Исследование управляемости высокоскоростных пассажирских катамаранов на подводных крыльях

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМОСТИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПАССАЖИРСКИХ КАТАМАРАНОВ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ

Хазова В.И., старший преподаватель Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева

В статье рассматриваются вопросы управляемости высокоскоростных катамаранов на подводных крыльях. Исследование управляемости производится на основе математической модели динамики судна. Гидродинамические силы, входящие в правые части дифференциальных уравнений, определялись в результате модельного эксперимента в опытовом бассейне Нижегородского государственного технического университета имени Р. Е. Алексеева.

Ключевые слова: катамараны на подводных крыльях; управляемость; высокоскоростные катамараны; модельный эксперимент.

RESEARCH ON COURSE-KEEPING QUALITIES OF HIGH-SPEED HYDROFOIL PASSENGER CATAMARANS

Khazova V., master teacher at Nizhny Novgorod State Technical University named after R. Alekseev

This research deals with course-keeping qualities of high-speed hydrofoil catamarans. The present course-keeping research is based on a mathematical model of dynamic properties of the vessel. Hydrodynamic forces included in the right sides of differential equations are determined as resulted from a simulative experiment held at the towing tank of Nizhny Novgorod State Technical University named after R.Alekseev.

Keywords: hydrofoil catamarans, course-keeping qualities, high-speed catamarans, simulative experiment.

Современное развитие пассажирских судов и судов паромного типа позволяет говорить о растущем интересе к высокоскоростным судам различных типов (с аутригерами, с малой площадью ватерлинии, с катамаранной формой корпуса и т.д.). Это можно объяснить преимуществами подобных судов перед их однокорпусными аналогами [1].

Кроме того, тенденцией становится использование в качестве судов-паромов гибридных судов, оборудованных различными средствами динамической разгрузки корпуса для уменьшения сопротивления воды движению судов. Например, установка в качестве средств гидродинамической разгрузки подводных крыльев позволяет сочетать известные преимущества катамаранов (меньшая потребляемая мощность вследствие снижения волнового сопротивления [2], повышенная остойчивость, большая грузо- и пассажировместимость за счет увеличения площади палуб) с достижением значительных скоростей движения судов на подводных крыльях.

Немаловажным при проектировании таких судов является расчет их управляемости, определяющей многие эксплуатационные качества судна, причем наиболее сложным является исследование управляемости высокоскоростного катамарана с гибридной гидродинамической компоновкой. Основой такого расчета служит математическая модель динамики судов подобного типа, охватывающая все режимы движения.

В качестве прототипа использовалось судно «Linda Express» (рис. 1), в конструкцию крыльев которого были внесены изменения -носовые разрезные крылья, установленные на каждом корпусе, были заменены неразрезными носовым и кормовым крыльями, установленными между корпусами катамарана. Такая система позволяет уменьшить осадку судна, увеличить прочность конструкции, а также повысить гидродинамическое качество несущей системы.

I

Рис. 1 Внешний вид «Linda Express» и схема крыльевого устройства

Рассматривая движение судна в диапазоне скоростей, при которых выполняются маневры циркуляции, можно, пренебрегая незначительными величинами угла крена, исследовать его движение в горизонтальной плоскости. Схема сил, действующих на катамаран, представлена на рисунке 2.

(Mc +к (mc +a2

)dL

dt

)dV

dt

,da

Рис. 2 Схема сил, действующих на катамаран

-(мс + Я22 Ууюz = (-Xк - Xку )cos в- (у + Уку )sin в ¿ PBi cos а - ]Г ^ cos р +£ Рур. sin /5;

i=i j=i

+ Mc +lu )vxaz = (X к + X ку) sin в- (Ук + Уку) cos в + +¿ Pxpj sin в +¿ Рур. cos в;

j=1

j=i

j=i

dt

j=1

Здесь Мс - масса судна; »л - обобщенные присоединенные массы жидкости; /, /, / - моменты инерции судна относительно связанных осей; У, Уу , У , Юх, Юу , - проекции векторов скорости центра масс и угловой скорости судна на оси связанной системы

координат Охуг ;Х к, ¥„, М к - гидродинамические силы и момент на корпусе высокоскоростного судна соответственно; X ку ,

, Мку - гидродинамические силы и момент, действующие на крыльевое устройство высокоскоростного судна соответственно; Рв

- упор гребного винта; Рхр , Рур - сопротивление и боковая сила на рулях; Мю - демпфирующий момент; п - число гребных валов; т

- число средств управления; 1Хр - расстояние от центра масс судна О до центра давления средств управления, измеренное вдоль оси Ох

связанной с центром масс судна системы координат Охуг.

