автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.01, диссертация на тему:Разработка методов расчета мореходных качеств высокоскоростного катамарана с подводными крыльями

На правах рукописи

ХАЗОВА ВЕРОНИКА ИВАНОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА МОРЕХОДНЫХ КАЧЕСТВ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО КАТАМАРАНА С ПОДВОДНЫМИ КРЫЛЬЯМИ

Специальность 05.08.01 - Теория корабля и строительная механика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 НО Я 2013

Нижний Новгород - 2013

005536903

005536903

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Панов Алексей Юрьевич

Официальные оппоненты: Панченков Анатолий Николаевич,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева», профессор

Рабазов Юрий Иванович, кандидат технических наук, доцент, ОАО «КБ «Вымпел», главный конструктор

Ведущая организация: ФБОУ ВПО «Волжская государственная

академия водного транспорта», Н. Новгород

Защита состоится 27 ноября 2013 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д212.165.08 при ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева» по адресу: 603950, Н. Новгород, ул. Минина, 24, корп. 1, ауд. № 1258.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева».

Автореферат разослан « » октября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.165.08

Грамузов Евгений Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из современных тенденций развития высокоскоростных перевозок является применение морских паромов, перевозящих автомобильную технику и пассажиров. В настоящее время в сегменте высокоскоростных паромов строятся суда различных конструктивных исполнений -однокорпусные суда, суда на подводных крыльях (СПК), однако большую часть составляют катамаранные суда гибридного типа.

Подобные суда применяются в двух основных направлениях: как высокоскоростные суда для перевозок пассажиров и как автомобильно-пассажирские паромы, ориентированные преимущественно на морские высокоскоростные перевозки особенно при движении на взволнованной поверхности моря. Причем наиболее приемлемы в качестве морских автомобильно-пассажирских паромов именно суда катамаранного типа, так как по требованиям мореходности они обладают значительными преимуществами по сравнению с однокорпусными и особенно с судами на подводных крыльях. Доля автомобильно-пассажирских паромов катамаранного типа, находящихся в эксплуатации в современном пассажирском флоте, составляет более половины от общего количества судов.

Отличительной особенностью судов с катамаранной формой корпуса являются большие полезные площади палуб и платформ для размещения пассажиров и грузов, а также связанная с этим высокая поперечная остойчивость, что особенно важно при движении на волнении. Увеличение же сопротивления катамарана при движении (по сравнению с однокорпусными судами) компенсируется за счет применения дополнительных средств гидродинамической разгрузки, в качестве которых могут использоваться системы разгрузки с помощью воздушной подушки (статической или динамической), подводных крыльев или комбинированные схемы разгрузки (подводные крылья в сочетании с воздушной подушкой, интерцепторами, управляемыми транцевыми плитами, скуловыми рулями и т.д.).

Применение в качестве систем разгрузки крыльев или их сочетаний обеспечивает повышение скорости движения с одновременным снижением вредного воздействия волнения на пассажиров и грузы. Все это объясняет актуальность темы диссертационной работы.

В нашей стране изучением катамаранов впервые занялся профессор М.Я. Алферьев. Также свой вклад внесли работы В.А. Дубровского, А.Г. Ляховицкого, Ю.Ф. Орлова.

Систематические исследования по экспериментальному определению мореходных качеств катамаранных судов выполнялись ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, в Николаевском кораблестроительном институте и в Ленинградском кораблестроительном институте (в настоящее время Санкт-Петербургский государственный морской технический университет).

Один из наиболее важных вопросов эксплуатации катамаранов - их поведение в условиях морского волнения. Вопросы гидродинамики качки катамаранных судов изучались Я.М. Элисом, Е.М. Коганом, Ю.Л. Воробьевым. Расчеты гидродинамических сил и моментов, действующих на корпуса катамарана, в том числе с подводным крылом, в условиях волнового воздействия различного вида, приведены в работах Е.М. Когана. Профессор Ю.В. Ремез совместно с Е.М. Коганом

и В.А. Некрасовым проводил расчеты вероятностных характеристик качки катамарана на нерегулярном волнении.

С целью повышения скоростей движения судов и одновременного обеспечения высокой продольной устойчивости, получаемой от катамаранной формы корпуса, на катамаранных судах стали применять глиссирующие обводы корпусов. Исследованиям гидродинамических характеристик таких катамаранов посвящены работы С.Г. Ермолаева, ЭЛ. Афрамеева, JI.A. Тедера, Я.С. Рабиновича, A.M. Басина и А.Г. Ляховицкого, A.C. Павленко и С.Б. Соловья, В.П. Соколова.

Следующий шагом в направлении развития катамаранного судостроения стало внедрение катамаранов, на которых гидродинамическая разгрузка реализовывалась как за счет специальных форм корпуса, так и за счет применения подводных крыльев, в том числе и автоматически управляемых, используемых, в том числе и как средство успокоения качки. За рубежом первые патенты на катамараны с подводными крыльями получили в середине прошлого века W.H. Amster, V. Bush, P.A. Scherer (USA). Экспериментальному изучению катамаранов с подводными крыльями посвящены работы профессора K..G W.Hoppe (Stellenbosch University, Republic of South Africa).

В нашей стране исследования по этой тематике представлены работами Б.М. Сахновского и Э.Б. Сахновского, А.Б. Лукашевича, А. В. Шалларя, Б.В. Косова, Э.Л. Амромина, Вик.И. Хазовой. Обобщение существующих работ по взаимодействию двух тонких корпусов было проведено в монографии М.Я. Апферьевым и М.Г. Мадорским. В дальнейшем эта тематика была развита Ю.Ф. Орловым, изучавшим проблему определения полного сопротивления катамаранного судна, а также взаимодействие корпусов катамарана с крыльевым устройством.

Разработке асимптотических методов гидродинамического расчета подводных крыльев посвящены работы А.Н. Панченкова, К.В. Рождественского. Для повышения гидродинамических характеристик несущих систем судна в условиях движения по взволнованной поверхности воды используются крыльевые устройства сложной геометрии, например, трапециевидные. Изучением таких крыльев занимались Г.В.Соболев, А.Д. Красницкий, Э.А. Конов, В.В. Волков. Одним из способов повышения устойчивости судна на крыльях на ходу стало применение V-образных или стреловидных крыльев вместо плоских прямоугольных в плане. Характеристики крыльев V-образной формы изучались В.И. Блюминым, М.Б. Масеевым, М.Г. Кулаевым, М.Е. Рабиновичем, Я.Ф. Фарберовым, стреловидные Е.А. Крамаревым, Г.В. Сусловым.

