

роны ВП, сил тяжести и сил реакции струй в горизонтальной плоскости. Получение необходимых аппроксимирующих зависимостей позволило найти выражения для восстанавливающих моментов Мв и Мц, для различных типов ГО и двух схем запитки воздухом секций области ВП при парении на стопе над твердым экраном. Предложенные выражения достаточно громоздки, но в то же время и достаточно просты по своей структуре и по возможности определения входящих в них численных коэффициентов, для чего даны необходимые разъяснения.

Вертикальная устойчивость СВП и над твердом экраном и над водой определяет его показатели вертикальной качки и динамические характеристики. Степень вертикальной устойчивости в виде условного коэффициента жесткости оценивается в форме производной кх от подъемной силы Ъ , создаваемой ВП, по величине вертикальных перемещений т. по высоте подъема, т.е.

•„ ар« 4 „ аРр

К" 5, ' ——. Частная производная находится по

" .07. . 1\р Оь

приведенной аэродинамической характеристике нагнетателя (или совокупности нескольких нагнетателей, работающих на один ресивер)

Для камерной схему образования ВП, к которой сводится практическое большинство СГ"Т, оборудованных ГО, получено вы-ряление для к^ :

Р Б. ( Оп ЗН^ / ' 0. ЭН^ к - ——2- . - ч—1— . (17

* Ч [Ч ^УС Н

Вертикальная устойчивость возрастает с увеличением и коэффициента нагрузки {или &5 ), и крутизны характеристики нагнетателя. Определенные коррективы в показатели сертикаль-кой устойчивости рносят тру.дноаппроксими^уемь'е показатели жесткости ГО, зависящие в свою очередь от геометрии и особенностей конструкции последних. Над поверхностью воды степень вертикальной устойчивости снижается также, как это отлеталось и в отношение поперечной и продольной остойчивости.

Если рассматривать производную БН/йг как коэффи- ' циент «.есткости условной пружины С , имеющий размзриость силы на единицу деформации »• то вычисляются такие показатели динзмичнссти как частота колебаний ло вертикали (1/с) и период вертикальных колебаний Т^ л'с), от котор'Х зависит амплитуда вертикальных перемещений судна.. Наибольшие значе-

34 '

ния амплитуда будет приобретать в резонансных условиях встреч судна с волнами, когда имеет место тенденция где шк - кажущаяся частота встречи с волной. Предотвратить это можно изменением курса относительно фронта волны и изменением скорости хода.

Приведенный далее критерий достаточности вертикальной устойчивости судна в динамических условиях эксплуатации позволил получить ряд рекомендаций, которые следует учитывать, проектируя СВП, если необходимо, например, увеличить вертикальную устойчивость, ¡этого можно добиться увеличением вертикального зазора под кромкой ГО 1Э , уменьшением давления в БП Рп и (или) высоты ИГо , повышением расхода , воздуха С)п и (или) крутизны приведенной характеристики нагнетателя.

Здесь же дается анализ проблем моделируемости динамических процессов, что в наибольшей степени осложняется, среди прочего, из-за чисто технических затруднений в моделировании характеристики нагнетателя у модели и натуры, немоде-дируемости атмосферного давления, различий в с'эктрах волне- .-, ния в натурных условиях и в бассейне; сложностей в обеспече,-нии моделирования инерционных характеристик, а также всех геометрических и физических особенностей натурного объекта на модели. "

Еще одна особенность .СВП, оснащенных ГО, заключается в необходимости проверки предотвращения низко-"и высокочастотной вибрации ЛЭ, что в отношении первого типа вибрации, как показано, достигается назначением приемлемого значения коэффициента кр ,атак*из конструктивными мероприятия;« и, в частности, введением так называемых антивибрационных оттяжек или диафрагм. ■

При парении СШ над водой остойчивость уменьшается по сравнению с тем, какой она была при парении над твердым экраном; Это происходит из-за наличия впадины под ВП, в которую судно как бы проваливается, изменяется угол вылета струи из области ВП по отношению к горизонтальной поверхности и он тем больше, чем глубже впадина, т.е., выше давление в ВП. В итоге пренебрежимо мальми становятся горизонтальные силы сопротивления боковому дрейфу и реакции струй воздуха, вытекающего из-под поднятой секции, и момент, этой реакцией создаваемый.

. Составление системы управлений.сил и моментов, аналогичной такой же для случая парения над твердым экраном, дает

возможность получить вь-радение для безразмерной величины ме-тапектрической высоты над водой т ® , а затем найти соотношение последней с аналогичной ей над твердым экраном т" . Показ'но, что.каждая из обоих показателей т®ь и гп® зависит от относительного возвышения аппликаты ЦТ над основной плоскость» и от безразмерного показателя верти-

кальной устойчивости соответственно над водой к 7В =

= кгв /(РвдЧ и наД твердым экраном кг=к2/(р ^ $„), а кроме этого -. - ..........™

.-3, -0Кг8 -

ха * кг В„ Ь сто подтверждает, что остойчивость над водой действительно существенно ни*е, чем над твердой поверхностью.

Отмечается, что в начале движения судна им развивается система.волн, & результате чего у него еще более уменьшается показатель остойчивости над водой т®у по сравнения с состоянием парения на стоке т®в , т.е. т®у/т®ь <•! .. Наибольшее снижение остойчивости'.наблюдается з диапазоне скоростей хода, которое соответствуют "горбу" сопротивления, т.э. при Г|*^=0,56...0,70. Последующее увеличение скорости сопровождается уменьшением волнообразования и приближением тху к т Поело достижения значений Гг^ ^ 1,5 разница между ними становится пренебрежимо малой.