Присоединенные массы, входящие в систему уравнений, определяются по рекомендациям [3].

Гидродинамические коэффициенты С, С, Ст определяются по методике [4], либо по данным модельного эксперимента. Эксперимент проводился в опытовом бассейне Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева Первый этап эксперимента заключался в уточнении конструктивной схемы катамарана. В рамках этих испытаний определялось положение центра масс модели по длине, а также проводилась оптимизация горизонтального клиренса. Анализ данных эксперимента показал, что оптимальным является смещение центра масс в корму.

Следующим этапом эксперимента стали позиционные испытания модели на установке, обеспечивающей свободный дифферент и всплытие модели. В ходе эксперимента регистрировались: угол дифферента модели, всплытие центра масс, действующая сила (продольная либо поперечная в зависимости от схемы установки динамометра) и момент. Модель испытывалась на углах дрейфа 0, 10є, 20є, 30° при скоростях буксировки от 0,5 до 2,5 м/с.

Демпфирующий момент корпуса определялся по формуле [4]

M =-C VS.L2 а

2

о _ ^ d

где Sd - площадь погруженного в воду диаметрального батокса судна, определяемая по формуле ^ d ~ Т гг, , Г - коэффициент

L1

полноты площади Sd; Сши - коэффициент демпфирующего момента, определяемый по работе [5].

Гидродинамические силы на рулях определяются по методике [4].

Упор гребных винтов определяется по рекомендациям [4] р = kpn2D4 , где к1 - коэффициент упора; n - частота вращения гребного вала, об/с; D - диаметр винта, м.

Решая дифференциальные уравнения (1) численными методами относительно кинематических параметров движения судна: линейной скорости центра масс V (в разложении на оси связанной с судном системы координат х и у), угловой скорости вращения судна Й и угла дрейфа I, для трех различных значений угла перекладки руля 15°, 20°, 25° получаем следующие зависимости, представленные на рисунках 3-5. По полученным значениям угловой скорости определялся радиус циркуляции (рис. 6). Результаты расчета представлены в таблице.

Расчет показывает, что высокоскоростные катамараны обладают удовлетворительной управляемостью и выполняют маневры циркуляции на скоростях движения до 10 узлов при больших углах перекладки руля.

Таблица. Результаты расчета управляемости

Уо, м/с «,° Fуст? м/с ß, рад. со, с"1 Du, м

3,0 [~ 6 узлов] 15° 2,49 0,026 0,005 956

о О 0-1 2,48 0,035 0,007 720

25° 2,47 0,043 0,009 578

4,0 [~ 8 узлов] 15° 3,13 0,028 0,006 1036

о О 3,11 0,038 0,008 780

25° 3,1 0,048 0,01 626

5,0 [~ 10 узлов] 15° 3,79 0,03 0,007 1096

о О 3,77 0,04 0,009 826

25° 3,76 0,05 0,011 664

Рис. 3 Зависимость угла дрейфа I и угловой скорост ] П от времени при угле перекладки руля П=15°

Рис. 4 Зависимость угла дрейфа I и угловой скорост ] П от времени при угле перекладки руля П =20°

Рис. 5 Зависимость угла дрейфа I и угловой скорост ] П от времени при угле перекладки руля П=25°

Рис. 6 Зависимость радиуса циркуляции Л от скорости V для трех углов перекладки руля П - 15°, 20° и 25°

Литература:

1. Логачев, С.И. Мировое судостроение: современное состояние и перспективы развития / С.И. Логачев, В.В. Чугунов. - СПб.: Судостроение, 2001. - 312 с.: ил.

2. Хазова, Вер. И. Определение мощности главных двигателей высокоскоростного катамарана / Вер. И. Хазова, Вик. И. Хазова // Тезисы докладов IX междунар. молодежной научн.-практич. конф. «Будущее технической науки», Н. Новгород, 21 мая 2010 г. - Н. Новгород: НГТУ, 2010. - С . 226.

