Способ определения обводов авианесущего корабля с самолетным трамплином в носовой оконечности
DETERMINATION METHOD OF CONTOUR LINES OF AIRCRAFT CARRIER WITH FORE END AIRPLANE JUMPER

Изобретение относится к области судостроения и касается проектирования авианесущих кораблей имеющих носовую оконечность, конструктивно объединенную с трамплином для самолетов с укороченным горизонтальным взлетом.
Из уровня техники известны самолетные трамплины, используемые в качестве аэродромных, а также палубных средств авианесущих кораблей, обеспечивающих укороченный взлет самолетов с горизонтальной поверхности.
Самолетные трамплины представляют собой пространственные конструкции со сплошной ровной поверхностью, имеющие продольный профиль в виде дуги плавно сопрягающейся с горизонтальной поверхностью. Продольный профиль трамплина обеспечивает самолету при его разбеге и сходе с трамплина необходимую для взлета вертикальную скорость. Способ расчета профиля трамплина известен из патента на изобретение РФ №2097281 (В64F 1/00; B64F 1/04).
Самолетные трамплины использованы в конструкциях таких современных авианесущих кораблей как: легкий авианосец военно-морских сил Индии «Викрамадитья», авианосцы военно-морских сил Великобритании - «Инвинсибл», «Куин Элизабет», «Принц оф Уэллс», легкий авианосец военно-морских сил Испании «Принц Астурийский».
Самолетные трамплины современных авианесущих кораблей размещаются в носовой оконечности корабля и образуют единую с корпусом корабля конструкцию. Конструкция самолетного трамплина, авианесущего корабля содержит настил, имеющий продольный профиль в форме дуги, являющийся продолжением верхней полетной палубы авианесущего корабля, несущую конструкцию, являющийся частью корпусных конструкций авианесущего корабля, стенки ограничивающие трамплин с боков, являющиеся продолжением бортов авианесущего корабля.
При разработке проекта авианесущего корабля с самолетным трамплином в носовой оконечности, расчет образующей линии продольного профиля трамплина и проектирование обводов корпуса авианесущего корабля, осуществляются раздельно.
Технической проблемой при проектировании авианесущего корабля с самолетным трамплином является создание трехмерной поверхности корпуса авианесущего корабля с самолетным трамплином, при сохранении расчетных взлетных аэродинамических характеристик образующей линии продольного профиля самолетного трамплина.
Целью настоящего изобретения является создание, способа проектирования авианесущего корабля с самолетным трамплином в носовой оконечности, обеспечивающего объединение образующей линии продольного профиля самолетного трамплина и теоретической поверхности корпуса авианесущего корабля в единую трехмерную поверхность корпуса авианесущего корабля с самолетным трамплином. Техническим результатом изобретения является сокращение времени проектирования авианесущего корабля с самолетным трамплином за счет последовательного преобразования исходных данных в соответствии с предложенным способом изобретения.
Способ проектирования авианесущего корабля с самолетным трамплином в носовой оконечности состоит из следующих основных этапов:
1 - построение образующей линии продольного профиля самолетного трамплина;
2 - сопряжение образующей линии продольного профиля самолетного трамплина с трехмерной теоретической поверхностью корпуса авианесущего корабля;
3 - построение совмещенной с продольным профилем самолетного трамплина трехмерной поверхности корпуса авианесущего корабля;
4 - расчет несущей конструкции самолетного трамплина, как части конструкций корпуса авианесущего корабля;
5 - аэродинамическая продувка предварительно изготовленной масштабной физической модели корпуса авианесущего корабля с трамплином.
Исходными данными для осуществления способа изобретения являются:
- параметры образующей линии продольного профиля самолетного трамплина;
- трехмерная модель теоретической поверхности корпуса авианесущего корабля, соответствующая проектным требованиям по водоизмещению, общему расположению, главным размерениям, гидродинамическим характеристикам;
- параметры габаритов полетной палубы авианесущего корабля;
- параметры длин стартовых позиций для палубных самолетов;
- тяговооруженность палубных самолетов;
- параметры внешней нагрузки на несущую конструкцию самолетного трамплина, в частности параметры нагрузок от палубных самолетов, параметры вибрационных нагрузок от корабельных механизмов и устройств, параметры нагрузок от воздействия ударных волн, размещаемого на авианесущем корабле вооружения, параметры гидрометеорологических нагрузок.
Изобретение поясняется схемой - Фиг. 1, на которой изображены основные этапы способа и последовательность их выполнения, этапы обозначены номерами в блоках в соответствии с раскрытым описанием изобретения.
На этапе 1 способа изобретения осуществляется построение образующей линии продольного профиля самолетного трамплина. При этом, образующая линия продольного профиля трамплина рассчитывается на основе заданных габаритов полетной палубы, длин стартовых позиций палубных самолетов, тяговооруженности определенных типов палубных самолетов, а также геометрических характеристик формы надводной части корпуса авианесущего корабля в районе размещения трамплина. Рассчитанная образующая линия продольного профиля самолетного трамплина, имеет вид кусочно заданной функции, при этом функция трамплина задается в следующей аналитической форме:
На начальном участке:
На среднем участке:
На конечном участке:
где a1, а2, а3, b1, b2, b3, b4, c1, с2, с3 - вещественные константы
При этом построение функции осуществляется таким образом, чтобы обеспечить требуемый угол наклона касательной к образующей функции трамплина, то есть значение первой производной функции в точке отрыва. Угол касательной к функции выбирается в пределах 13-15 градусов.