С точки зрения обеспечения безопасности эксплуатации проектант должен учитывать то обстоятельство, что начальная »■етаиентрическая высота гп®в с увеличением на ско-

ростях, соответствующих Т»^® 0,166, может снижаться на 40-50^. Значительное влияние на остойчивость в момент развития скорости оказывает начальнкй угол дифферента. &го относится как к поперечной, так.и.к..продольной остойчивости. Наличие начального крена при движении с углом дрейфа может вгавать аварийную ситуацию и при проектировании суда требуется про-геркв .для такой ситуации.

Особая опасность для СБЗ создается склонностью Г0 я подлому (потере формы) к затягиванию под корпус, имещим >>есто и на тихой воде и на волнении, ото объясняется сочетанием целого ряда причин, среди которые ягделявтея падение давления в носовых секциях Ш яри взаимодействии рнтеяаощих из-под ГО роздуздех струй со »стрсчнь-м потоком, везникнове-

36 ■-"-.-• : Л

ние потока брызг, вызывающих перепады давления; на волнении - периодические усилия от, встреч нижних кромок ГО с волнами. Все это - при воздействии пикирующего момента от воз. душных движителей, особенно воздушных винтов. При отсутствии адекватной математической модели этого процесса его предотвращение осуществляется целым рядом проектных и конструктивных ограничений, обязательных.с точки зрения безопасности эксплуатации. В наибольшей. степени это касается ограничения . развиваемой скорости хода при движении с углом дрейфа р>° . Склонность к подлому и затягиванию ГО снижается при увеличении всех видов остойчивости, за счет регламентации диапазона изменения ходового дифферента, выполнения целого ряда специальных требований к конструкции и характеристикам жесткости и податливости ГО.

Глава восьмая. Основы проектирования и комплектации энергетической установки АСШ.

Энергетическая установка, обеспечивающая функционирование. пропульсивного и подъемного комплексов выбирается из учета следующих важнейших особенностей:

- высокая энерговооруженность судна в пределах (50... ...80) кВт/т; .

. - наличие "горба" сопротивления в диапазоне скоростей хода (30...40)55 от расчетной, когда преодолеваемая сила сопротивления движению соизмерима с таковой на эксплуатационной скорости; '-'VV,

• - разнохарактерность потребителей мощности, усложняющая компоновку £У; .'■-•: ;•/•-:•'...•':•"•-.

- жесткие условия окружающей среды, выражающиеся в обводненности или загрязненности пылью, аэрозолями, песком воздуха, поступающего в приемное .отверстие двигателя, и требующие воздухоподготовки, т.е. Очистки его от построениях при- :

■ месей; •••.••

- динамические воздействия на компоненту ЬУ из-за. частой смены режимов, перегрузок, особенно на предельном волнении; .

- широкий диапазон температурим режимов округа-очей среда .от -40 до +40°С.

Уцаэаннъ® условия эксплуатации обусловили особые требования к составу &У и к главн™ двигателям, которые определяет ряд соответствующих проектных ограничений. Последние, в .

частности, диктуют применимость в качестве главных двигате--- лей только газотурбинных двигателей (ГТД) и высокооборотных дизелей (ВД) воздушного охлаждения. Приведены массо-габар-тные и энергетические характеристики имеющихся на мировом рынке ГТД и ВД, дано их аналитическое сравнение.

Большинство крупных СВП оснащены морскими ГТД авиационного типа со свободной силовой турбиной. Основные недостатки их заключаются:

- в высокой частоте вращения выходного вала, что требует ¡введения в состав дорогостоящих понижающих редукторов;

-■ - высокая чувствительность ГТД к-степени очищенности воздуха, необходимого для создания рабочей смеси, из-за чего суда оснащаются громоздкой и дорогостоящей системой воздухоподготовки, предполагающей пыле-, сояе-,'водоотделение;

- чувствительность турбины к разрежению на входе (из-за необходимости просасывания воздуха через фильтры при его очистке) и к противодавлению на выходе (из-за потребности в использовании специальной гаэовыхлопной системы для отвода большой массы отработанных, газов), в результате-чего и раз-т . режение и противодавление могут вызвать падение мощности ГТД на 1-5%;

- негативное влияние повышения температуры окружающего воздуха, достигающее (1,0...1,5)? от N на 1°С;

- снижение эффективности.в виде'значительного возрастания удельного расхода топлива на парциальных режимах.

Преимущества ГТД, в первую очередь, касаются высокой мощности в одном агрегате (до 30-35 тыс. кВт), высокой приспособленности к автоматизации и дистанционному управлению, высокой приемистости, малых массы и габаритов. '.

Применение ВД воздушного охлаждения для амфибийных СВП весьма перспективно, ибо их преимущества Заключаются в боль- шей простоте обслуживания и монтажа, в меньшей зависимости от загрязненности воздухе и от его температуры, в высокой экономичности ВД в широком диапазоне режимов его загрузки, в частоте вращения, соизмеримой с частотой вращения потребителя, что упрощает трансмиссию. Важнейшими недостатками ВД следует считать ограниченный диапазон агрегатных мощностей, что не позволяет применять ВД на крупных СВП, их относительно.высокую удельную массу и проблему отвода тепла с горячих . секций двигателя, • ■

. . Приведен проектный анализ особенностей компоновки, комплектации и конструктивного исполнения БУ АСВП. Большое внимание, уделено специфическим устройствам и Системам, обеспечивающим функционирование £У. Это системы автоматического управления и регулирования ЗУ (САУ), воздухоприема, газовыхлопа, запуска, промывки двигателя (ГТД).

