СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ЛОПАСТНОГО ДВИЖИТЕЛЯ СУДНА В ОПЫТОВОМ БАССЕЙНЕ
SIMULATION OF SHIP TWO-STAGE BLADE PROPULSOR IN MODEL BASIN

Изобретение относится к области судостроения, в частности к способам и устройствам для проведения гидродинамических испытаний моделей судов в опытовых бассейнах, а также для моделирования в составе моделей судов работы двухступенчатых лопастных движителей за корпусом судна в ходе самоходных испытаний, и может быть использовано при проектировании судов и их движителей с целью обеспечения обоснованными исходными данными проектанта при выборе геометрических характеристик движителей и компоновке движительно-рулевых комплексов водных транспортных средств различного назначения.
Известны способы-аналоги испытания моделей судна в опытовом бассейне (см. патент №2132796 на изобретение «Способ маневренных испытаний модели судна в опытовом бассейне и устройство для его осуществления», кл. B63B 9/02, G01M 10/00, опубл. 10.07.1999 г.; см. патент №2383462 на изобретение «Способ испытаний модели морского инженерного сооружения в ледовом опытовом бассейне и устройство для его осуществления», кл. B63B 9/02, G01M 10/00, опубл. 20.10.2009 г.). Указанные способы основаны на использовании одного буксировочного динамометра модели судна или модели морского объекта и не предназначены для определения гидродинамических параметров движителей моделей судна.
Таким образом, недостатком указанных способов-аналогов является невозможность исследования гидродинамики двухступенчатых лопастных движителей.
Наиболее близким техническим решением к заявленному, принятым за ближайший аналог-прототип, является способ оценки пропульсивных характеристик судна на основе результатов модельного эксперимента, изложенный в книге "Пропульсивные качества морских судов", Ф.М. Кацман, А.Ф. Пустошный, В.М. Штумпф, Судостроение, 1972 г. (с. 207-238). Способ-прототип заключается в том, что в опытовом бассейне в соответствии с требованиями теории динамического подобия путем прямого движения модели судна с предусмотренной моделью двухступенчатого лопастного движителя в составе судового гребного винта и установленного за ним контрпропеллера в неподвижной водной жидкости, при котором модель судна жестко связана через динамометр с буксировочной тележкой опытового бассейна, посредством которого (динамометра) замеряют действующие на модель судна гидродинамические нагрузки: разность буксировочного сопротивления модели судна и тяги движителя, а упор и момент передней ступени движителя на режиме полного хода регистрируют одновальным винтовым динамометром. Влияние задней ступени движителя (контрпропеллера), которая при испытаниях работает в режиме энергосбережения и неподвижна, оценивается через коэффициенты взаимодействия движителя и корпуса и отдельно не динамометрируется.
Недостатком указанного прототипа является невозможность получения в ходе модельных испытаний в опытовом бассейне экспериментальных данных по гидродинамике второй ступени двухступенчатого лопастного движителя при его работе в реактивном режиме (т.е. в режиме судового гребного винта с подводом энергии для его вращения).
Таким образом, известный способ-прототип не моделирует работу второй ступени двухступенчатого лопастного движителя за корпусом судна и не может обеспечить проектанта обоснованными исходными данными, необходимыми для выбора геометрических характеристик движителя и компоновки движительно-рулевого комплекса в процессе проектирования судна. Проектирование лопастей второй ступени двухступенчатого движителя с учетом его двухрежимности (реактивный режим на скоростях малого хода и энергосберегающий режим на скорости полного хода судна, см. Л.И. Вишневский, А.Р. Тогуняц. "Корабельные лопастные движители: Новые технические решения, результаты исследований", СПб, Судостроение, 2011, с. 172-180) является сложной гидродинамической задачей, и возможность моделирования работы двухступенчатого лопастного движителя судна в опытовом бассейне существенно повысит точность расчетов и, следовательно, гидродинамическую эффективность движителя.
Изобретение направлено на устранение вышеуказанных недостатков прототипа, в первую очередь, на решение задачи моделирования работы двухступенчатого лопастного движителя судна в опытовом бассейне, включая режим малого хода (или аварийного хода) его второй ступени, т.е. реактивный режим работы его второй ступени (контрпропеллера).
