Научная статья на тему 'РАЗРАБОТКА ТИПОВОГО РЯДА ВОДОМЕТНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ СУДОВ ПОВЫШЕННОЙ МОРЕХОДНОСТИ'

РАЗРАБОТКА ТИПОВОГО РЯДА ВОДОМЕТНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ СУДОВ ПОВЫШЕННОЙ МОРЕХОДНОСТИ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY-NC
145
31
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ / СУДНО С ДИСКРЕТНО-ПЕРЕМЕННОЙ КИЛЕВАТОСТЬЮ ДНИЩА / ВОДОЗАБОРНИК / ЛОПАСТНАЯ СИСТЕМА / КАВИТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ / WATERJET / VESSEL WITH DISCRETE VARIABLE BOTTOM DEADRISE / WATER INLET / IMPELLER / CAVITATION TESTS

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Маринич Николай Владимирович, Родионов Валерий Андреевич, Коваль Анастасия Александровна, Сверчков Андрей Владимирович, Мамонтов Федор Евгеньевич

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является принципиально новый водометный движитель (ВД), предназначенный для установки на судах повышенной мореходности с дискретно-переменной килеватостью днища. Цель работы состоит в разработке и экспериментальной проверке лопастной системы и водовода типоряда ВД, которые могут быть установлены на судах с большой килеватостью днища, эксплуатирующихся при тяжелых погодных условиях. Материалы и методы. Использованы экспериментальные данные испытаний лопастной системы ВД, полученные в кавитационной трубе специальных движителей ФГУП «Крыловский государственный научный центр» (КГНЦ). Основные результаты. Выбраны геометрические характеристики оптимальной лопастной системы и разработаны формы водозаборников и водоводов трех конструктивных схем ВД, оснащенных частично-напорными водозаборниками: пара ВД с изолированными одноколенными водоводами и водозаборниками на участке днища со средней килеватостью, конструкция «II»; пара ВД с объединенным водоводом и водозаборниками на участке днища с максимальной килеватостью и с двойным выбросом струи, конструкция «X»; единый ВД с двухколенным раздвоенным водоводом и парой водозаборников на участке днища с максимальной килеватостью, конструкция «Y». Заключение. Исследования показали, что разработанная лопастная система ВД обладает высокими гидродинамическими и кавитационными характеристиками, а возможный просос воздуха создает плавное, а не резкое снижение сил на рабочем колесе.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Маринич Николай Владимирович, Родионов Валерий Андреевич, Коваль Анастасия Александровна, Сверчков Андрей Владимирович, Мамонтов Федор Евгеньевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DEVELOPMENT OF A STANDARD RANGE OF WATERJETS FOR VESSELS WITH HIGH SEAKEEPING PERFORMANCE

Object and purpose of research. The object of the research is a fundamentally new waterjet, intended for installation on ships of increased seakeeping performance with discrete-variable bottom deadrise. The purpose of the research is to develop and experimentally test the impeller and water duct for a variety of waterjet design possible for installation aboard vessels with large deadrise operating in severe weather conditions. Materials and methods. Test data for waterjet impellers obtained at KSRC Cavitation Tunnel for Special Propulsors. Main results. The study made it possible to select optimal impeller geometry and develop the shapes for water inlets and water ducts of three waterjet designs with partial-pressure water inlets: two waterjets with isolated single-elbow water ducts and inlets on the bottom section with medium deadrise, "II"design; two waterjets with combined water duct and inlets on the bottom section with maximum deadrise and double jet, “X” design; single waterjet with bifurcating two-elbow water duct and a pair of water inlets on the bottom section with maximum deadrise, “Y” design. Conclusion. The studies have shown that developed waterjet impeller features good hydrodynamic and cavitation characteristics, and possible air suction creates a smooth, rather than sharp, force decrease.