Методы расчета гидродинамических характеристик подводных крыльев системы «тандем» были разработаны В.Т. Соколовым, Э.А. Коновым,

A.Д. Красницким, взаимодействие крыльев с корпусом изучалось Ю.Ф. Орловым.

Решение задачи механизации крыла, а также исследование движения подводного крыла с отклоненным закрылком, обеспечивающим регулирование подъемной силы, проводилось в работах М.А. Басина, В.П. Шадрина, Н.Б. Плисова, К.В. Рождественского, В.К. Трешкова, А.Б. Лукашевича, Y.T. Shen, R. Epplert.

При движении судна с крыльями на переходных режимах, которым соответствуют случаи разгона и выхода на крылья, торможения, а также движения на волнении, его двигательно-движительная установка испытывает значительные перегрузки. Расчеты переходных режимов движения, в том числе с учетом изменения режима работы энергетической установки и средств управления проводили

B.И. Небеснов, С.К. Ерохин, A.M. Седор, В.И. Плющаев.

Также большое внимание уделялось изучению мореходных качеств судов на подводных крыльях. Этой теме посвящены работы Э.А. Афрамеева, И.Т. Егорова, В.Т. Соколова, М. Krezelewski, B.I. Rüssel, F. van Walree, С. Buccini, P.A. Genova, H. deWitt, S. Yasuo, O. Masasi, I. Tetsuro, A. Motohide.

Для судов на подводных крыльях важными являются вопросы остойчивости при ходе в основном режиме движения. Одним из параметров, позволяющих оценить остойчивость таких судов, является восстанавливающий момент крыльевого устройства. Расчеты по определению его величины проводились В.Н. Анфимовым и В.Б. Старобинским, Г.А. Гошевым, И.Т. Егоровым, А.Н. Смирновым, А.Н. Ивановым, А.Д. Красницким, В.Я. Скворцовым и Г.А. Алчуджяном.

Также проводились исследования гидродинамических характеристик судовых движителей, в качестве которых на катамаранных судах используются кавитирующие гребные винты и водометы. Практические методы расчета движителей на основе вихревой теории H.H. Поляхова разрабатывали Ю.М. Садовников, сотрудники Болгарского института гидродинамики судна (г. Варна) P.G. Kozhukharov, Z.Z. Zlatev, V.H. Hadjimikhalew.

На основании изложенного можно определить, что исследование мореходных качеств катамаранов с подводными крыльями является актуальным.

Целью работы является создание методов расчета мореходных характеристик высокоскоростного катамарана с подводными крыльями на основе математической модели движения судов этого типа.

Задачи исследования. В диссертационной работе рассматриваются следующие основные задачи:

- создание математической модели динамики высокоскоростного катамарана с подводными крыльями в вертикальной плоскости;

- определение гидродинамических характеристик несущих поверхностей высокоскоростного катамарана с подводными крыльями на тихой воде и волнении путем проведения модельных испытаний;

- исследование разгона высокоскоростного катамарана с подводными крыльями до скоростей, соответствующих эксплуатационному режиму движения в условиях тихой воды (разгон в закрытой акватории);

- исследование хода высокоскоростного катамарана с подводными крыльями на волнении путем проведения модельного эксперимента;

- создание методов расчета мореходных качеств высокоскоростного катамарана с подводными крыльями;

- определение границ применимости высокоскоростного катамарана с подводными крыльями в условиях волнения по заливаемости и по испытываемым перегрузкам.

Объектом исследования диссертационной работы является высокоскоростной катамаран с подводными крыльями, обладающий необходимой мореходностью, основное применение которого связано с морскими пассажирскими паромными перевозками.

Методы исследования. В диссертационной работе используются методы математического моделирования на основе дифференциальных уравнений движения высокоскоростного катамарана с подводными крыльями, экспериментально-теоретические методы определения гидродинамических характеристик несущих поверхностей высокоскоростного катамарана с подводными крыльями, методы

исследования судового комплекса в составе несущей поверхности «движитель -главный двигатель».

Научная новизна. Разработка методов расчета мореходных качеств высокоскоростного катамарана с подводными крыльями потребовала выполнения ряда теоретических исследований и практических расчетов. В частности, автором диссертационной работы впервые:

- разработана система дифференциальных уравнений движения высокоскоростного катамарана с подводными крыльями в вертикальной плоскости с учетом работы энергетической установки при ходе в переходных режимах и на волнении;

- выполнен анализ методов определения гидродинамических характеристик крыльевого устройства катамарана, определены присоединенные массы жидкости и коэффициенты демпфирования для корпусов катамарана и несущих поверхностей, гидродинамические характеристики судовых рулей и кавитирующих гребных винтов;

- выполнены модельные испытания высокоскоростного катамарана с подводными крыльями с целью определения гидродинамических характеристик его элементов на тихой воде и на волнении;

- выполнен расчет перегрузок при движении высокоскоростного катамарана с подводными крыльями на волнении и определены ограничения применимости такого судна в условиях волнения по заливаемое™ и по испытываемым перегрузкам.

Практическая значимость работы заключается в создании методов и алгоритмов, позволяющих:

- на основе математической модели динамики высокоскоростного катамарана с подводными крыльями выполнять расчеты его разгона;

- выполнять расчеты мореходных качеств, включая расчет перегрузок при ходе на волнении;

- определять предельные значения мощности главных двигателей при выполнении перечисленных маневров.

На защиту выносятся следующие основные положения, разработанные автором:

- математическая модель динамики высокоскоростных катамаранов с подводными крыльями на переходных режимах движения и на волнении;

- метод расчета разгона высокоскоростного катамарана с подводными крыльями;

- метод расчета хода высокоскоростного катамарана с подводными крыльями на волнении с определением перегрузок и условий заливаемости. Достоверность результатов, полученных в работе, и их обоснованность

подтверждены результатами модельных испытаний высокоскоростного катамарана с подводными крыльями в опытовом бассейне Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева, а также сопоставлением с данными, полученными при экспериментально-теоретическом исследовании судов этого типа.

Реализация работы. Разработанные в диссертационной работе модели и методы нашли применение при выполнении проектно-конструкторских работ ОАО «Конструкторское бюро по проектированию судов «Вымпел», ОАО «ЦКБ по СПК им. P.E. Алексеева» в учебном процессе кафедры «Теоретическая и прикладная механика» ФГБОУ ВПО НГТУ им. P.E. Алексеева при преподавании дисциплины

«Транспортная логистика», а также при выполнении госбюджетной темы Министерства образования и науки РФ по заказ-наряду №1.427.03 в 2007-2009 гг.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались:

-на Всероссийской научно-методической конференции «Информационные технологии в учебном процессе» в Нижегородском государственном техническом университете им. Р. Е. Алексеева, г. Н. Новгород, 2008 г;

- на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии в кораблестроительном и авиационном образовании, науке и производстве» в Нижегородском государственном техническом университете им. P.E. Алексеева, г. Н.Новгород, 2009 г.;

-на молодежных научно-технических конференциях «Будущее технической науки» в Нижегородском государственном техническом университете им, P.E. Алексеева, г. Н.Новгород, 2009 и 2011 г.

