CC BY
3УДК 004.94:639.2.06:629.51/.58
А.А. Недоступ, Е.И. Сергеев, А.О. Ражев, П.В. Насенков
Калининградский государственный технический университет, Калининград, 236022 e-mail: [email protected]
ОРГАНИЗАЦИЯ НАТУРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ, ФИЗИЧЕСКОГО И ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ КОРПУСА РЫБОЛОВНОГО КАТАМАРАНА
В данной статье авторами рассматривается гидродинамика рыболовного катамарана, состоящего из двух моторных лодок типа «Wyatboat-430». Приводятся результаты экспериментальных исследований натурного катамарана, его физической и имитационной моделей. Верификация расчетных данных, полученных с помощью программы Maxsurf Resistance, на основе опытных данных позволяет обоснованно утверждать, что имитационное моделирование дает только картину обтекания, причем с грубой точностью, что не гарантирует в конечном итоге соответствие тяговых характеристик катамарана. На полигонах проведены экспериментальные исследования ходовых и буксировочных характеристик катамарана, состоящего из двух моторных лодок типа «Wyatboat-430».
Ключевые слова: гидродинамическое сопротивление, гидродинамика, катамаран, эксперименты, бассейн, полигон, гидроканал.
A.A. Nedostup, E.I. Sergeev, A.O. Raghev, P.V. Nasenkov
Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, 236022 e-mail: [email protected]
ORGANIZATION OF FIELD EXPERIMENTS, PHYSICAL AND SIMULATION MODELING OF HYDRODYNAMICS OF A FISHING CATAMARAN HULL
In this article the authors examine the hydrodynamics of a fishing catamaran, consisting of two motor boats of the "Wyatboat - 430" type. The results of experimental studies of a full-scale catamaran, its physical and simulation models are presented. Verification of the calculated data obtained using the Maxsurf Resistance program on the basis of experimental data allows us to reasonably assert that the simulation gives only a flow pattern, and with rough accuracy, which does not guarantee that the traction characteristics of the catamaran will ultimately correspond. Experimental studies of the running and towing characteristics of a catamaran consisting of two motor boats of the "Wyatboat-430" type were carried out at the test sites.
Key words: hydrodynamic resistance, hydrodynamics, catamaran, experiments, swimming pool, testing ground, flume tank.
Проблема сопоставления результатов экспериментальных и расчетных данных по гидродинамике корпуса судна является одной из главных, это связано с обоснованием тяговых характеристик промысловых судов. Наряду с важностью натурных экспериментов по исследованию гидродинамического сопротивления корпуса судна и его тягового винта, важным является физический эксперимент с моделью корпуса судна, который выполняется в соответствии с теорией подобия, причем он на порядки экономичен. Однако пересчет на натуру является задачей трудоемкой, если не известны масштабные эффекты. Это связано с невозможностью учесть в ряде экспериментов многих критериев подобия, которые могут оказывать влияние на гидродинамические коэффициенты сопротивления и не только. Многие проектировщики корпусов судов из-за отсутствия экспериментальных установок проводят расчеты гидродинамических сопротивлений корпуса судна и тягового винта с помощью имитационного моделирования на различных про-
граммных продуктах. При этом верификация таких расчетов не требуется, так как она проведена для больших судов и учтена в компьютерных программах при условии, что база данных соответствует проекту или нет экстраполяции по ряду параметров корпуса и винта. Однако для маломерного промыслового флота, такого как катамаранный флот, необходимо сделать верификацию расчетных данных, так как база данных подобных проектов имеет закрытый характер.
При проектировании активных орудий рыболовства для прибрежной зоны Российской Федерации требуется промысловый флот, который будет соответствовать нормативному законодательству и запросам судовладельцев с точки зрения экономичности.
Катамараны с использованием для тяги двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигателя (ЭД) могут использоваться для прибрежного рыболовства в ряде районов Российской Федерации, они не прихотливы в эксплуатации и экономичны [1].
На рис. 1 изображен натурный катамаран. Технические характеристики натурного катамарана представлены в табл. 1.
Рис. 1. Натурный катамаран
Таблица 1
Характеристики натурного катамарана
Длина наибольшая, м Ширина наибольшая, м Масса, кг Мощность мотора (на одну лодку), кВт
4,3 3,2 380 18,3
В данной статье выполнен анализ гидродинамического сопротивления корпуса катамарана, определенного с помощью физических экспериментов с натурным катамараном, его моделью и имитационных экспериментов. Первый эксперимент с натурным катамараном и плавучим якорем (для определения тяговых характеристик катамарана) проводился на полигоне п. Гвардейского и на оз. Виштынецком [2], второй эксперимент проводился в опытовом бассейне КГТУ с моделью катамарана [3], третий эксперимент выполнялся с помощью имитационного моделирования.