Текст научной работы на тему «РАЗРАБОТКА ТИПОВОГО РЯДА ВОДОМЕТНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ СУДОВ ПОВЫШЕННОЙ МОРЕХОДНОСТИ»

ТЕОРИЯ КОРАБЛЯ И СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА

DOI: 10.24937/2542-2324-2020-4-394-13-20 УДК 629.5.036

Н.В. Маринич, |В.А. Родионов!, A.A. Коваль , A.B. СверчковС

ФГУП «Крыловский государственный научный центр», Санкт-Петербург, Россия

, Ф.Е. Мамонтов'

РАЗРАБОТКА ТИПОВОГО РЯДА ВОДОМЕТНЫХ ДВИЖИТЕЛЕМ СУДОВ ПОВЫШЕННОЙ МОРЕХОДНОСТИ

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является принципиально новый водометный движитель (ВД), предназначенный для установки на судах повышенной мореходности с дискретно-переменной килевато-стью днища. Цель работы состоит в разработке и экспериментальной проверке лопастной системы и водовода типо-ряда ВД, которые могут быть установлены на судах с большой килеватостью днища, эксплуатирующихся при тяжелых погодных условиях.

Материалы и методы. Использованы экспериментальные данные испытаний лопастной системы ВД, полученные в кавитационной трубе специальных движителей ФГУП «Крыловский государственный научный центр» (КГНЦ). Основные результаты. Выбраны геометрические характеристики оптимальной лопастной системы и разработаны формы водозаборников и водоводов трех конструктивных схем ВД, оснащенных частично-напорными водоза-борниками: пара ВД с изолированными одноколенными водоводами и водозаборниками на участке днища со средней килеватостью, конструкция «II»; пара ВД с объединенным водоводом и водозаборниками на участке днища с максимальной килеватостью и с двойным выбросом струи, конструкция «X»; единый ВД с двухколенным раздвоенным водоводом и парой водозаборников на участке днища с максимальной килеватостью, конструкция «У». Заключение. Исследования показали, что разработанная лопастная система ВД обладает высокими гидродинамическими и кавитационными характеристиками, а возможный просос воздуха создает плавное, а не резкое снижение сил на рабочем колесе.

Ключевые слова: водометный движитель, судно с дискретно-переменной килеватостью днища, водозаборник, лопастная система, кавитационные испытания.

Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

NAVAL ARCHITECTURE

DOI: 10.24937/2542-2324-2020-4-394-13-20 UDC 629.5.036

N. Marinich, |V. Rodionôvl, A. Koval , A. Sverchkov , F. Mamontov

Krylov State Research Centre, St. Petersburg, Russia

DEVELOPMENT OF A STANDARD RANGE OF WATERJETS FOR VESSELS WITH HIGH SEAKEEPING PERFORMANCE

Object and purpose of research. The object of the research is a fundamentally new waterjet, intended for installation on ships of increased seakeeping performance with discrete-variable bottom deadrise. The purpose of the research is to develop and experimentally test the impeller and water duct for a variety of waterjet design possible for installation aboard vessels with large deadrise operating in severe weather conditions.

Для цитирования: Маринич Н.В., Родионов В.А., Коваль А.А., Сверчков А.В., Мамонтов Ф.Е. Разработка типового ряда водометных движителей судов повышенной мореходности. Труды Крыловского государственного научного центра. 2020; 4(394): 13-20.

For citations: Marinich N., Rodionov V., Koval A., Sverchkov A., Mamontov F. Development of a standard range of waterjets for vessels with high seakeeping performance. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2020; 4(394): 13-20 (in Russian).

Materials and methods. Test data for waterjet impellers obtained at KSRC Cavitation Tunnel for Special Propulsors.

Main results. The study made it possible to select optimal impeller geometry and develop the shapes for water inlets and water ducts of three waterjet designs with partial-pressure water inlets: two waterjets with isolated single-elbow water ducts and inlets on the bottom section with medium deadrise, "¡¡"design; two waterjets with combined water duct and inlets on the bottom section with maximum deadrise and double jet, "X" design; single waterjet with bifurcating two-elbow water duct and a pair of water inlets on the bottom section with maximum deadrise, "Y" design.

Conclusion. The studies have shown that developed waterjet impeller features good hydrodynamic and cavitation characteristics, and possible air suction creates a smooth, rather than sharp, force decrease.

Key words: waterjet, vessel with discrete variable bottom deadrise, water inlet, impeller, cavitation tests. The authors declare no conflicts of interest.