Публикации. По результатам исследований, представленных в диссертационной работе, опубликовано 7 научных работ, в том числе две в издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и рисунков. Она содержит 138 страниц машинописного текста, 54 рисунка, библиографию из 246 наименований, в том числе 19 на иностранных языках.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено содержание и общая характеристика диссертационной работы, проводится обоснование актуальности исследования, формулировка его цели, а также раскрывается научная новизна и практическая ценность работы.

Проводится обзор конструктивных типов существующих и успешно эксплуатирующихся морских паромных судов катамаранного типа, а также средств применяемых для гидродинамической разгрузки корпусов. Выполняется обзор исследований, в том числе и экспериментальных, мореходных качеств катамаранных судов с подводными крыльями, направленных на изучение влияния крыльев на поведение судна на волнении, его остойчивость при ходе в основном и переходном режимах движения, а также параметры качки судна. Также проводится обзор исследований в области изучения гидродинамических качеств катамаранных судов в зависимости от формы крыльев в плане, а также гидродинамических характеристик применяемых судовых движителей.

В первой главе формируется математическая модель динамики высокоскоростного катамарана с подводными крыльями в вертикальной плоскости.

Движение высокоскоростного катамарана с подводными крыльями в вертикальной плоскости описывается системой дифференциальных уравнений (1). Движение быстроходного судна при разгоне и выходе на крылья или ходе на волнении представляется гармоническими колебаниями, причем время возмущенного движения достаточно продолжительно и процесс можно считать низкочастотным. Поэтому при составлении математической модели движения судна в левых частях дифференциальных уравнений необходимо учитывать частотные характеристики колебательного процесса через определение коэффициентов присоединенных масс и

демпфирования, а также их производных по времени. При движении катамарана в основном режиме движения величины производных малы, но при ходе в переходном режиме или на волнении имеют большое значение.

Мс+Хи- 2

1 ф„

Л

---гШз

Л

1 Ф13 а2 А

СО,

гИзз

Л

Я.М-

1 ф|3 гт2 <Й

-Ц35

со.

Л

л

Я.35 -

1 ф35

+ 1 Х13-

1 Фп гт2 Л

(О,

■+-7Ш1

Л'.

¿Л.

Л

Л

33 +

(1)

И35+-

(1к

35

,-{Мс+Хп)Ух СО,-Х13К2со,-Х15С

1 4*55^ а2 Л ) Л

Л

Фз5

К.

2 Л

"24

<л

+ »115+-

Ок

15

л )" л )1 " л .

+ -ЬзУхЪ+ЬиПуУ, -^35®Л = Му.

где ХК Мщ,- гидродинамические силы и момент, действующие на корпуса

высокоскоростного катамарана; Хнк, Хкк- гидродинамические силы, действующие на носовое и кормовое крыло высокоскоростного катамарана соответственно; Рв -упор гребного винта; Р^ - сопротивление на рулях; п - число гребных валов; т -число средств управления; 1Х, 1Х - расстояние от центра масс судна в до гидравлического сечения движителей вдоль осей бх связанной с центром масс судна системы координат вхуг; 12р - расстояние от центра масс судна до центра давления средств управления вдоль оси вг связанной с центром масс судна системы координат вхуг-, 1т,/„ - расстояния от центра масс судна до центров

давления носового и кормового подводных крыльев вдоль осей (?г, <3* связанной с центром масс судна системы координат вхуг.

Движения судна в условиях волнения, а также при разгоне в значительной степени зависит от параметров работы судовой энергетической установки, испытывающей при этом повышенные нагрузки. Поэтому при определении динамических характеристик движущегося судна необходимо учитывать взаимодействие элементов судовых комплексов «двигатель-передача-движитель». Это осуществляется путем совместного решения уравнений движения судна и

дифференциальных уравнений, описывающих движение двигательно-движительной установки (2).

2л{Ji+h)^JrL = M^ ~Мт ~Мс ,/ = 1,2,3....,z„j = 1,2,3,...,z„, (2) at /i«

где J¡ - приведенный к оси i'-го гребного вала момент инерции масс подвижных

звеньев двигателей, работающих на этот вал, самого вала, редуктора и винта; X¡ -

присоединенный момент инерции /-го движителя; nj(i) - частота вращения У(/)-го

гребного вала; Mmi, MT¡, - приведенные к í'-му валу движущий момент и момент

трения; Mc¡ - момент сопротивления i-го винта; zB - число движителей на судне,

работающих от j-го двигателя; гдв - число двигателей, работающих на i-тый

движитель.

В общем случае движущий момент двигателя Мдв является сложной функцией

многих параметров, характеризующих его работу. Однако для упрощения вычислений по рекомендациям В.И. Небеснова применяется способ рассмотрения стендовых характеристик двигателя. Тогда относительный движущий момент можно представить в виде следующего полинома:

— Мш _2 _

МДЪ = ТТо~~ = «ЯВ nj + bmnj + Сдв,

где - движущий момент двигателя при номинальном режиме работы,

одо,6дв,сдв - коэффициенты аппроксимации, определяемые в зависимости от режима

работы двигателя (пуск, торможение, рабочие ходовые режимы).

Для практических расчетов принимается приближенный метод определения движущего момента Мдв по формуле, предложенной Е.В. Гусак:

/— И/ £>,

Мт --2- + -Í-,

Spj njs РУ Spj

где - величина, характеризующая положение рейки топливного насоса, Dl,D2,DJ,D4 - аппроксимационные коэффициенты.

Во второй главе рассматриваются методики определения гидродинамических сил и моментов, действующих на высокоскоростной катамаран при его движении. В состав этих сил входят гидродинамические силы на корпусах катамарана, на крыльевом устройстве, а также на средствах управления и кавитирующих гребных винтах. Действующие на катамаран гидродинамические силы, находящиеся в правых частях уравнений системы (1), определялись путем экспериментально-теоретического исследования. Аналитические выражения для проекций гидродинамических сил представлены системой (3).