В статье не рассматривается сопротивление винта.
При выполнении натурных экспериментов был создан катамаран - промысловый комплекс с моторами Меркурий по 18,3 кВт (рис. 1). Эксперименты проводились для определения тяги катамарана и его остойчивости при соответствующем нагружении [2]. На рис. 2 изображен промысловый комплекс - катамаран с промысловой палубой перед выходом на испытания. Экипаж состоял из шести человек.
Рис. 2. Промысловый комплекс и палубная команда На рис. 3 изображена промысловая операция (постановка разноглубинного трала).
Рис. 3. Постановка разноглубинного трала
В результате проведенных экспериментов было подтверждено [4], что при скорости 2,0 м/с (замеряли с помощью GPS) общее сопротивление составило примерно 2 800 Н при выполнении модельных экспериментов, которые проводились в опытовом бассейне ФГБОУ ВО «КГТУ» [3, 5, 6]. Масштабы подобия приводятся в табл. 2.
Таблица 2
Масштабы мультифизического подобия
Масштаб линейный, C Масштаб массы, C Cm Масштаб действующих сил, Cr
0,15 0,00337 0,058
Геометрические и конструктивные характеристики модели катамарана приводятся в табл. 3.
Таблица 3
Геометрические и конструктивные характеристики катамарана
Длина наибольшая, м Ширина наибольшая, м Материал корпуса Масса (без промысловой палубы и моторов), кг
0,645 0,48 Стеклопластик, пеноплекс, деревянные балки 1,23
На рис. 4 изображена физическая модель катамарана.
Рис. 4. Физическая модель катамарана
На рис. 5 изображена экспериментальная установка в опытовом бассейне ФГБОУ ВО «КГТУ» и закрепленная к ней модель катамарана.
Рис. 5. Экспериментальная установка
В ходе экспериментов с моделью катамарана получены данные по гидродинамическому сопротивлению корпуса катамарана.
Для имитационного моделирования гидродинамики корпуса катамарана была создана 30-модель катамарана в программе «Blender» (рис. 6), далее прогонка SD-модели катамарана выполнялась в программе Maxsurf Resistance.
Рис. 6. 3D-модель катамарана
На рис. 7 изображены результаты расчетов в программе Maxsurf Resistance.
I
0
Рис. 7. Картина волнообразования. Расстояние между корпусами 0 мм
В ходе проведения верификационных исследований гидродинамики корпуса катамарана определена важность сопоставления натурных и модельных опытных данных, а также сопоставление данных гидродинамического сопротивления корпуса катамарана с результатами имитационного моделирования.
Исследование выполнено в рамках выполнения государственного задания по теме «Разработка физических, математических и предсказательных моделей процессов эксплуатации донного и разноглубинного траловых комплексов».
Литература
1. Колончин К.В., Левашов Д.Е. Особенности конструкции и оснащения современных зарубежных маломерных НИС-катамаранов, используемых в рыбохозяйственных целях // Рыбное хозяйство. - 2023. - № 3. - С. 88-95.
2. Экспериментальные исследования разноглубинного трала 18/95 м на оз. Виштынецкое / А.А. Недоступ, А.О. Ражев, П.В. Насенков, Е.Е. Львова, В.В. Сысенко, Д.В. Аскаров, И.С. Бело-зер // Вопросы рыболовства.- 2023. - Т. 24, № 2. - С. 92-98.
3. Недоступ А.А., Сергеев Е.И., Чуреев Е.А. Экспериментальные исследования катамарана // Известия КГТУ. - 2024. - № 72. - С. 105-114.
4. Теоретические и экспериментальные исследования гидродинамики плавучего якоря / А.А. Недоступ, А.О. Ражев, П.В. Насенков, Е.И.Сергеев, И.С. Белозер // Морские интеллектуальные технологии. - 2023. - № 2, часть 1. - С. 278-286.
5. Недоступ А.А., Ражев А.О. Создание правил мультифизического подобия тралового комплекса// Морские интеллектуальные технологии. - 2021. - № 1 (51) 1. - С. 132-137.
6. Недоступ А.А., Ражев А.О. Критерии мультифизического подобия тралового комплекса // Морские интеллектуальные технологии. - 2021. - № 4 (54) 1. - С. 232-237.