Введение

Introduction

Постоянно возрастающие требования к мореходным качествам многоцелевых скоростных судов неизбежно приводят к поиску новых типов обводов корпуса, способных повысить балльность волнения, при котором судно может выполнять поставленные задачи в сложных погодных условиях открытого моря. Одним из решений является применение обводов судна повышенной мореходности с дискретно-переменной килеватостью днища по патенту Валеева - Морозова [1].

Корпус глиссирующего судна с дискретно-переменной килеватостью днища (рис. 1) состоит из нескольких сегментов (дискрет). Нижний сегмент днищевых обводов, расположенный около диаметральной плоскости корпуса, имеет предельно высокое (до 45°) значение угла килеватости. По мере удаления от диаметральной плоскости к борту углы килеватости последующих сегментов днища постепенно уменьшаются.

Катера с дискретно-переменной килеватостью находят все большее распространение. Серий-

но строятся алюминиевые катера BERKUT Concept 5.0 длиной 6,0 м [2] и «Беркут XL-3DD» длиной 6,2 м [3]. Судостроительно-судоремонтный завод «РИФ» в Ростове-на-Дону освоил серийный выпуск катеров длиной 9,5 м из полиэтилена высокой плотности [4]. На Феодосийском судостроительном заводе «Море» завершено строительство аварийно-спасательного катера длиной 16,5 м [5]. Разработан проект роботизированного катера пр. 03550 «Тенгризавр» [5]. Завершено проектирование катера длиной 7 м с двумя водометными движителями (ВД). Запланировано создание опытного образца экскурсионного судна с применением дискретно-переменной килеватости обводов днища [6].

Согласно результатам мореходных испытаний модели 15-метрового катера, выполненных в КГНЦ в 2016 г. по НИР «Слеминг», при применении дискретно-переменных обводов днища вертикальные ускорения в носовой оконечности и в центре тяжести резко уменьшаются по сравнению с традиционными плоскокилеватыми обводами. Например, на эксплуатационной скорости хода судна 35 уз на волнении силой 4 балла вертикальные ускорения снижаются в носовой оконечности почти в 2 раза, а в центре тяжести -в 1,5 раза.

Применение принципиально новых обводов корпуса потребовало разработки и экспериментальной проверки принципиально нового ВД, приспособленного к работе в экстремальных условиях, в том числе и при сильном волнении, когда судно подвержено воздействию жестких знакопеременных нагрузок.

Разрабатываемый ВД должен удовлетворять следующим основным требованиям:

■ обладать высокими пропульсивными характеристиками, сопоставимыми с характеристиками серийно изготавливаемых ВД;

■ обеспечивать минимальный риск прососа воздуха в водозаборники при заданном волнении;

Рис. 1. Транец судна с дискретно-переменной килеватостью днища

Fig. 1. The vessel transom with a discrete-variable bottom deadrise

■ обеспечивать возможность его применения в одновальной и в многовальной установке;

■ водозаборники должны размещаться на участках днища как с максимальной, так и с умеренной килеватостью;

■ водозаборники должны быть частично-напорными и обладать минимально возможным сопротивлением;

■ форма водоводов должна быть выбрана и спроектирована из условий отсутствия отрыва пограничного слоя и минимизации риска возникновения кавитации;

■ сопротивление во всех участках водовода, таких как область за водозаборником, поворотные колена, области сопряжения или раздвоения каналов водовода, область водовода около лопастной системы, должно быть минимальным;

■ на стенках водовода должны отсутствовать значительные градиенты давления. Требовалось разработать ВД с диагональной

лопастной системой трех наиболее востребованных типоразмеров: 177 мм (диаметр трубы на входе потока в лопастную систему) мощностью до 115 кВт, 280 мм мощностью до 500 кВт и 490 мм мощностью до 1,5 МВт.

Разработка инновационных ВД была выполнена в ФГУП «Крыловский государственный научный центр» (КГНЦ) в рамках научно-исследовательской работы «Слеминг-Водозабор» с учетом требований государственной программы «Развитие судостроения и техники для освоения шельфовых месторождений на 2013-2030 годы» по достижению конкурентоспособности новой российской продукции и обеспечению возможности импортозамещения.