Глава девятая. Нагрузка СВП. Определение составляющих массы.

Проблеме определения и компонентов нагрузки СВП, и его полной массы присуща особая специфичность. Это вызвано да«е не столько относительно небольшой выборкой при назначении статистических измерителей (коэффициентов пропорциональности) в предлагаемых.для расчета масс корпуса, ЭУ, ГО, запасов топлива, систем, устройств, грузоподъемности аналитических зависимостях, сколько в необходимости учета соответствующего влияния на массу и разделов нагрузки, и. всего судна меняю' ¡фосся условий эксплуатации, состояния нагрузки, режима экс-г .плуатации, динамического характера воздействия внешних сил. Необходимо.соблюдать в жесткой форме так называемый контроль' масс из-за специфики принципов создания подъемной силы и существенной зависимости сопротивления движению от полной массы судна.. Sto повышает требования к точности предлагаемых зависимостей и вызывает необходимость в формулировании рекомендаций по снижению масс разделов. Возникает, необходимость "в выделении доминирующих расчетных условий при ■ вычислений , большинства компонентов нагрузки, .-.

Отмечается особенность стандартизации нагрузки в России по сравнению с традиция?.« других стран, создаюцюс подобные суда. : '•--;" . ,

. В составе массы судна порожнем масса корпуса Экр является превалирующей. Анализируются факторы, в наибольшей степени влияющие на массу корпуса» Важнейшим здесь выделяется то, что удельная нагрузка силы тяжести & на подстилающую поверхность лежит в интервале G/Sn = 2,5...5,0 кПа, что более чем на порядок ниже, чем у традиционных водоизмещающих судов, где G/Sm= 50...70 кПа.

Согласно статистическим данным Бкр*(0,25... 0,2>2)Вп.одесь в 0|ф включаются масса несущего понтона; надстроек,, рубок, навесных конструкций, фундаментов, стояночных опор, оборудования помещений. Для легкосплавного корпуса масса металли-

ческого корпуса Бмк составляет (62...65)2 от , про- дольине связи - (56...60)? от Ьмк . Если массу металлического корпуса разбить на массу продольных связей и массу надстроек, рубок, переборок, навесных конструкций - И*™, то, исходя из имеющихся данных по размерам ( 1. ,Н ) прочностных характеристик применяемого конструкционного материала 6ТЕК и действующего изгибающего момента, итоговое выражение для Вык примет вид

" ' ' .......261.* - - де

Югвтв< Я

где рмет~ плотность конструкционного материала; к^- коэффициент а формуле для определения изгибающего момента; тц-коэффициент утилизации эквивалентного бруса; объем помещений внутри'металлического-корпуса; а, и аг - практические коэффициенты. Приведены рекомендации по назначению входящих в,(13) характеристик и коэффициентов. Представлены ста, тистические- зависимости, устанавливающие массу судовых уст-рсйств,.электроэнергетической системы, судовых систем,.: жид- . ких грузов, постоянного снабжения и имущества в долях от полной массы судна Вп. :

Ввиду высокой энерговооруженности СШ масса ЗУ составляет до 1555 от , хотя * используется облегченное комплектующее оборудование. И капитальные и эксплуатационные затраты весьма существенно зависят от мощности главных двигателей. Приведена методика определения необходимой совокупной .мощности. Значительное место уделено вьработке рекомендаций по позипению эффективности пропульсивного, и подъемного комплексов, данв необходимая информация по оценке входящих в выражение для Nзс практических коэффициентов, что позволяет иметь схемы,расчета на каждой из стадий проектирования СВД. Домассогабарнтншхарактеристикам очевидно преимущество судов, оснащенных ГТД, однако экономичность последних и их стоимость делают оправданию! их применение на средне-тоннажных и крупных СВП, для которых при использовании ПД, конвертированных на база авиационных, измеритель массы £У удается уцеживать в неделях 2.. .3 кг/кВт. При этом в долях от 1>Эв масса сухих двигателей составляет (28+6)?, трансмиссий - (30+6)?, нагнетателей - (1б±5>2,двикятедей -(9+3)55; вспомогательные механизмов, оборудования помещений

40 . ■ ., -

аУ, систем, обслуживающих ЗУ - (18£?)%. Масса сухого двига-"теля по определенной расчетами мощности N5. (с учетом возможного дробления) устанавливается по каталогам, а масса движителей, нагнетателей, трансмиссий - по предлагаемым здесь зависимостям. Относительно высока доля в Вэи массы системы воздухоподготовки, для вычисления которой также предложены соответствующие выражения. "

При оснащении СВП высокооборотными дизелями и компоновка и комплектация иная и для определения Вэа в этом случае также даны практические проектные рекомендации.

Масса топлива Втп по причине высокой энерговооруженности може" достигать.20%, что значительно повышает требования к экономичности главных двигателей. Для ГТД приведены практические, основанные на статистических данных, зависимости для определения удельного расхода топлива ртп . Отмечается связь удельного расхода топлива и для ГГД, и для ВД с тем, на каком режиме работает'Двигатель, если / сравнивать текущее значение мощности двигателя с его номинальной

мощностью Ыцод » Особо стючаетм зависимость необходимых запасов топлива от скорости хода, которая, определяя время работы двигателей дда преодоления, зд^ г ,

находится в связи с условиями эксплуатации. Движение судна на тихой воде л на предельном волнении, происходит при ; одних и тех же затратах мощности установленных , двигателей N5. со скоростями, значения которых одно от другого отличаются на 30-40%, что, естественно должно учитываться при вычислении ®тп * ® морских условиях использование СВП при состоянии моря, близком к обозначаемому понятием "тихая вода", ^оценивается в Отечественной практике,, как правило, как эксплуатация на волнении с высотой волн до 0,5 м, что соответствует

в терминологии шкалы балльности в пределах (0...П) баллов. £то по сравнению с условиями хбда судна на тихой воде приводит к снижению,соответствующей скорости V на 3-5 уз. Получающееся значение скорости й принимается за расчетное. ■

При столь значительной массе топлива в общей нагрузке судна Бп происходит его заметное облегчение по мере расходования топлива, что, как показано, приводит к увеличению дальности хода г* (в милях) по сравнению с той, какая получается, если считать величину Т>п неизменной:

г--и тп гп " , (20)

Ртп Ъп~Втп где Т)п , Бтп - в тоннах; V - в узлах; - в кВт; р^ -в кг/(кВт-ч).