Х=-(ХК cos\|/ + Хпк cosaH + cosaK) + ¿¡PBI cosa, - ZHK sinaH -

i=i

ZKKsinaK-£hpy cosv; i

2 = -{XK sin V)/ + Хик sin ан + Хш sin ак) + sin а l-Mcg + ZA +

^ (3)

ZHKcosaH +ZKKcosaK - ¿J^-siny;

7=1

My=znЛ1нхс™а.н -/112sinaH)-ZKK(/lttcosaK +/K2sinaK)- cosy

>=i

- XUK Cht cos а„+/ш sin ct„) - Хкк cos ак - /„ sin ак) +

+ ÍjPb, (I: cos а, - sin а,) + 2jV/Ky, í=i ' '

Гидродинамические силы, действующие на корпус катамарана, определялись по методикам И,Т. Егорова, A.C. Павленко и С.Б. Соловья. При этом в соответствии с работами Ю.Ф. Орлова учитывалось, что общее сопротивления катамарана не может быть сведено к удвоенному сопротивлению изолированного корпуса вследствии вихревых эффектов, возникающих в потоке за движущимися корпусами.

Крыльевые устройства высокоскоростных судов представляют собой сложные системы крыльев, крыльевых стоек, стабилизаторов и т. п. Поэтому при определении гидродинамических сил, действующих на крыльевое устройство, необходимо рассчитывать как силы, действующие на каждую составную часть этой системы, так и силы, вызванные взаимодействием частей друг с другом. Традиционно, гидродинамические силы вычисляются через соответствующие гидродинамические коэффициенты. Гидродинамические силы, действующие на плоские подводные крылья высокоскоростного катамарана в условиях тихой воды, вычислялись по методике И.Т. Егорова и методу функциональных параметров А.Н. Панченкова

5,45(l-0,5т2 )а Снк(кк) 1 ,5,45(1 -0,5т2 fe' пХк

гдет - функциональный параметр, определяемый в зависимости от относительного погружения подводного крыла по выражению т = л!Ah1 +1 - 2h .

При рассмотрении подводных крыльев, имеющих переменную V-образность несущих поверхностей (рис. 1), вводится понятие эффективного погружения подводного крыла h3, величина которого определялась для каждого участка сложного крыла в зависимости от его формы.

Вычисление коэффициента подъемной силы для крыла сложной геометрической формы также проводилось по методике А.Н. Панченкова

5,45y¿Haipa

. 5,45^(1

с2 +---4

Здесь у = 1 — 0,5т - фактор подъемной силы. Входящий в это выражение функциональный параметр т можно подсчитать по следующей зависимости от

эффективного погружения: т = д/4Лэ2 +1 - 2/гэ.

При движении высокоскоростного катамарана с подводными крыльями в условиях волнения на крыльях развивается нестационарная подъемная сила, вызванная изменением условий обтекания крыла из-за качки судна и перераспределением скоростей в набегающем потоке жидкости из-за орбитального движения ее частиц в волне. Влияние волнения учитывается путем введения в формулу для определения суммарного угла атаки крыла соответствующей поправки, предложенной А.Ю. Пановым

а£=ч/ + а + <х0-Аа0—у к Л+Аав. (4)

"х

Здесь у - угол ходового дифферента, а - установочный угол атаки крыла по отношению к основной линии судна, а0 - угол нулевой подъемной силы, Да0 -изменение угла нулевой подъемной силы, обусловленное влиянием свободной поверхности жидкости.

Пятое и шестое слагаемые в выражении (4) представляют собой изменение угла атаки крыла вследствие поступательного движения центра масс судна и вращения

„ • с£с„

судна относительно его центра масс с угловой скоростью со , причем у =—£.

* ** Л

Уг = - проекции абсолютной скорости движения на оси неподвижной системы

координат, Ух - продольная скорость движения в связанной с центром масс судна системе координат, /нк(кк) - относительные расстояния от центра масс судна до центров давления носового и кормового подводных крыльев соответственно.

Дополнительный угол атаки крыла Дав, обусловленный орбитальным движением жидкости, находится по следующей формуле

Да. = -

где ая- амплитуда волны, А.в- длина волны, в - фазовый угол, равный - я 2714к(кк), „ 2п(У, +У„\ , пг~ „„___

8 = —+ х +-В свою очередь х = ——-— ,УЛ а 1,25л/а.в - скорость

2 Я.„

движения волны.

Для судов, оборудованных автоматически управляемыми подводными крыльями, в выражение (4) по рекомендациям М.А. Басина вводится поправка Да3, учитывающая изменение угла нулевой подъемной силы крыла, вызванное отклонением закрылка:

5,45(1- О, 5Х2)с

5т'

1+ ' г

пХ„

Да, = у arccos/j+ Ь/ы\-п2--=-¡г-^т

3 /п /я 5,45(1-0,5т2)

л/1-и2(1 + и),

где и = 1 - 2 —, Ь3- хорда закрылка, 5 - угол поворота закрылка. Ь

Учет взаимодействия крыльев, работающих в системе «тандем» проводился по рекомендациям В.Т. Соколова. Определение сил, действующих на кавитирующие гребные винты, осуществлялось по рекомендациям A.M. Басина, при этом учитывалась возможность пересчета характеристик погруженных винтов на частично погруженные. Определение сил, действующих на средства управления, проводилось по методике Г.В. Соболева.

В третьей главе рассчитываются присоединенные массы и коэффициенты демпфирования для высокоскоростного катамарана, движущегося в вертикальной плоскости, а также их производные по времени.

При движении судна в переходном режиме, который в частности соответствует случаю разгона и выхода на крылья, параметры, определяющие посадку судна, начинают существенно изменяться, а, следовательно, изменяются и численные значения присоединенных масс и коэффициентов демпфирования. Эти изменения учитываются в системе дифференциальных уравнений движения судна в вертикальной плоскости (1) через производные присоединенных масс и коэффициентов демпфирования по времени.

Присоединенные массы катамарана рассчитывались на основе формул, полученных для изолированных корпусов М.Д. Хаскиндом и поправок к ним, предложенных Ф. Льюисом.

Так как катамаран конструктивно представляет собой два одинаковых корпуса, соединенных мостом, то при его движении возникает взаимодействие корпусов, которое оказывает влияние на инерционные характеристики такого судна, в частности на величину присоединенной массы Х33. Согласно исследованиям профессора М.Я. Алферьева, проведенным при участии Ю.Ф. Орлова, рекомендуется определять присоединенную массу катамарана X*™' по следующей формуле

^т=2(Х33+АХзз),

где Л-зз - присоединенная масса корпуса, АХ33-дополнительная присоединенная масса, которая учитывает взаимодействие корпусов.

Коэффициенты демпфирования для катамарана также определялись по рекомендациям М.Д. Хаскинда.

В четвертой главе рассматриваются результаты экспериментальных исследований мореходных качеств катамаранных судов и влияния на эти качества параметров дополнительных средств гидродинамической разгрузки в виде подводных крыльев.