Выбор конструктивных схем водоводов водометных движителей

The choice of design schemes for waterjets

Одной из основных задач, которую предстояло решить в обеспечение уверенного движения катера с дискретно-переменной килеватостью днища на сильном волнении, в том числе и на косом, стал выбор оптимальной конструктивной схемы водовода, обеспечивающего бесперебойное поступление воды к рабочему колесу (РК) ВД, т.е. гарантирующего надежную работу ВД в сложных, быстро меняющихся условиях движения катера на заданном волнении.

Для экспериментального исследования были выбраны три базовые конструкции ВД, оснащенного частично-напорными водозаборниками (рис. 2, см. вклейку):

■ пара ВД (правый и левый) с изолированными одноколенными водоводами и водозаборниками на участке днища со средней килеватостью (конструкция «II»);

■ пара ВД с объединенным водоводом и водоза-борниками на участке днища с максимальной килеватостью и с двойным выбросом (конструкция «X»);

■ единый ВД с двухколенным раздвоенным водоводом и парой водозаборников на участке днища с максимальной килеватостью (конструкция «У»), имеющий удвоенную мощность по сравнению с конструкциями «II» и «X». Принципиальное отличие ВД конструкции «II»

от традиционного водомета заключается в наличии выступающей профилированной части днища в кормовой части водозаборника в виде так называемой «губы» (рис. 3), позволяющей создавать на входе водозаборного отверстия зону повышенного (выше атмосферного) давления. При ходе на волнении увеличение давления на входе должно препятствовать проникновению атмосферного воздуха на РК ВД. Согласно результатам мореходных испытаний на встречном регулярном волнении, проведенных в скоростном мореходном бассейне КГНЦ в рамках выполнения данной НИР (см. статью «Расчетно-экспериментальное определение возможности попадания воздуха в движитель при движении на волнении» в настоящем сборнике, с. 21), попадание воздуха в водозаборники является весьма вероятным, особенно при кормовом положении центра тяжести судна. Воздух в водозабор-

Рис. 3. Наделка на днище, позволяющая сформировать «губу» в кормовой части водозаборника водомета конструкции «II»

Fig. 3. Bottom fitting enabling a "lip" in the aft part of the waterjet water inlet of "II" design

Конструкция «II» Конструкция «X» Конструкция «Y»

Рис. 2. Три конструкции водометных движителей, оснащенных частично-напорными водозаборниками Fig. 2. Three designs of waterjets, equipped with partial-pressure water inlets

Fig. 4. The layout of the diagonal blade system in the flow path of the waterjet

Рис. 4. Компоновка диагональной лопастной системы в проточной части водометного движителя

Рис. 5. Модель водометного движителя в сборе, установленная в кавитационной трубе

Fig. 5. Assembled waterjet model in the cavitation tunnel

ные отверстия может попадать и при движении судна на косом нерегулярном волнении, о чем свидетельствуют результаты расчетов на Суперкомпьютере КГНЦ. Причем частичное оголение водоза-борников может происходить при применении всех трех конструкций движителя. Поэтому такие же частично-напорные водозаборники были применены и на двух других конфигурациях ВД.

Особенностью водомета конструкции «Y» является раздвоенное водозаборное отверстие, расположенное в нижней точке корпуса в случае применения на судне одиночного ВД. Такая конфигурация водозаборника позволяет сохранить килеватое днище, не заменяя его плоской лыжей, как этого потребовала бы установка традиционного водомета. Кроме того, нижнее расположение водозаборника является дополнительным препятствием для проникновения воздуха на РК при движении катера в условиях интенсивного волнения.

Конструкция «X» представляет собой развитие конструкции «Y» на два водомета с объединенным водозаборником. Поток воды, поступающий из водозаборников правого и левого бортов, сначала объединяется в едином водоводе, а затем расходится на два РК. Преимуществом такой схемы является повышение надежности работы водомета при движении на косом волнении, когда в условиях бортовой и килевой качки возрастает вероятность частичного или даже полного оголения одного из водозаборных отверстий.

ВД конструкции «II» принят в качестве базового для сравнения с водометами инновационных конструкций «X» и «Y».