В зависимости от соотношения. Бп , Втп и показателя экономичности установленного двигателя ртп прирост дальности хода (г*-г) может достигать (10.. .15)$ от г .

Масса ГО, одного из самых специфичных компонентов на-груз"!; СВП, р.клотяется в состав раздела "Суповые устройства" и в этом разделе на него падает около (60...70)%. ото кроме кассы элзстичнга конструкций еще и масса крепежа и приспособлений для управления ГО. 3 отчетную нагрузку включается • ?/асса Бго, определяемая по черте«ам рзскроя применяемых конструкционных материалов, а оценочные зависимости предлагают производить вычисление Вго пропорционально его высоте Ьг0 и периметру П или площади ВД. Статистические данные по нагрузке. СВП констатируют, что 33 * составляет (3...5)% от !)„ . для расчета массы ГО I типа, наиболее распространенных на СВП, предложен ряд зависимостей, которые позволяют найти площадь эластичных материалов , необходимых для раскроя

из них гибкого ресивера, на.-зсных элементов, секционирующих площадь БП ГО. "асса ГО, -для которого применен однотипный материал, определится выражением Т>го»'с'го (Уго ,

где Сг0~ практический коэффициент, учитывающий массу металлического крепежа; $го - поверхностная плотность примененного материала.

Анализ особенностей СВП требует вьделить то обстоятельство, что его масса порожнем Я одр относительно намного Егле е составе полной массы, чем у традиционных судов и достигает (5?...62)& Т>п . Весьма велика номенклатура изделий, приборов, оборудования,-механизмов, создаваемых не серийно, а специально для оснащения ими СВП. В итоге возникающие погрешности ¿ .расчетах соответствующих разделов нагрузки весьма вероятны и риск погрешностей выше, сто приводит к необходимости повышения измерителя- запаса водоизмещения, особенно на ранних стадиях проектирования, с/го же относится и к величине запаса остойчивости, устанавливающего искусственное завышение аппликаты центра тяжести судна, что уменьшает показатели остойчивости.

42 . . " ♦ -

В отношении рассматриваемых судов особое значение имеет контроль масс как в процессе их расчета, так и при постройке, цбо превышение полной массы сопряжено с; резким изменением спецификационных характеристик объекта проектирования.

Для СВП целесообразно применение, метода приращений . в расчетах нагрузки судна. Связано это с широким распространением идеи постройки судов в большом количестве- модификаций, предусматривающей переоборудование судна, его удлинение, изменение типа и протяженности надстроек. При использовании базового судна таким образом удешевляется процесс разработки нового судна с условием сохранения или минимальных изменений несущего понтона, подъемного и пропульсивного комплексов и т.п. Наховдение новой.массы всего судна (Вп)1 или, например, только жесткого корпуса по сравнению с исходным значением, вызванное, приращением или длины Ж - М. или высоты понтона ЬН , или другими изменениями размеров и характеристик судна-прототипа, предлагается определять, используя зависимости включающие показатель, обозначаемый в проектировании традиционных судов как коэффициент Нормана, величина которого у СВП достигает значений около 3,0.

Глава десятая. Методология проектирования СВП. : Динамические* энергетические, экономические свойства и характеристики судна определяются параметрами и характеристиками области ВП. По этой причине в качестве расчетных параметров и характеристик СВП рассматривают Ьп , Вп , Иго , Р„ , Оп , Бд , Инэ /Ьго , Вп , Ц . В уравнениях связи •устанавливается зависимость между перечисленными показателями и теми, которые в качестве исходных устанавливаются заказчиком или нормативными документами, эксплуатационными условиями и т.п., - .■ • '.■'.■•''■■'.••

Определив в результате решения уравнения масс величину Вп, приступают к назначению габаритных показателей и форм:, судна. Нетрудно подтвердить, что и для СВП существует понятие относительной длины £п»Ьп/(Вп/р6 )"а, которая, как отмечается, больше всего зависит от удлинения ВП, т.е. Ц/В,,,' и коэффициентов.полноты ВП <*п и нагрузки . ста зависимость сводится к виду {,п-(ип/Вп),/г/(«.^ , откуда следует, что при имеющих место малых интервалах изменения Ьп/Вп и сС„,о чем говорилось выше, доминирующее влия-

кие на линейные размеры судна оказывает коэффициент нагрузки б5 (или 6и > и определяющее его значение давление .. Р . Большинство современных СВП имеют величину £п из интервала а 5,5...7,7.