Исследования различных вариантов крыльевых схем и определение наиболее рациональной из них по мореходным качествам проводились М.Б. Масеевым и В.И. Блюминым в бассейне ЦАГИ. Систематические испытания прямоугольных в плане V-образных подводных крыльев и плоского крыла с целью изучения влияние угла килеватости на подъемную силу проводились М.Г. Кулаевым. Обобщив результаты испытаний, он предложил поправку к углу атаки килеватого крыла, с помощью которой можно было осуществлять пересчет коэффициента подъемной силы V-образного крыла с одного угла килеватости на другой.

Испытания моделей с подводными крыльями с целью определения характера влияния крыла на мореходность однокорпусного и катамаранного судов проводились А.Н. Холодилиным, С.Г. Ермолаевым, Б.Е. Раппопортом, Э.А. Афрамеевым. Выбору оптимальной с точки зрения обеспечения мореходности формы крыльевого устройства были посвящены эксперименты с моделями судов с подводными крыльями М.Б. Масеева и В.И. Блюмина.

Также приводятся результаты эксперимента с моделью высокоскоростного катамарана с подводными крыльями, выполненные в опытовом бассейне Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Перемещение модели вдоль бассейна происходило при помощи буксировочной тележки, за счет электропривода движущейся по рельсам, установленным на потолочных балках. Модель крепится к буксировочной тележке с помощью вертикальной балки - пилона. Сам пилон фиксируется роликовыми опорами так, чтобы оставалась возможность свободного всплытия и дифферента модели. Кроме того, на модели закреплялся двухкомпонентный динамометр (рис. 2), который на стационарном участке измеряет и регистрирует величину сопротивления Rx при

Рис. 2 - Схема установки динамометра на модель высокоскоростного катамарана для

регистрации сопротивления

Волнение в опытовом бассейне создается клинообразным волнопродукгором 4 (рис. 3). Волнопродуктор представляет собой водоизмещающее тело, которое может совершать вертикальное колебательное движение. Амплитуда колебаний задается эксцентриситетом е крепления тяги 2 рычага поплавка 3 к приводному валу электродвигателя 1. Изменяя частоту колебаний волнопродуктора за счет изменения величины подаваемого на электродвигатель напряжения, можно получить волны с различными характеристиками. Создаваемые волнопродукгором волны распространяются вдоль бассейна и поглощаются решетчатым волногасителем, расположенным в другом конце бассейна.

Эксперимент проводился в два этапа. Сначала с целью определения базовой посадки катамарана исследовался его разгон в условиях тихой воды, а затем изучался ход катамарана с подводными крыльями на волнении в вертикальной плоскости. В процессе испытаний регистрировались скорость и сопротивление движению.

Результаты модельного эксперимента, относящиеся к изучению характеристик ходкости катамарана с подводными крыльями на тихой воде, приведены в работах Вик.И. Хазовой, в том числе экспериментальная зависимость коэффициента сопротивления С* на тихой воде от числа Фруда Рг.

Результаты модельных испытаний в части определения гидродинамических сил использовались при расчете разгона высокоскоростного катамарана с подводными крыльями в условиях тихой воды. Расчеты разгона высокоскоростного судна осуществлялись с момента старта до достижения скоростей, соответствующих основному режиму движения. Задача расчета разгона катамарана осуществлялась при движении на тихой воде для трех вариантов скоростей - 5, 8, и 11 м/с. При этом определялись зависимости скорости V, угла дифферента у и угловой скорости а>у от времени. По результатам расчета были построены графики (рис. 4-6).

Рис. 3 - Схема волнопродуктора в опытовом бассейне НГТУ

Рис. 4

— Зависимости скорости V от времени на скоростях 5, 8, 11 м/с

Рис. 5 - Зависимости угла дифферента у от времени на скоростях 5, 8,11 м/с

ВДЯ5 | |,

— — --М/С

Рис. 6 - Зависимости угловой скорости от времени на скоростях 5, 8, 11 м/с

Данные расчета разгона вместе с экспериментальными данными в свою очередь послужили основой для расчета движения судна в условиях взволнованной

поверхности воды. Ход катамарана на волнении исследовался на тех же значениях начальных скоростей - 5, 8 и 11 м/с в пересчете на натурное судно. Расчеты хода на волнении производились для волн высотой 0,57; 0,77; 1,31 и 1,61 м, на которых осуществлялись прогоны модели. В результате были получены зависимости угла дифферента и всплытия катамарана на волнении от времени для разных скоростей (рис. 7-9).

Рис. 7 - Зависимость угла дифферента у (а) и всплытия центра масс катамарана гя(б) от времени при ходе на волнении с начальной скоростью \'=5 м/с

-Ь=0,57 м .........И=0,77 м---11=1,33 м---11=1,61 м

у, рад

0,03 0,02 0,01 о

-0,01

-0,02

а

Рис. 8 - Зависимость угла дифферента ц/ (а) времени при ходе на волнении

-11=0,57 м .........11=0,77 м

и всплытия центра масс катамарана гг(б) от с начальной скоростью У=8м/с

---Ь=1,33 м

11=1,61 м

1С, рад

Рис. 9 - Зависимость угла дифферента у (а) и всплытия центра масс катамарана ге(б) от времени при ходе на волнении с начальной скоростью У=11 м/с

-И =0,57 м .........И=0,77 м---Ь=1,33 м---11=1,61 м

По результатам расчета хода катамарана на волнении были рассчитаны величины вертикального ах и горизонтального _ ускорений по формулам

<Л2хг </( Ух сову-Уу вту) с12у8 (¡[ух Бту + Уу со5ц/)

л Л

При этом было определено, что во всем диапазоне скоростей на первых двух волнах (0,57 и 0,77 м) вертикальные и горизонтальные перегрузки не превышают комфортных (до 0,2£) значений ускорений. На третьей волне при начальной скорости хода 11 м/с наблюдается кратковременное возрастание перегрузок до 0,4^.

В процессе эксперимента наблюдалось заливание носовой оконечности модели встречной волной (при высоте встречной волны 1,33 м) даже на небольших скоростях, соответствующих водоизмещающему режиму движения (рис. 10).

Рис. 10 — Заливание носовой оконечности катамарана встречной волной

Таким образом, по требованиям мореходности для катамарана неприемлемым является волнение с высотой 1,33 м и более. Причем ограничения по перегрузкам более мягкие, чем по заливаемости палубы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выполнено исследование области эффективного применения высокоскоростных катамаранов с подводными крыльями.

2. Разработана математическая модель динамики высокоскоростных катамаранов с подводными крыльями на переходных режимах движения и на волнении.