Разработка лопастной системы водометного движителя и экспериментальное исследование ее гидродинамических характеристик

Development of the waterjet blade system

and an experimental study

of its hydrodynamic characteristics

Для удовлетворения заданных жестких требований, предъявляемых к разрабатываемому инновационному ВД, с использованием рекомендаций [8] была спроектирована диагональная лопастная система, состоящая из семилопастного РК и спрямляющего аппарата с десятью лопастями. 3Б-модель лопастной системы представлена на рис. 4 (см. вклейку).

Контур сопловой проточной части и по внешней границе лопаток, и по ступице спрямляющего аппарата формируется по полиному вида

Ri = Явх - 3 Х (Явх - Явых ) Х (Xi + Алрасч )2 +

+2 Х (Rx - Явых ) Х (X !страсч )3. (1)

Чтобы определить наиболее оптимальное поджатие струи, было решено экспериментально проверить четыре варианта выходных сопел, отличающихся диаметрами выходных сечений d.

Для испытаний лопастной системы ВД в кави-тационной трубе специальных движителей (КТСД) по разработанным теоретическим чертежам была изготовлена модель водомета в следующей компоновке:

■ модель РК диаметром D = 0,145 м с шаговым отношением H/D = 1,32;

■ модель спрямляющего аппарата диаметром 0,153 м с шаговым отношением 8,20;

■ входная труба;

■ конфузорная и диффузорная части лопастной системы;

■ 4 варианта съемных реактивных сопел с под-жатиями1 ß = 0,362 (d = 70,4 мм), ß = 0,370 (d = 71,2 мм), ß = 0,378 (d = 72,0 мм), ß = 0,387 (d = 72,8 мм).

Фотография модели ВД, установленной в кавитационной трубе, представлена на рис. 5 (см. вклейку).

В ходе проведения испытаний фиксировались следующие параметры:

■ Q - крутящий момент, Н м;

■ n - частота вращения РК, об/с;

■ q - расход воды через движитель, м3/с, вычислялся по формуле

q = У\х, (2)

где £вх - площадь входного сечения ВД за вычетом площади вала;

■ V - скорость на входе в лопастную систему, м/с, определялась датчиком перепада давлений между трубками статики и полного напора, установленными перед РК;

■ H - напор водометного движительного комплекса, Па, определялся датчиком перепада давлений между трубками полного напора перед и за диагональной лопастной системой;

1 Поджатие сопла представляет собой отношение площади поперечного сечения сопла к площади сечения трубы на входе потока в лопастную систему.

d] = 70,4 мм с/г = 71,2 мм с/з = 72,0 мм ¿/4 = 72,8 мм

Рис. 6. Кривые действия водометного движителя при четырех поджатиях, частота вращения рабочего колеса п = 30 об/с

Fig. 6. Waterjet performance curves at four pressures, impeller speed n = 30 rev/s

подача воздуха норма

Лp ■О а

rf -о

У о 0

a 0 1А Ь Э<| 5 Т1 р

K„ д. -Л

• Л Л N

N к

1

A Л А

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Q -□ Л S-

4 □ 1 ■s

U и b

0,35 0,375 0,40 0,425 0,45 Kq

Рис. 8. Кривые действия водометного движителя с нормальным и с повышенным содержанием воздуха, частота вращения рабочего колеса п = 30 об/с

Fig. 8. Waterjet performance curves with normal and increased air content, impeller speed n = 30 rev/s

■sj n - число кавитации по окружной скорости РК, вычислялось по формуле

уГ n =

2(Po - Pd ) ( nD)2 ,

(3)

где Рл - давление насыщенных паров воды, Па; р - плотность воды, кг/м3.

На первом этапе исследований при атмосферном давлении определялись такие гидродинамические характеристики ВД, как момент Q, расход q и напор Н, а также их коэффициенты: ■ коэффициент расхода воды через движитель

Kq =-

q

n ■ D3

(4)

коэффициент напора движительного комплекса

H

K

Н~ ■ g ■ n2 ■ D2

коэффициент момента РК

в .