Необходимо подчеркнуть, что преобладающее влияние на габариты судна здесь оказывают условия эксплуатации. Рассматривая установленный по ТЗ район эксплуатации, изучают его с точки зрения повторяемости ветра и волнения на предполагаемых линиях использования проектируемого судна. Такой анализ позволяет установить характеристики расчетного волне-

ния И

Елн

, годовой резерв ходового времени,

приведенной на

снижения скорости хода в различные периода времени, для чего можно использовать зависимости типа (4). То, что Ьго> (1*1... ■ ...1,2)Н8лн, 0,2.} Ьго/Вп>, 0,1 ип/Бпа2,2...й,5, позволяет назначить минимально приемлемое значение длины Ьп , пользуясь' функциональной зависимостью рис.8, где.предполагается, что волны длиной Л

= С1,0...г,0)Ц,

ются наиболее неблагоприятными, так как судно в этих условиях испытывает сильную вертикальную -качку, вызывающую вертикаль- - ,0 ао зо <о

'•и

явля-

9' '

5

3

ные перегрузки п , по которым существуют жесткие эргономические ограничения, сто, как отмечается, при заданном районе эксплуатации и соответствующей ему

интенсивности волнения, оцениваемой значениями пв11Н, А

Рис.8. Зависимость целесообразной длины Ьп СВП от

интенсивности и характеристики расчетного волнения: I - шкала интенсивности волнения (баллы)

6ж ' этом

при оговоренной из ТЗ скорости хода; выдерживаемой на волнении, а также при ограничениях по предельнш значениям перегрузок п_ , устанавливает и минимально возможные для таких условий "значения Ъп . При движении на волнении, соответствующем условию А6М| >2,0Ьп СЕЛ огибает профиль волны, а при *.0ип - пропускает их под собой (при достаточ-

ной высоте ГО), не реагируя на них.

Устанавливается; что при назначении Ьп и В„ и ся°-рости хода в виде ограничений следует использовать и условия

44 •

предотвращения резонанса по возникающей качке, который . наблюдается при совпадении собственного периода качки СВП и периода встречи его с волной. Периоды качки бортовой Тв и килевой Ту зависят от показателей,остойчивости кв и К,, (или соответствующих безразмерных метацентрических высот т® и гйу ) и от линейных размеров СВП, т.е. В„ и Ц , что, принимая во внимание вышесказанное, является дополнительны« условием для назначения проектных характеристик судна и, в частности,его расчетных размереккй.

Характеризуя, в заключение, предлагаемый далее алгоритм проектирования рассматриваемых судов, базирующийся на тех физических и соответствующих им математических моделях, которые был и описаны выше, следует прежде всего еще раз подчеркнуть многообразие режимов эксплуатации, динамический характер процессов функционирования и судна в целом и его подсистем, специфику формообразования внешней конфигурации, связанную с особенностями действия податливых надувных конст-. рукий.ГО, приобретающих расчетнув.форму и размеры только в напряженном состоянии, а также отмечавшееся выше , доминирующее влияние на все назначаемъю; проектные характеристики внешних условий эксплуатации. :

Формирование вектора искомых переменных X определяется типом задаваемого судна, а также спецификой вектора оговариваемых в ТЭ характеристик V . Совокутость независимых переменных х^ выбирается обычно из таких параметров и характеристик, как Л>п , Ъп , ЪП , Ьго ,РП , 0П , кр , Бп. Размерность вектора независим переменных, т.е. количество неизвестных из перечисленных, зависит от постановки задачи и полноты имеющейся информации,, наличия или: отсутствия прототипа т.п. v-,

Непосредственно алгоритм проектирования СВП предлагается рассматривать как совокупность описываемых здесь последовательных операций.

В первой операции начинают с определения полной массы судна Вп, которая отыскивается составлеием и решением уравнения нагрузки в функции . Предлагаемая форма уравнения содержит совокупность слагаемых масс,, измерители . которых, а также необходимые практические коэффициенты и показатели подробно анализировались в предыдущих главах. Учи-

- ; • , 45

тывая возможные различия в объеме исходной информации и в постановке задачи, уравнение нагрузки рассматривается в нескольких вариантах. " ' Чторая операция предполагает использование рекомендаций по назначении предварительных значений главных размеренна судна и, в частности, 1.п , Вп , Ьго , а по ним

Третья операция посвящена оценке соответствия полученных параметров и характеристик исходтм требованиям и корректировке в случае необходимости размерений, нагрузки, характеристик, полученных в аредвдущей операции. Преаде-всего уточняется мощность ЗУ и, базируясь на предпочтительной (на основе ТЗ или прототипа) схеме компоновки ЗУ, из пред-' лагаемых промышленностью подбирается приемлемый один (или несколько) главный двигатель. ,

Анализируется при этом по назначению судна и по условиям поставок комплектующего оборудования состав ПК и пропуль-сиВного койплексач £ели*йна расхода воздуха 0П распределяется между «рйй5<маш» количеством нагнетателей (I,: 2, 4, 8* -.¿ч

Базируясь йй Полученной 1й'яе% зйачёнии Рп , схеме ПК и рекймендацяях ¡по оценке ъф^ктйвностй ЙК, что позволяет найти давление, которое должен райвиваТь нагнетатель, вычисляют затем по описанной выше схеме раЬхоДно-капорные характеристики и диаметр негкетатёлй.

Используя предложенные £анее зависимости и получаемую здесь величину моЦнос^й, потребляемой Нропульсивнда комплексом, для приййгаейых типа движителя и компоновочной схемы комплекса оЦениЬайт ййраметры и характеристики движителя (для воздушного ййнтй - его диаметр). Если в качзстве движителя предпочтение отдается воздушно-реактивному движителю, то его характеристики, кроме компоновочных, предполагают назначение количества необходимого воздуха и площадь сопел движителя (как.показано в пятой главе).