3. Выполнены модельные испытания высокоскоростного катамарана с подводными крыльями в опытовом бассейне НГТУ им. Р. Е. Алексеева с целью изучение его разгона в условиях тихой воды, а также характера движения на волнении.

4. Выполнен анализ методов определения гидродинамических характеристик крыльевых систем катамаранного судна, определены гидродинамические характеристики корпуса, средств управления и кавитирующих гребных винтов.

5. Определены присоединенные массы корпусов судна и подводных крыльев и их производные.

6. Определены коэффициенты демпфирования высокоскоростного катамарана с подводными крыльями и их производные.

7. Разработана методика и выполнены расчеты разгона высокоскоростного катамарана с подводными крыльями в условиях тихой воды

8. Разработана методика и выполнены расчеты хода высокоскоростного катамарана с подводными крыльями на волнении.

9. Определены ограничения мореходности высокоскоростного катамарана с подводными крыльями по заливаемости.

10. Произведен расчет перегрузок, которые испытывает судно при движении на волнении.

Основные публикации по теме диссертации

Публикация в издании, рекомендованном ВАК

1. Хазова, Вер.И. Исследование разгона высокоскоростного катамарана на подводных крыльях при различных режимах работы главных двигателей / Вер.И. Хазова // Транспортное дело России. - 2013. -№1. - С.48 -51.

2. Хазова, Вер.И. Исследование хода на волнении высокоскоростного катамарана на подводных крыльях / Вер. И. Хазова, А. Ю. Панов // Транспортное дело России. -2013.- №3. - С. 19 - 21.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

3. Хазова, Вер.И. Организация учебного процесса по разделу «Логистика паромных сообщений» в дисциплине «Транспортная логистика» / Вер.И. Хазова, А.Ю. Панов, Вик.И. Хазова // Материалы Всероссийской научно-методической конференции «Информационные технологии в учебном

процессе». - Н. Новгород, 3 апреля 2008 г. - Н. Новгород: НГТУ, 2008. - С. 101-104.

4. Хазова, Вер.И. Определение мощности двигателей скоростного катамарана / Вер.И. Хазова, Вик.И. Хазова // Сб. докладов IX международн. молодежи, науч.-техн. конф. «Будущее технической науки». - Н.Новгород, 2009. - С.

5. Хазова, Вер.И. Экспериментальное определение гидродинамических характеристик скоростного катамарана / И.Д. Краснокутский, Вер.И. Хазова, Вик.И. Хазова // Современные технологии в кораблестроительном и авиационном образовании, науке и производстве: сб. докладов Всеросс. научно-техн. конф. - Н.Новгород, 17-20 ноября 2009. - Н.Новгород: НГТУ, 2009.-С.137-141.

6. Хазова, Вер.И Экспериментальное исследование мореходности высокоскоростного катамарана / Вер. И. Хазова // Сб. докладов X международн. молодежи, науч.-техн. конф. «Будущее технической науки». -Н.Новгород, 13 мая 2011 г. - Н.Новгород: НГТУ, 2011. - С. 207-208.

7. Хазова, Вик. И. Численное исследование устойчивости движения на прямом курсе высокоскоростного катамарана с подводными крыльями / Вик. И. Хазова, Вер. И. Хазова, А. Ю. Панов // Труды Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева / НГТУ им. P.E. Алексеева. - Н.Новгород, 2011. - Т 78, № 4 (91). - С. 184-190.

Подписано в печать 22.10.2013г. Формат 60x84 Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 765.

Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева. Типография НГТУ. 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

226.

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный технический университет

им. P.E. Алексеева»

На правах рукописи

04201453367

ХАЗОВА Вероника Ивановна

Разработка методов расчета мореходных качеств высокоскоростного катамарана с подводными крыльями

Специальность 05.08.01 - Теория корабля и строительная механика

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор А. Ю. Панов

Нижний Новгород, 2013 г

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 5

0.1. Обзор современных типов катамаранных судов 5

0.2. Обзор литературы по мореходности катамаранных судов 11

0.3. Содержание и основные особенности диссертационной работы 18 ГЛАВА 1 Математическая модель движения высокоскоростного 24 катамарана с подводными крыльями в вертикальной плоскости

1.1 Системы координат и уравнения связей 24

1.2 Дифференциальные уравнения движения высокоскоростного 28 катамарана в вертикальной плоскости

1.3 Дифференциальные уравнения системы «двигатель-передача- 34 движитель»

1.4 Характеристики системы «двигатель-передача-движитель» 35 ГЛАВА 2 Гидродинамические силы, действующие на несущие системы 38 высокоскоростного катамарана с подводными крыльями

2.1 Гидродинамические силы, действующие на корпуса 38 высокоскоростного катамарана с подводными крыльями

2.2 Гидродинамические силы, действующие на крыльевое устройство 44 высокоскоростного катамарана с подводными крыльями

2.3 Учет влияния волнения и средств механизации крыла на величину 57 коэффициента подъемной силы

2.4 Определение силы сопротивления на крыле 61

2.5 Учет взаимодействия крыльев в системе «тандем» 63

2.6 Гидродинамические силы, действующие на гребные винты 65 высокоскоростного катамарана с подводными крыльями

2.7 Гидродинамические силы, действующие на рулевое устройство 70 высокоскоростного катамарана с подводными крыльями

ГЛАВА 3 Присоединенные массы, коэффициенты демпфирования и их 72 производные для высокоскоростного катамарана с подводными крыльями

при его движении в вертикальной плоскости

3.1 Присоединенные массы высокоскоростного катамарана с подводными 72 крыльями

3.2 Производные по времени присоединенных масс высокоскоростного 78 катамарана с подводными крыльями

3.3 Коэффициенты демпфирования и их производные по времени 82 высокоскоростного катамарана с подводными крыльями

ГЛАВА 4 Организация модельных испытаний по исследованию 86 мореходных качеств высокоскоростных катамаранов с подводными крыльями

4.1 Модельные эксперименты с судами на подводных крыльях 86

4.2 Проведение мореходных испытаний модели высокоскоростного 95 катамарана с подводными крыльями в опытовом бассейне НГТУ

4.3 Исследование разгона модели высокоскоростного катамарана с 103 подводными крыльями

4.4 Исследование хода на волнении модели высокоскоростного 105 катамарана с подводными крыльями

Заключение 111

Список литературы 112

ВВЕДЕНИЕ

0.1 Обзор современных типов катамаранных судов

Одной из современных тенденций развития высокоскоростных перевозок является применение морских паромов, перевозящих автомобильную технику и пассажиров. В настоящее время в сегменте паромов строятся суда различных конструктивных исполнений - однокорпусные суда, суда на подводных крыльях (СПК), однако большую часть составляют катамаранные суда гибридного типа.