K

в~ ■ n2 ■ D5

КПД водомета

= g ■ Kq ■ Kh

2 ■ ■ K,

(5)

(6)

(7)

в

Кавитационные испытания водометного движителя мореходного катера

Cavitation tests of seagoing boat

Следующий этап работы был посвящен определению кавитационной диаграммы РК (квазиакустика). При проведении кавитационных испытаний момент исчезновения кавитации движителя определялся визуально при стробоскопическом освещении вращающейся модели. Определение числа кавитации по окружной скорости РК выполнялось при

постоянной частоте вращения n = 30 об/с и скорости потока, изменявшейся в пределах от вызванной до приблизительно 3,9 м/с с шагом 0,1 м/с с фиксацией параметров на каждом шаге. При фиксированном значении скорости регистрировалось статическое давление на оси РК, соответствующее моменту исчезновения той или иной формы кавитации, расход воды Kq, число кавитации, а также форма кавитации. Измерения проводились при четырех поджатиях сопла. На рис. 7 в качестве примера приведены результаты кавитационных испытаний в виде зависимостей числа кавитации n от

Измерения проводились при четырех поджатиях путем установки на ВД разных сопел последовательно. Для каждой компоновки устанавливалась частота вращения РК п, равная 30 и 35 об/с. Диапазон изменения скорости - от минимально возможной «вызванной» скорости внутри ВД (приблизительно 3,3 м/с в зависимости от поджатия), с шагом 0,1 м/с, до 4,5 м/с с фиксацией параметров на каждом этапе. Результаты испытаний в виде зависимостей момента Кд, напора КН, КПД водомета пР от расхода К представлены на рис. 6 (см. вклейку). Из представленных на рисунке результатов испытаний видно, что положение оптимума КПД ВД на расчетном режиме соответствует коэффициенту расхода Кч и 0,415-0,417 при расчетном поджатии р = 0,37 (диаметр 71,2 мм). Лопастная система ВД имеет высокий КПД (не менее 82 %) во всем рабочем диапазоне при всех исследуемых поджатиях сопла. Максимум значения КПД достигает 85 %, положение максимума имеет ярко выраженную зависимость от поджатия сопла. Кроме того, испытания показали, что КПД не зависит от частоты вращения РК в исследуемых пределах п = 30-35 об/с.

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

......

я кавитация шающей

щелевая кавитация

i 1

S

\

A V

ч

4 • •

sk

\

\

A S

■"Ч \

\

N

0,35

0,40

0,45

K„

Рис. 7. Кавитационная диаграмма водометного движителя с соплом диаметром 71,2 мм

Fig. 7. Cavitation diagram of waterjet with a 71.2 mm nozzle

P

расхода Kq (кавитационная диаграмма) при расчетном поджатии в = 0,370 (d = 71,2 мм).

Относительно кавитационной диаграммы ВД с расчетным поджатием (рис. 7) необходимо отметить следующее. Многочисленными экспериментальными исследованиями установлено, что формы кавитационных явлений паровой кавитации многообразны: вихревая, пленочная, пузырчатая и др. [7]. На рис. 7 показано, что имеет место пленочная кавитация на засасывающей стороне лопасти РК в диапазоне коэффициента расхода Kq и 0,388-0,410. На рис. 6 видно, что положение оптимума КПД ВД на расчетном режиме соответствует коэффициенту расхода Kq и 0,415-0,417. Согласно расчету изменения (падения) величин -^/""n и си в диапазоне коэффициента расхода Kq и 0,388-0,410, указанное падение составляет для „J~n около 2 %,

для си - около 1 %. Полученный результат соответствует первой стадии кавитации, которая, по данным систематических экспериментальных исследований, практически не влияет на подъемную силу профиля в решетке профилей РК ВД, т.к. среднее значение разряжения изменяется незначительно, в пределах 1-3 %.

По результатам кавитационных испытаний можно сделать вывод, что при всех исследуемых числах кавитации отсутствуют падения силовых характеристик. Однако визуально наблюдается кавитация концов лопастей, которая не влияет на эффективность ВД, но может привести к повышенному уровню вибрации при частоте вращения РК не менее n = 25,3 об/с для водомета мощностью 115 кВт, n = 14,2 об/с для водомета мощностью 500 кВт, n = 8,2 об/с для водомета мощностью 1500 кВт.

Моделирование влияния поступления воздуха к лопастной системе на кривые действия водометного движителя

Impeller aeration effect upon waterjet performance curves (simulation)

На завершающем этапе испытаний в КТСД определялись гидродинамические характеристики ВД (момент Q, расход q, напор H и их безразмерные коэффициенты) при повышенном воздухосодержа-нии на входе в водозаборник.