При расчете образующей линии продольного профиля трамплина используются системы автоматизированного проектирования, в частности, математические пакеты, аналитических и численных вычислений, такие как «ProEgineer» или «Сrео Elements».
На этапе 2 способа изобретения выполняется сопряжение образующей линии профиля самолетного трамплина с трехмерной теоретической поверхностью корпуса корабля и построение совмещенной с продольным профилем самолетного трамплина трехмерной модели корпуса авианесущего корабля.
На этапе 2 способа изобретения выполняются следующие операции:
- сначала координаты образующей линии продольного профиля трамплина импортируются в систему автоматизированного проектирования с возможностью трехмерного проектирования, типа «ProEngineer» или «Aveva Маrinе»;
- затем выполняется построение графика образующей функций трамплина, при этом график образующей функции трамплина строится по массиву управляющих точек, либо путем экспорта аналитической формулы образующей линии продольного профиля трамплина в систему автоматизированного проектирования, указанного выше типа;
- затем, образующая линия продольного профиля трамплина сопрягается с проекцией линии пересечения диаметральной плоскости на теоретическую поверхность полетной палубы авианесущего корабля;
На этапе 3 способа изобретения выполняется построение совмещенной с продольным профилем самолетного трамплина трехмерной поверхности корпуса авианесущего корабля. На этапе 3 способа изобретения выполняются следующие операции:
- сначала выполняется проецирование образующей линии продольного профиля трамплина на горизонтальную плоскость в пределах заданных параметров размера и формы полетной палубы авианесущего корабля, с образованием поверхности трамплина;
- затем, в районе возвышения поверхности трамплина над поверхностью полетной палубы, исходная теоретическая поверхность наружной обшивки бортов корпуса корабля, достраивается до пересечения с плоскостью трамплина, при этом заданные углы развала бортов корпуса авианесущего корабля сохраняются;
- затем в районе носовой оконечности авианесущего корабля, обозначаются реперные отрезки с учетом продолженной поверхности наружной обшивки бортов корпуса авианесущего корабля;
- затем выполняется трансляция проекции образующей функции трамплина от диаметральной плоскости до пересечения с реперными отрезками продолженной поверхности обшивки правого и левого бортов авианесущего корабля;
- затем осуществляется подрезка пересекающихся поверхностей бортов корпуса и полетной палубы авианесущего корабля друг относительно друга;
- затем выполняется скругление фасок по периметру поверхности трамплина.
На этапе 4 способа изобретения выполняется расчет несущей конструкции самолетного трамплина, как части конструкций корпуса авианесущего корабля. Этап 4 способа изобретения включает выполнение следующих операций:
- сначала, на основе исходных параметров внешних нагрузок, осуществляется расчет продольной прочности набора корпуса авианесущего корабля в районе размещения трамплина;
- затем осуществляется выбор и расстановка необходимого для обеспечения заданной прочности количества продольных связей набора корпуса;
- затем выполняется проверочный расчет выбранной схемы продольных связей, при этом при не достижении требуемых значений прочности, выполняется итеративный подбор требуемых значений прочности;
- затем выполняется расчет поперечной прочности корпусного набора в районе размещения трамплина, при этом выполняется выбор и расстановка необходимого для обеспечения прочности количества поперечных связей набора корпуса;
- затем осуществляется проверочный расчет выбранной схемы поперечных связей, при не достижении требуемых значений прочности, выполняется итеративный подбор значений удовлетворяющих требованиям прочности;
- затем осуществляется расчет общей прочности конструкции корпуса при помощи системы автоматизированного проектирования типа «ShipMidel».
При этом на этапе 4 способа изобретения, параметры внешних нагрузок, такие как гидрометеорологические, вибрационные, нагрузки от воздействия ударных волн, учитываются в виде безразмерных коэффициентов запаса прочности.
На этапе 5 способа изобретения выполняется аэродинамическая продувка предварительно изготовленной масштабной физической модели корпуса авианесущего корабля с трамплином. Этап 5 включает выполнение следующих операций:
- сначала на масштабную модель авианесущего корабля крепятся датчики структуры и давления Винтури, либо системы маркеров, предназначенные для определения картины воздушных потоков над полетной палубой авианесущего корабля;
- затем, выполняют аэродинамическую продувку масштабной физической модели авианесущего корабля при различных режимах и направлениях имитированных воздушных потоков;
- на основе полученных от датчиков или маркеров данных, выводятся качественные характеристики обтекающих полетную палубу воздушных потоков;
- при выявлении завихрений в отдельных зонах полетной палубы, оказывающих отрицательное воздействие на взлетные характеристики палубных самолетов, выполняется корректировка трехмерной модели авианесущего корабля, после корректировки поверхности трехмерной модели авианесущего корабля, выполняется повторная аэродинамическая продувка, вновь изготовленной масштабной физической модели авианесущего корабля с трамплином.