Подобные суда применяются в двух основных направлениях: как высокоскоростные суда для перевозок пассажиров и как автомобильно-пассажирские паромы, ориентированные преимущественно на морские высокоскоростные перевозки пассажиров особенно при движении на взволнованной поверхности моря. Причем наиболее приемлемы в качестве морских автомобильно-пассажирских паромов именно суда катамаранного типа, так как по требованиям мореходности они обладают значительными преимуществами по сравнению с однокорпусными и особенно с судами на подводных крыльях.

В первую очередь это объясняется большей площадью палуб катамарана по сравнению с аналогичным однокорпусным судном, а также высокими ходовыми качествами катамаранов при высоких скоростях, что можно объяснить большим удлинением составляющих их корпусов [47]. Однако основным преимуществом катамаранных судов являются их мореходные качества, напрямую связанные с их размерами. В целом, благодаря большой ширине катамаранам свойственна высокая начальная остойчивость. Качка катамаранных судов более умеренная, чем у однокорпусных, что создает благоприятные условия для пассажиров и грузов. Кроме того, применение современных систем стабилизации движения на волнении (включающих, в частности, подводные крылья) позволяет дополнительно снижать перегрузки таких катамаранов на волнении. Доля автомобильно-пассажирских паромов катамаранного типа, находящихся в

эксплуатации в современном пассажирском флоте, составляет более половины от общего количества судов.

Наряду с этим, в последние 20 лет происходит интенсивный рост скоростного судостроения и резкий скачок размерений скоростных судов. Если в 70-е и в начале 80-х гг. пассажирские и автомобильно-пассажирские паромы практически без исключений имели обводы для движения в водоизмещающем режиме, то теперь массово строятся скоростные глиссирующие и полуглиссирующие автомобильно-пассажирские паромы [167].

Из всего множества высокоскоростных катамаранов по архитектурно-конструктивным особенностям могут быть выделены:

катамараны с традиционными корпусами обводов «глубокое V», симметричными либо асимметричными относительно ДП;

Наиболее распространенные корпуса можно разделить на следующие типы (рис.0.1): симметричные — форма днища и бортов корпуса симметрична относительно ДП корпусов; асимметричные - как правило, внутренняя часть бортов выполняется более плоской, чем наружная; «ЗрШЬиН» (дословно «разрезной корпус») катамаран асимметричного типа с плоскими внутренними поверхностями корпусов [123].

а б в

Рисунок 0.1 - Типы корпусов высокоскоростных катамаранов: а - симметричный,

б - асимметричный, в - «эрШЬиИ»

Опыт показывает, что для катамаранов, предназначенных для движения на скоростях до 30-35 уз, симметричные обводы предпочтительнее. Асимметричные обводы получают преимущество на судах, движущихся со скоростями более 40

Самой распространенной формой обводов днища и бортов на сегодняшний день являются обводы типа «глубокое V» (рисунок 0.2).

С момента своего появления (1949 г.) этот тип обводов продолжает удерживать первенство в судостроении. Эта форма корпуса обладает такими существенными преимуществами как снижение ударных перегрузок и поддержание высокой скорости при ходе катамарана на волнении в сочетании с простотой конструкции [167].

- «волнопронзающие» катамараны, мост которых для снижения ударных перегрузок при ходе на волнении выполняется не плоским, а фактически третьим корпусом, висящим над поверхностью воды. Примером катамаранов этого типа могут служить суда, построенные австралийской фирмой «1псаЬ> (рисунок 0.3.).

Увеличение же сопротивления катамарана при движении (по сравнению с однокорпусными судами) компенсируется за счет применения дополнительных средств гидродинамической разгрузки, в качестве которых могут применяться [81]:

- Системы разгрузки с помощью воздушной подушки (статической или динамической);

Выделяются два принципиально отличных типа таких судов: амфибийные, при движении которых возможен полный отрыв корпуса от воды, что обеспечивает выход судна на берег, и скеговые, корпуса которых имеют ограждения (скеги) зоны воздушной подушки и не полностью отрываются от воды.

Примером судна подобного типа может служить японский техносуперлайнер TSL «KIBO» (74 мх 18,6м). Это судно эксплуатируется в Японии в качестве спасательного на случай стихийных бедствий, а в летний туристический сезон работает как автомобильно-пассажирский паром, способный перевозить 30 автомобилей и 260 пассажиров. Судно может поддерживать эксплуатационную скорость в 40 узлов (74 км/ч) даже при полной загрузке.

- Системы разгрузки с помощью подводных крыльев;

Крыльевое устройство, необходимое для движения судна в крыльевом режиме, должно обеспечивать быстрый выход судна на крылья, устойчивое и безопасное движение его не только на тихой воде, но и на волнении (при заданной высоте волны), сохранять постоянство подъемной силы крыльев в широком диапазоне скоростей хода [81].

Большинство современных морских катамаранов используют глубокопогру-женные подводные крылья, углы атаки которых меняются при помощи автоматической системы управления. Их применение обеспечивает повышение скорости движения с одновременным снижением вредного воздействия волнения на пассажиров и грузы.

В частности, к таким судам относятся два аналогичных катамарана серии «FoilCat» длиной 35 метров «Penha» и «Barca» (производства «Kvaerner

Fjellstrand», Норвегия), обслуживающие в настоящее время линию Гонконг-Макао. Они способны развивать скорость около 50 узлов, а их пассажировместимость составляет 500 пассажиров.

В Японии на линии Мацуяма-Моджи эксплуатируется судно типа «Superjet— 40» «Seamax» (разработанное компанией «HitachiZosen», Япония). Его размерения составляют 39мх11,4мх3,7м, оно способно перевозить 200 пассажиров со скоростью 45 узлов; высокоскоростной катамаран на подводных крыльях «Rainbow» («MHI», Япония) и другие.

- Комбинированные системы разгрузки (подводные крылья в сочетании с воздушной подушкой, интерцепторами, управляемыми транцевыми плитами, скуловыми рулями и т.д.)

Активные разработки введутся в направлении внедрения механизированных устройств, способных изменить характеристики глиссирования: крыльевых систем, транцевых плит, управляемых интерцепторов.

Согласно исследованию K.G.W. Hoppe, применение крыльевых систем обеспечивает катамаранному судну выигрыш в уменьшении сопротивления на 40 %. Существуют различные конструкции крыльевых систем, в том числе автоматически управляемые, позволяющие регулировать дифферент судна и выбирать наиболее оптимальный при данной скорости хода [233, 234].