Цель испытаний состояла в том, чтобы более четко понять возможные последствия прососа воздуха в ВД при частичном оголении водозаборника,

которые могут иметь место при ходе катера в условиях интенсивного волнения.

Испытания проводились при атмосферном давлении при частоте вращения РК n = 30 об/с и скорости потока, изменявшейся от минимально возможной «вызванной» скорости внутри ВД приблизительно до 4,2 м/с с шагом 0,1 м/с. Поскольку анализ результатов гидродинамических испытаний показал схожесть характера кривых для реактивных сопел разного поджатия, то испытания с повышенным содержанием воздуха решено было провести с одним соплом диаметром 71,2 мм. Воздух подавался при помощи компрессора через трубку, установленную перед водозаборником. Для этой компоновки проводились измерения гидродинамических характеристик водомета в КТСД с нормальным и с повышенным содержанием воздуха в воде.

По результатам испытаний построена сравнительная диаграмма в виде зависимости от коэффициента расхода Kq следующих характеристик: KH, Kq и КПД водомета np с нормальным и с повышенным содержанием воздуха в воде (рис. 8, см вклейку).

Повышенное воздухосодержание около лопастной системы приводит к некоторому падению характеристик ВД. Однако сила на РК падает не полностью и ее изменение носит плавный характер. Из полученных результатов можно сделать вывод, что при возможном попадании воздуха в водозаборник падение скорости будет плавным, а лопастные системы не испытают ударные нагрузки.

Заключение

Conclusion

Применительно к водометным движительным системам для судов с дискретно-переменной киле-ватостью днища выбраны геометрические характеристики оптимальной лопастной системы и разработаны формы водозаборников и водоводов трех конструктивных схем ВД.

Выполненные исследования показали, что разработанная лопастная система ВД обладает высокими гидродинамическими и кавитационными характеристиками, а возможный просос воздуха создает плавное, а не резкое снижение сил на РК.

Следующим шагом исследования стала экспериментальная проверка в глубоководном опыто-вом бассейне трех конструктивных схем водометных движительных систем в составе самоходной

модели судна повышенной мореходности с дискретно-переменной килеватостью днища; проведение испытаний в кавитационном бассейне, а также численное моделирование течения в водоводах судна натурного масштаба. Результаты этих экспериментальных и численных исследований представлены в настоящем сборнике в статье «Экспериментальные и численные исследования водометных движителей катеров повышенной мореходности» (с. 31).

Список использованной литературы

1. Корпус глиссирующего судна с обводами Ва-леева - Морозова: пат. 154728 Рос. Федерация / Ва-леевХ.-М.М., МорозовД.Р. № 2014151976/11; заявл. 22.12.2014; опубл. 10.09.2015, Бюл. № 25. 8 с.

2. BERKUT Concept 5.0 [Электронный ресурс] // Jet Marine Technology: [сайт]. URL: http://www.jetmarine.ru/ katera/berkut-concept-50.html (дата обращения: 06.08.2020).

3. Катер Беркут XL-3DD [Электронный ресурс] // Сакура: [сайт]. URL: https://sakura59.ru/catalog/ vodnaya_tekhnika/kater_berkut_xl_3dd/ (дата обращения: 06.08.2020).

4. Макаров Ю., Мозговой А. Ставка па «мускулистые» корабли [Электронный ресурс] // Национальная обо-ропа. 2017. №7 (июль). URL: http://www.oborona.ru/ includes/periodics/navy/2017/0725/104321914/detail.shtml (дата обращения: 06.08.2020).

5. КазаросянА.С., ВалеевХ.-М.М. Загадочный «Сле-минг-2» - реалии и перспективы // Морская политика России. 2019. № 28. С. 50-53.

6. Валеев Х.-М.М. Инновации. «Москитный» флот России с «обводами Валеева - Морозова» [Электронный ресурс] // Российский судостроительный портал: [сайт]. 2017. 15 февр. URL: http://shipbuilding.ru/rus/ research_paper/moskit_flot/ (дата обращения: 06.08.2020).