Получающаяся схема общего расположения должна быть проверена на возможность увязки требований размещения в надстройках, рубках и несущем понтоне грузов (пассажиров), энергетической установки, помещений экипажа, общесудовых,вспомогательных с принятым значениями ьп , Вп. формой ВП,производится проверка требований классификационных обществ в

отношении запаса плавучести в объеме жесткого корпуса (водо-измещающего понтона).

Получающаяся корректировка размёрений судна и уточнение размеров жесткого корпуса, полученные данные по компоновке и комплектации ЗУ требуют и дают возможность произвести корректировку нагрузки судна не только по разделам, но уже и по группам или подгруппам с использованием соответствующих зависимостей, предложенных в предыдущих главах учебника. Сопоставление совокупности уточненных разделов нагрузки ZLD^ с полной массой судна Вп , найденной ранее и используемой в уравнении гравитационного баланса, может вызвать необходимость корректировки размерений и характеристик судна с помощью упоминавшегося выше коэффициента Нормана.

Операция, четвертая . посвящена подробным проектным расчетам подъемного и пропульсивного комплексов по методикам, изложенным соответственно в 3 и 4 главах. Разрабатывается теоретический, черте* ГО, подкрепленный расчетами формы и прочности надувных конструкций. Для принятого значения коэффициента кр и компоновки ПК определяется характеристика сети, которая после сопоставления с характеристикой нагнетателя может потребовать изменения его размеров, частоты вращения или принятия другого нагнетателя. То же касается и пропульсивного комплекса. В этом случае проводится подробный уточненный расчет сопротивления движению.

Выполнение теоретического чертежа несущего понтона позволяет произвести расчеты по статике СВП в ..'■ водоизмещающем положении. Оценка действующих изгибающих моментов и перерезывающих сил в экстремальных условиях дает возможность перейти, к выбору конструкционного материала жесткого корпуса и к выпуску корпусных чертежей. Это же относится и к ГО.

Данные по потребителям крутящего момента, их частотам вращения, размерам служат основанием для проектирования и;.и выбора из серийных редукторов, водопроводов, вспомогательного оборудования и систем,, обслуживающих ЗУ (газовыхлопа, воздухоподготовки), окончательного состава ЭУ.

Завершение проектирования подсистем "корпус", ГО, ЗУ, включающей ПК и пропульсивный комплекс, а также. оснащение судна ЗЭС, приборами радиосвязи и наьигации, уточнение размещения на судне судовых запасов дают возможность произвести поэлементный подробный расчет нагрузки, уточняющий как сово-

купную кассу, так и положение центра тяжести, что позволяет выполнить проверку остойчивости и динамических характеристик судна, его удифферентовки в различных состояниях нагрузни. На этой стадии большинство расчетов показателей свойств и характеристик судна производится по методикам соответствующих смежных прикладных дисциплин.

Последовательность операций дает возможность найти некую совокупность независимых перетленных , соответствующую элементам и характеристикам у^ , назначенным заказчиком. Элементы л характеристики и у^ отвечает ограничениям, диктуемым нормативными документами,условиями эксплуатации и т.п., о чем говорится в разделе, посвященном формулированию исходных данных. Это лишь одно из возможных сочетаний 1 и, хотя в процессе их нахождения использовались контролируемые опытом, статистикой, нормами, целесообразностью упоминавшиеся выше технических критериальные показатели типа Gs , Qnh , кг, и т.п.нет гарантий оптимальности полученной системы, которой является судно. Решение задачи проектирования СВП в оптимальной постановке - з нахождении экстремума целевой функции, т.е. критерия оценки решения. Дается сравнительной анализ возможных целевых функций. Достаточно простым является использование идеи И.Г.Бубнова по минимизации полной массы Вп судна при условии варьирования с et.? их переменных х.^ или их сочетаний. Предпочтительнее сравнение вариантов судов по критериям KN"^jQnu/NK или к'^^Брр u/Njn . &то может привести к получения оп-. тимума, ибо доля мощности, .потребляемая ПК с ростом скорости снижается, а NA)K увеличивается по мере увеличения лг, что, в итоге, приводит к тому, что при фиксированных т^ t , Ьэ/Lп существует значение (NE)mLn ■ при котором kn и достигают своего оптимума. Это же находит выражение в Том, что, проектируя судно из условия (N s")mln,можно ставить задачу о нахождении соответствующего этому условно значения скорости хода vcpl. Приведено выражение для нахождения Vopt В функции от n/Sn , t, , h3% , Ln , 5Д/&П , соответствующего (kH>opt (здесь vopt= ir/V2Pn/pli3) .

При использовании экономических критериев оптимизации наиболее предпочтителен показатель приведенных затрат 5 ^ , где сумма капитальных и эксплуатационных затрат может быть

отнесена к часовой провозоспособности судна. Даны соответст-вуодие рекомендации по нахождению компонентов затрат. Так , текущие (эксплуатационные) затраты,'определяющие себестоимость перевозок, содержат следующие составляющие, отнесенные

к часу службы судна ^»Е^-. - ... -

- расходы на амортизацию судна в целом и его двигателей

- , .•:■ :, -. ."..;.. ^ . -.