3. Панов, А.Ю. Экспериментально-теоретическое исследование динамики высокоскоростных катамаранов / А. Ю. Панов, Вик. И. Хазова // Матер. Всеросс. научн.-метод. конф. «Инновац. технологии современного учебного процесса: стратегия, задачи, внедрение», Н.Новгород, 4 февраля 2011 г. - Н.Новгород: НГТУ, 2011. - С.254-258.

4. Войткунский, Я.И. Справочник по теории корабля. Судовые движители и управляемость / Я. И. Войткунский, Р. Я. Першиц, И. А. Титов. - Л.: Судостроение. - 1973. - 512 с.

5. Соболев, Г.В. Управляемость корабля и автоматизация судовождения: Учебное пособие / Г.В. Соболев. - Л.: Судостроение, 1976. - 478 с.

ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ИННОВАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ В РОССИИ

Ягудин С.Ю., заведующий кафедрой инновационного и производственного менеджмента, профессор, д.э.н., Файзуллоев М.К., к.э.н., доцент, докторант кафедры Московский Государственный университет экономики, статистики и

информатики

В статье рассмотрены инфраструктурные элементы инновационной системы: бизнес-инкубаторы и технопарки, наукограды, поставлены задачи для подъема инновационного развития экономики России.

Ключевые слова: бизнес-инкубаторы технопарки, наукограды, инновационная система.

PECULIARITIESOFTHEINNOVATIONSYSTEMDEVELOPMENTINRUSSIA

Yagudin S., innovation and production management Department Chairman, Professor, Doctor of Economic Science Fayzulloev M., Ph.D., Associated professor Statistics and Informatics chair, Moscow State Universuty of Economics

The following infrastructural elements of the innovtaion system are reviewed: business incubators, Science Towns, set up the aims for innovative development of the Russian Economy

Keywords: business incubators, Science Towns, tech parks, innovation system.

Развитие национальной системы рискового инвестирования и кредитования необходимо для решения таких важных задач, как улучшение финансового обеспечения научно-технической и инновационной деятельности, включая малое инновационное предпринимательство, создание наиболее благоприятных условий для инвестирования высокорисковых инновационных проектов, повышающих конкурентоспособность российских технологий и наукоёмкой продукции на мировых рынках, а также содействие коммерциализации результатов научно-технической и инновационной деятельности.

Усилия, направленные на технологическое и инновационное развитие, сегодня приобретает особое значение. Несмотря на ориентиры руководства страны по переходу к инновационной экономике, пока она сохраняет сырьевой характер. Реальный рост по объемам начнется именно там, он будет связан с постепенным ростом цены на нефть и связанные с ним товары. А объемы производства и экспорта в сырьевых отраслях вызовут рост заказов у поставщиков и подрядчиков сырьевых отраслей, однако отрасли, производящие средства производства (станки, оборудование, автомобили) будут отставать.

Сегодня инновационный продукт в США составляет 70% производства, в Китае - приближается к 34%, а Россия серьезно отста-

ет: всего 5-7% по данным Комитета Государственной Думы РФ по науке и наукоемким технологиям.[1]

В течение последних лет осуществляются попытки по созданию отдельных элементов инновационной системы (фонды поддержки инноваций, технопарки, бизнес - инкубаторы, венчурные фонды, особые экономической зоны). Однако инновационная деятельность по-прежнему носит фрагментарный и несистематический характер, а формирование российской инновационной системы происходит стихийно и локализовано.

Несмотря на ежегодное увеличение ассигнований федерального бюджета на научные исследования и разработки гражданского назначения (объем средств по сравнению с 2006 годом увеличится примерно в 3 раза с 77,1 млрд. руб. в 2006 до 227,8 млрд. руб. в 2011 году, и на 55 млрд. руб. больше, чем в 2010 году), динамика доли компаний, занятых в сфере науки, научных исследований, все еще составляет менее 1% от общего числа субъектов малого и среднего бизнеса. Доля инновационных компаний в России менее 10%, в то время как в Германии таких почти 70%, в Ирландии-57%, в Бельгии-60%, в Эстонии-55%. Только три российские входят в мировую тысячу компаний-лидеров по исследованиям и разработкам: «Газпром» (108-е место по абсолютному объему затрат, их доля в