7. Справочник по теории корабля: В 3 т. Т. 1. Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движители / [Я.И. Войткунский и др.]. Ленинград: Судостроение, 1985. 764 с.

8. Мавлюдов М.А., Русецкий А. А. Основы теории и проектирования водометных движителей. Санкт-Петербург: ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 2009. 94 с.

References

1. Glider hull with Valeev - Morozov contours: Pat. 154728 Russia / H.-M.M. Valeev, D.R. Morozov. No. 2014151976/11; declared 12/22/2014; publ. 10.09.2015. Bul. No. 25. 8 p. (in Russian).

2. BERKUT Concept 5.0 [Electronic resource] // Jet Marine Technology: [site]. URL: http://www.jetmarine.ru/ katera/berkut-concept-50.html (accessed: 06.08.2020).

3. Boat Berkut XL-3DD [Electronic resource] // Sa-kura: [site]. URL: https://sakura59.ru/catalog/vodnaya_ tekhnika/kater_berkut_xl_3dd/ (accessed: 06.08.2020) (in Russian).

4. Yu. Makarov, A. Mozgovoy. Bet on "brawny" ships [Electronic resource] // National Defense. 2017. No. 7 (July). URL: http://www.oborona.ru/includes/periodics/ navy/2017/0725/104321914/detail.shtml (accessed: 06.08.2020) (in Russian).

5. A. Kazarosyan, H.-M.M. Valeev. Mysterious "Slam-ming-2" - realities and prospects // Sea policy of Russia. 2019. No. 28. P. 50-53(in Russian).

6. H.-M.M. Valeev. Innovation. "Mosquito" fleet of Russia with "Valeev - Morozov contours" [Electronic resource] // Russian shipbuilding portal: [site]. 2017.15 Feb. URL: http://shipbuilding.ru/rus/research_paper/ moskit_flot/ (accessed: 06.08.2020) (in Russian).

7. Handbook on the theory of the ship: In 3 volumes. Vol. 1. Hydromechanics. Resistance to ship traffic. Ship propellers / [Ya. Voitkunsky et al.]. Leningrad: Shipbuilding, 1985. 764 p. (in Russian).

8. M. Mavlyudov, A. Rusetsky. Fundamentals of the theory and design of the waterjet. St. Petersburg: Krylov State Research Centre, 2009. 94 p. (in Russian).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Сведения об авторах

Маринич Николай Владимирович, к.т.н., начальник лаборатории ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44. Тел.: +7 (911) 986-51-43. E-mail: nk11@yandex.ru.

Родионов Валерий Андреевич[ к.т.н., старший научный сотрудник ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44.

Коваль Анастасия Александровна, начальник сектора ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44. Тел.: +7 (911) 968-02-54. E-mail: 2homyaka@mail.ru. https://orcid.org/0000-0001-6775-4120. Сверчков Андрей Владимирович, к.т.н., начальник сектора ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44. Тел.: +7 (812) 748-63-26. E-mail: ksri@mail.ru. https://orcid.org/0000-0002-9006-8812. Мамонтов Федор Евгеньевич, инженер ФГУП «Крылов-ский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44.

Тел.: +7 (904) 606-41-94. E-mail: fedoziche@mail.ru. https://orcid.org/0000-0001-5688-0930.

About the authors

Nikolai V. Marinich, Dr. Sci. (Eng.), Head of Sector, Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoe sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: +7 (911) 986-51-43. E-mail: nk11@yandex.ru.

\Valeriy A. RodionoV, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoe sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Anastasia A. Koval, Head of Sector, Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoe sh., St. Petersburg,

Russia, post code 196158. Tel.: +7 (911) 968-02-54. E-mail:2homyaka@mail.ru. https://orcid.org/0000-0001-6775-4120.

Andrey V. Sverchkov, Cand. Sci. (Eng.), Head of Sector, Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoe sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: +7 (812) 748-63-26. E-mail: ksri@mail.ru. https://orcid.org/0000-0002-9006-8812. Fedor E. Mamontov, Engineer, Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoe sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: +7 (904) 606-41-94. E-mail: fedoziche@mail.ru. https://orcid.org/0000-0001-5688-0930.

Поступила / Received: 21.08.20 Принята в печать / Accepted: 25.11.20 © Коллектив авторов, 2020

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.