- расходы на текущий ремонт и техническое обслуживание судне, включая ГО, системы воздухоприема и газовыхлопа, обновление ЗИП и двигателей ;

- стоимость расходуемого топлива

- заработкую плату экипажа (А6);

- затраты на содержание пунктов, баз и площадок обслуживания (Л,); ■

Капиталовложения К = с учетом нормативного коэффициента складываются из стоимости судна, запасного комплекта ГО, двигателей, как установленных на судне, так и заказанных для судна с учетом предстоящей.замены двигателей, отработавших ресурс. : .'.С-^. .,':'..■-.'.,'•'

: Оптимизационный процесс проектированияспецифичен, в первуп очередь, тем, что дяя СВД характерны сложность апрок-симации эксплуатационных требований, ограниченность номенклатуры комплектующего оборудования, существенная 1; зависимость ТГХ судна от типа применяемых главных двигателей, . ГО, движителей', компоновки ЗУ и общего расположения. Это делает необходимым процесс оптимизации варьируемых переменных начинать с определения типовых; Схем судна в цели*, и его подсис- , тем, ибо это имеет доминирующее влияние на дальнейшие действия .• Большое значение имеет, формирование банка данных, включающего сведения по прототипам, каталоги конструкционных материалов, двигателей, комплектующего оборудования, стандартные программы для расчета движителей, нагнетателей, формы и прочности ГО, ходкости, описания типовых компоновочные схем, , таблицы стандартов, эмпирические формулы и т.д. Отмечаются ; специфические особенности процесса оптимизационного проекти- : рования по сравнению с алгоритмом разработки проекта, изложенным выше.

Типичная структура программной модели представлена на рис.9, последовательность операций которой на стадиях "нэЧ2-

Рис.9. Схема алгоритма процесса оптимизационного проектирования СВП с использованием ЗВМ

ло", "синтез", "анализ" виднн на блок-схеме процесса опти мизацип на рис.Ю. Головная программа и подпрограммы, к которым она обращается, в основе своей содержат представленные в предыдущих главах алгоритмы расчета нагрузки, остойчивости, ходкости, ПК, пропульсивного комплекса, ГС, каждый из которых может быть дополнен соответствующими разработками, имеющимися в упомянутых в списке использованной литературы справочниках, монографиях, статьях, посвященш« частнга вопросам ходкости, остойчивости, мореходности, создания нагнетателей и движителей.

В приложении сосредоточены сведения по наисолее характерным амфибийным СВП, созданным.в мире за последние 25 лет. Для наиболее совершенных судов, проекты которых разработаны в Англии, США, франции, СССР, помимо тактико-технических эле-

Начало

Исходные данные

I__________________

п

Новые

Головная программа и подпрограммы |

значения Получение значение Новая компоновка'

Исходные значения Ьп, В „

Исходное значение Ог

£

Исходная компоновка общего расположения

вычисления;

1-Оп

2.

3.Т

4.Ы,

Вычисление потребных площадей

Вывод результатов

Принципиальные параметры для каждого варианта

Вывод окончатель-| ных результатов:

1.ПК

2.ДДК

3. Трансмиссия

4. Характерис-

тики конструкции корпуса

5. Вместимость

6. Нагрузка

Рис.Ю. Блок-схема процесса оптимизации вектора переменных СБЛ

ментов приведен подробный анализ его характеристик. Этим, с одной стороны, предметно иллюстрируется алгоритм проектирования как судна в целом, так и его важнейших подсистем, а с другой, вооружает проектанта при разработке новых проектов

фактическим материалом в виде измерителей,,практических коэффициентов, показателей эффективности.

По известным причинам в учебнике отсутствует анализ данных по лучшим отечественным КВП, отрывочные сведения по- которым только начинают появляться в открытой печати. Это и высокоэффективные по своим ТТХ.и наиболее крупные из построенных в мире объекты рассматриваемого типа "Скат" (Эп = 27т), "Кальмар" (115 т), "Омар" (54 т), "Джейран" (360 т), "Мурена" (150 т), "Зубр" (550 т)."-

Основные выгоды и результаты работы.

Итогом представленной работы является создание методологии проектирования АСВП относительно новых и сугубо специфичных судов, входящих в класс СД1П и содержащих признаки и судов,, и летательных аппаратов. Предлагаемая методология про-, актирования ACBil, учитывая их особенности, включает формулирование и формирование исходных данных, постановку задачи проектирования; разработку математических моделей, адекватных физическим моделям функционирования как судна з целом, так и важнейших его подсистем в их взаимной связи и зависимости,аналитические исследования прсктных характеристик системы ГО, остойчивости и устойчивости продольной, поперечной, вертикальной; экзргетической установки, включающей подъемный и пропульсивный комплексы, установление аналитических зависимостей элементов нагрузки, рагмерений СВП от элементов и характеристик ТЗ, требований нормативных документов, эксплуатации и условий постройки.'

Логическим завершением методологии проектирования в учебнике является представление алгоритма проектирования судна в целом, рассматриваемого как. слом^я техническая система. Этот проектный алгоритм построен на использовании зависимостей и методик расчета подсистем и частных характеристик судна. В законченном виде такая задача ранее не ставилась и потому содержание книги, хотя и имеющей явно направленный учебный характер, вызовет, по мнению автора, безусловный интерес не только как учебник, но и как монография, содержащая признаки справочника по проектированию судна и его подсистем, снабженная большим количеством проектных рекомендаций и методик расчета его свойств и характеристик для

52 . •

различных стадий проектирования« чем продолжает традиции отечественной научно-технической литературы ках по обычным судам« так и по СВП.

Книга, отражая специфику дисциплины "Проектирование судов" (как и проектирования любого инженерного сооружения) и базируясь на множестве специальных исследований.по статике, динамике, ходкости, прочности, теории винтов и вентиляторов, оригинальной является прежде всего в том, что, используя разработанные автором или существующие узкопрофильные методики расчета, например, ВВ, ЦН, ОН, ходкости, устойчивости, остойчивости и т.п., формулирует требования к подсистемам и оборудованию судна именно с позиции функционирования их, что наиболее важно, в составе судна во взаимодействии с другими компонентами оборудования, систем, устройств и подсистем.