Построенные в последнее время высокоскоростные катамараны оборудуются различными системами активного умерения бортовой и килевой качки и минимизации рыскания. В частности фирмой «Kvaerner Fjellstrand» была разработана система стабилизации движения судна в условиях волнения MDS {Motion Damping System), включающая управляемые транцевые плиты, Т-образные подводные крылья с закрылками, устанавливаемые в носовой оконечности каждого корпуса, и датчики, контролирующие углы качки. Кормовые транцевые плиты помогают контролировать ходовой дифферент, облегчают выход на расчетный режим движения, стабилизируют его.

Такая схема была применена на пассажирском катамаране проекта SuperFoil- 301 постройки ОАО «Феодосийская судостроительная компания

«МОРЕ» (рисунок 0.4). Судно способно перевозить до 200 пассажиров, поддерживая скорость движения до 48-50 узлов.

ггшхл: рескрим

ШВОАМ> РР,ОЯ1Е

веьсиа'ВЕО;

Рисунок 0.4 — Пассажирский катамаран проекта 8ирег¥оИ—301

Применение интерцеиторов, по данным ЦКБ «Алмаз», способствует снижению эксплуатационной мощности на 25% [68].

Другим примером является паром постройки фирмы «Incat Tasmania» «Lynx» — крупнейший из всех построенных в Австралии. Судно дедвейтом 750 т имеет размерения 97,2мх26,2мх7,8мхЗ,4м и способно перевозить 900 пассажиров. Площадей палуб достаточно для размещения 267 автомобилей либо 180 автомобилей и 12 грузовых трейлеров. Скорость движения составляет 42 узла. Для стабилизации движения применены транцевые плиты на боковых корпусах и Т-образное кормовое крыло, закрепленное на мосту, которое убирается поворотом в корму в нерабочем положении.

0.2 Обзор литературы по мореходности катамаранных судов

Работы в области мореходности судов катамаранного типа в зависимости от режима движения можно разделить на несколько групп.

Создание водоизмещающих катамаранов стало возможным во многом благодаря всесторонним исследованиям профессора М.Я. Алферьева в области теории, проектирования и конструкции судов [4]. Также свой вклад внесли работы В.А. Дубровского [48, 50, 122] и ряда зарубежных исследователей.

Систематические исследования по экспериментальному определению мореходных качеств катамаранных судов выполнялись ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, в Николаевском кораблестроительном институте О.И. Соломенцевым [190,192] и в Ленинградском кораблестроительном институте (в настоящее время Санкт-Петербургский государственный морской технический университет).

Работы в области управляемости, устойчивости и определения гидродинамических сил были обобщены в двух изданиях справочника по теории корабля (авторы Я.И. Войткунский, Р.Я. Першиц и И.А. Титов) [29,30].

Исследования в области определения присоединенных масс и коэффициентов демпфирования корпусов судов выполнялись М.Д. Хаскиндом [217], Ю.В. Ремезом [163] и другими авторами [55,61].

Один из наиболее важных вопросов эксплуатации катамаранов - их поведение в условиях морского волнения. Вопросы гидродинамики качки катамаранных судов и поведение таких судов на волнении изучались Я.М. Элисом [222], Е.М. Коганом [73,74], Ю.Л. Воробьевым [32 - 34].

Расчеты гидродинамических сил и моментов, действующих на корпуса катамарана, в том числе с подводным крылом, в условиях волнового воздействия различного вида, приведены в работах Е.М. Когана [73 - 75]. Профессор Ю.В. Ремез совместно с Е.М. Коганом и В.А. Некрасовым проводил расчеты вероятностных характеристик качки катамарана на нерегулярном волнении [162]. Исследование волновой картины, возникающей вблизи корпусов катамарана, приведено в работе А.З. Фридляндского [207].

Теория и методы расчета величин присоединенных масс при качке катамарана разрабатывались Я.М. Элисом [219] и Л.С. Хабаровым [205].

Преимуществом катамаранных судов является способность поддерживать высокую скорость движения в условиях ветро-волнового воздействия. Расчеты оптимального скоростного режима катамарана, двигающегося в условиях волнения, проведены О.И. Соломенцевым [192]. Известно, что по остойчивости катамаранные суда существенно превосходят традиционные однокорпусные. В работе О.И. Соломенцева [190] приведена методика оценки остойчивости катамарана.

Вторым этапом развития судостроения стало совмещение высокой продольной устойчивости, получаемой от катамаранной формы корпуса, с высокой скоростью хода глиссирующих судов. Одним из способов решения возникшей задачи стало применение на катамаранных судах глиссирующих обводов корпуса. Отличительной особенностью таких судов кроме высоких скоростей хода стало повышение продольной устойчивости, а также гидродинамического качества, вызванное взаимовлиянием корпусов.

Исследованиям гидродинамических характеристик таких катамаранов посвящены работы С.Г. Ермолаева, Э.А. Афрамеева, JI.A. Тедера, Я.С.Рабиновича [62,128], A.M. Васина и А.Г. Ляховицкого [14,114], A.C. Павленко и С.Б. Соловья [134, 135, 187, 188], В.П. Соколова [184].

Однако развитие судостроения в части решения проблемы повышения скорости хода судов было направлено не только на оптимизацию формы их обводов. Одним из направлений, в котором стали продвигаться новые исследования в области снижения сопротивления, стало применение подводных крыльев.

Внедрение новых технологий в судостроение потребовало проведения ряда экспериментов. С целью практической апробации формы корпуса, системы управления и гидродинамики подводных крыльев, а также отработки принципов построения системы стабилизации ЦМКБ «Алмаз» (г. Ленинград) в 1969 году был построен СПК «Тайфун» - первый советский пассажирский газотурбоход на автоматически управляемых крыльях. Испытания выявили высокие гидродинамические качества судна, но при этом существовала большая сложность изготовления крыльев, угловой колонки и систем автоматики управления крыльями. Судно работало в 1970-е годы на морском направлении Ленинград— Таллинн. В процессе эксплуатации оно показало себя с хорошей стороны: за счёт высокой скорости (около 50 узлов) быстрота перевозки пассажиров существенно превосходила все существующие варианты морского, железнодорожного и автомобильного пассажирского транспорта.

Положительный опыт эксплуатации «Тайфуна» способствовал созданию второго отечественного газотурбохода «Циклон». Он был разработан ЦКБ им. Алексеева (г. Горький — Нижний Новгород), построен ФПО «Море» (Феодосия, ФПО им. 26 съезда КПСС) в 1986 г. «Циклон» - пассажирское морское двухпалубное судно на подводных крыльях, предназначенное для скоростных перевозок на морях и в прибрежных районах океанов. Его максимальная пассажировместимость составляет 250 человек, скорость — 70 км/ч.

В дальнейшем ЦКБ им. Алексеева проводило работы, связанные с повышением мореходных качеств крыл