Это достигается тем, что в предлагаемом способе моделирования работы двухступенчатого лопастного движителя в опытовом бассейне путем прямолинейного движения модели судна в составе с моделью двухступенчатого лопастного движителя в неподвижной воде чаши бассейна, при котором модель судна соединяют с буксировочной тележкой через предусмотренный между ними динамометр, с помощью которого замеряют гидродинамические нагрузки на модель судна, а упор и момент передней ступени модели движителя в составе модели гребного винта на режиме полного хода регистрируют установленным на валу передней ступени одновальным винтовым динамометром, в отличие от прототипа, дополнительно на режиме малого хода для измерения кинематических параметров и гидродинамических нагрузок, действующих на заднюю ступень двухступенчатого лопастного движителя, используют вышеупомянутый одновальный винтовой динамометр, а переднюю ступень движителя моделируют при этом гребным винтом, таким образом, что его неподвижно крепят к корпусу модели с возможностью свободного прохождения через его (гребного винта) ступицу вала вышеуказанного винтового динамометра к модели задней ступени движителя, которую жестко закрепляют на валу винтового динамометра с возможностью вращения вместе с валом последнего, при этом установочный шаг модели задней ступени двухступенчатого лопастного движителя фиксируют в положении, соответствующем вышеуказанному режиму малого хода.
Дополнительный режим моделирования работы двухступенчатого лопастного движителя в опытовом бассейне достигается тем, что на режиме малого хода лопасти модели гребного винта, неподвижно прикрепленного к корпусу модели судна, поворачивают во флюгерное положение, соответствующее их минимальному гидродинамическому сопротивлению при движении модели судна.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображен вид сбоку модели судна с моделью двухступенчатого лопастного движителя, установленного в кормовой части за корпусом модели.
Модель судна 1 содержит переднюю ступень (судовой гребной винт) 2 движителя и заднюю ступень (контрпропеллер) 3, которые вместе с рулем 4 формируют движительно-рулевой комплекс модели судна (1), при этом внутри корпуса модели смонтирован одновальный винтовой динамометр 5, на его валу 6 закреплена ступица 7 задней ступени (3) модели двухступенчатого лопастного движителя.
Способ (технологию) моделирования работы двухступенчатого лопастного движителя судна в опытовом бассейне осуществляется следующим образом.
Модель судна 1 помещают в наполненную неподвижной водой чашу бассейна (на чертеже не показаны) и соединяют с установленной над ней буксировочной тележкой бассейна (на чертеже не показано) через предусмотренный между ними динамометр (на чертеже не показан), затем начинают осуществлять прямолинейное движение модели судна 1 вдоль канала бассейна синхронно с соединенной с моделью судна 1 буксировочной тележкой, при этом с помощью предусмотренного между ними динамометра замеряют гидродинамические нагрузки на модель судна 1, а упор и момент передней ступени (гребного винта) 2 модели движителя на режиме полного хода регистрируют установленным на валу передней ступени одновальным винтовым динамометром 5. Затем дополнительно к проведенным вышеописанным испытаниям осуществляют движение модели судна на режиме малого хода под действием задней ступени (контрпропеллера) 3, причем для измерения кинематических параметров и гидродинамических нагрузок, действующих на заднюю ступень 3 двухступенчатого лопастного движителя, используют вышеупомянутый одновальный винтовой динамометр 5, а переднюю ступень 2 движителя моделируют при этом гребным винтом таким образом, что его неподвижно крепят к корпусу модели судна 1 с возможностью свободного прохождения через его (гребного винта) ступицу (на чертеже не обозначена) вала 6 вышеуказанного винтового динамометра 5 к модели задней ступени 3 движителя, которую посредством ступицы 7 жестко закрепляют на валу 6 винтового динамометра 5 с возможностью вращения вместе с валом 6 последнего, при этом установочный шаг модели задней ступени 3 двухступенчатого лопастного движителя фиксируют в положении, соответствующем вышеуказанному режиму малого хода - реактивному режиму работы задней ступени 3.
Наиболее эффективным при осуществлении способа моделирования работы двухступенчатого лопастного движителя судна в опытовом бассейне является вариант, при котором на режиме малого хода лопасти (на чертеже не обозначены) передней ступени (гребного винта) 2, неподвижно прикрепленного к корпусу модели судна 1, поворачивают во флюгерное положение (на чертеже не показано), соответствующее их минимальному гидродинамическому сопротивлению при движении модели судна 1.
В общем случае способ моделирования работы двухступенчатого лопастного движителя судна в опытовом бассейне путем прямолинейного движения модели судна в составе с моделью двухступенчатого лопастного движителя в неподвижной воде чаши бассейна осуществляют в соответствии с требованиями теории динамического подобия, а именно: моделирование выполняется с обеспечением равенства чисел Фруда (Fr) модели и натуры (см. "Пропульсивные качества морских судов". Ф.М. Кацман, А.Ф. Пустошный, В.М. Штумпф, Судостроение, 1972 г., с. 198-199).
В результате вышеописанных испытаний модели судна в составе с моделью двухступенчатого лопастного движителя в опытовом бассейне получают экспериментальные исходные данные, в т.ч. величины упоров и моментов на валах как передней, так и задней ступеней модели двухступенчатого лопастного движителя, необходимые в дальнейшем при выборе (расчете) геометрических характеристик движителей и компоновке движительно-рулевых комплексов проектируемых водных транспортных средств.