Основные результаты работы, определяющие ее научную новизну и практическую ценность заключаются в следующем.

1. Судно на ВП рассмотрено как объект проектирования, сформулированы совокупность требований к нему, исходные данные; обозначены независимые переменные . X; и задаваемые характеристики - как элементы векторов X и У и как элементы уравнений связи, параметрических и функциональных ограничений, формирующих математическую модель проектирования судна. Дан целый ряд критериальных показателей, из которых некоторые могут быть использованы в качестве критериев оптимизации.

2. Алгоритм расчета ходкости, для условий движения на тихой воде и на волнении не только дает возможность получить значение соответствующих величин сопротивления движению, но и снабжен рекомендациями по нахождению целесообразных разме-рений и формы судна, а также геометрических и энергетических характеристик его ПК и области ВП.

3. Проектирование ПК с позицией минимизации затрат мощности на создание ВП представлено как задача определения оптимальной характеристики сети, позволяющей сформулировать затем требования к нагнетательной установке, выбрать нагнетатель и, оценив эффективность ПК, подобрать приемлемый приводной двигатель из предлагаемых промышленностью.

----- 4. Дропульсивный (двигательный) комплекс исследован из

условий обоснования типа и характеристик воздушного движителя (ВВ, ВВН, ВРД), базой для чего служат результаты расчета ходкости, конструктивные и габаритные ограничения и минимизация потребляемой мощности.

5. Гибкое ограждение как проектная подсистема рассмотрено во взаимосвязи требований ходкости, остойчивости, устойчивости, надежности, технологичности, что позволило разработать методику определения его геометрических, прочностных и конструктивнее характеристик.

6. Выполнение требований остойчивости и устойчивости суд- ' на в водоизмещасщем, переходном и эксплуатационном режимах представлено в конечном итоге в виде соответствующих проектных ограничений и рекомендаций и как условие обеспечения безопасности существования судна. Вместе с тем,дано описание методик'расчета и оценки всех видов остойчивости и устойчивости. "

7. В расчетах нагрузки специфика СВП находит свое отражение в определении масс корпуса, ГО, запасов топлива, энергетической установки, для вычисления которых предложены оригинальные зависимости и проектные рекомендации.

8. Выбор размереняЯ и формы СВП и его характеристик, и в частности, длины, ширины ВП, высоты ГО,, давления в ВП и расхода воздуха в наибольшей степени определяется условиями и требованиями эксплуатации и проектнши и производственными возможностями.

9. Алгоритм проектирования судна, где использованы разработки и методики расчета отдельных подсистем, представлен как итерационная последовательность ряда оперений, объединяемых цельв получения оптимального судна.

10. Представленная работа есть законченный вариант ме-тодолгии проектирования СВП, рассматриваемого как сложная техническая система, основой реализации которой служат оригинальные вычислительные ?«тодики, схемы, алгоритмы, систематизированная нормативная база.

Написанию учебника предшествовали публикации в трудах и научно-технических сборниках, издание учебных пособий к курсам лекций по тематике представленного учебника, читавшихся автором в ГОТУ студентам кораблестроительного факуль-

тета с 1978 г. по настоящее время, в отчетах по госбюджетным НИР, выполнявшимся автором в I98C-I990 гг. В наибольшей степени содержание учебника нашло'отражение в следующих работах.

1. Двигательно-движительный, комплекс судов на воздушной подушке. Учеб.пособие. Л.: Изд.ЛКИ, 1981. '

2. Использование метода приращений в расчетах нагрузки скоростных судов// Актуальные вопросы проектирования судов: Сб.науч.тр./'ЛКИ. I., 1986. C.7I-75.

3. Огравдения воздушной подушки на судах и транспортных аппаратах: Учеб.пособие. Л.: Изд.ЛКИ, 1982.

4. Определение главных размерений амфибийных судов на воздушной подушке// Оптимизационное проектирование судов: Сб.науч.тр./ Л., 1990. С.74-80.

5. Определение пропульсивного коэффициента и характеристик движительного комплекса амфибийного судна на воздушной подушке на начальных стадиях проектирования судов// Оптимизация проектируемых судов: Сб.науч.тр./ ЛКИ. Л., 1985. С.62-67.

6. Определение характеристик воздухометного движителя амфибийного судна на воздушной подушке на начальных стадиях проектирования// Оптимизация проектируемых судов: Сб. науч. тр./ ЛКИ. Л., 1985. С.67-69.

7. О точности расчетов нагрузки, назначении запасов водоизмещения и контроле массы скоростных судов// Проектирование морских Судов и плавучих технических средств: Сб. науч. тр./ ЛКИ. Л.,,1987. С.13-17.

8. Систематизация и анализ проектных элементов амфибийных СВП// Проектирование судов: Сб.науч.тр./ЛКИ. Л., 1980. С. 120-126. '

9. Устройство и оборудование судов на воздушной подушке: Учеб.пособие. Л.: Изд.ЛКИ; 1980.

10. Формирование блока исходных данных при проектировании СВП// Обоснование характеристик проектируемых судов: Сб.науч.тр./ ЛКИ. Л., 1984. С.137-142.

11. Проектирование амфибийных судов на воздушной подушке: Учеб.пособие. Л.: Изд.ЛКИ, 1982, III с.

12. Анализ нагрузки амфибийных судов на воздушной подушке// Современное состояние работ за рубежом по созданию

КДШ: Сб. на уч. тр./ Изд. В/ч 27177. Л., 1979. С.22-32.

13. Оценка мощности энергетической установки .подъемного комплекса АСВП в первом приближении. Депонир. в ЦНИИ "Румб", рукоп., 1989, 7 с.

--■Л

г