СУДОСТРОЕНИЕ 6'2000
проектирование судов
ПРОБЛЕМЫ СНИЖЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ВИБРАЦИИ КОРАБЕЛЬНОГО РУЛЯ
С. Б. Старцев, канд. техн. наук (ГНЦ ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова) удк 629.5.061.11-752.2
Взаимодействие корабельных рулей и стабилизаторов с гидродинамическим потоком является сложным процессом, вызывающим возмущения в следе корабля. Пограничный слой корпуса корабля, близкое расположение работающих движителей, режимы перекладки рулей, маневрирование корабля (ускорение, циркуляция, дрейф) — все это в совокупности влияет на характер пульсационных возмущений потока, натекающего на крыльевые органы управления движением корабля, и при определенных условиях приводит к вибрации крыльевых конструкций и генерации мощного широкополосного и дискретного шумоизлучений.
Для подавления интенсивности вибрации и колебаний крыльевых конструкций в судостроении применяется способ нарезки в их обшивке щелевых демпферов. Известны примеры использования этого метода и в архитектуре: один из наиболее ярких — решение проблемы вибрации 30-метрового меча скульптуры «Родина-мать» на Мамаевом кургане в Волгограде при помощи перфорации.
Демпферные прорези бывают различной формы: прямолинейные, круглые, дугообразные. Демпферы круглой формы являются технологически более простыми в изготовлении и поэтому применяются наиболее часто. Эффективность гасящего воздействия демпферов на вибрацию конструкции определяется их площадью и расположением. Практикой подтверждается влияние этих конструктивных мероприятий на устранение неблагоприятных условий взаимодействия рулей и стабилизаторов с потоком.
В настоящее время природа влияния щелевых демпферов в обшивке крыльев на дискретные пульсации скорости набегающего потока и общий уровень его возмущения до конца не изучена. Попытки объяснить физический процесс демпфирования колебаний крыльевых конструкций при их взаимодействии
с потоком базируются на двух основных гипотетических подходах:
щелевые демпферы рассматриваются как мощные вихревые источники, способные существенно изменять систему вихреобразования крыльевой конструкции;
из-за перетекания жидкости с нагнетающей стороны крыла на подсасывающую происходит нарушение энергетического баланса системы и, как следствие — снижение уровня интенсивности его вибрации и колебаний.
Для исследования влияний щелевых прорезей на уровень вибрации руля в лаборатории аэродинамики судов ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова проведен эксперимент. Для испытаний был выбран натурный объект, на котором уровень генерации возмущений потока вследствие вибрации руля был существенно снижен. Изготовленная модель рулевого комплекса состояла из руля, установленного на динамометре, и «наплыва», закрепленного на экране и повторяющего геометрию части борта корабля в районе рулевой ниши (рис. 1).
Модель имела симметричный нестандартный профиль с постоянной формой сечения по всему раз-
маху и относительной толщиной профиля 20%. Конструкция модели рулевого комплекса была изготовлена в полном соответствии с чертежами натурного объекта в масштабе 1:4.
Для сохранения динамического подобия процесса взаимодействия руля с потоком при разработке эскизов модели учитывались конструктивные особенности руля: наружная геометрия руля (форма в плане, профиль), геометрия и расположение щелевых демпферов в обшивке руля, внутренний набор с наличием вырезов в продольных и поперечных ребрах.
С каждой стороны обшивки модели было нарезано по семь щелевых демпферов (рис. 2), по форме представляющих три сквозные дугообразные щели с центровкой по окружности.
Испытания проводились в большой аэродинамической трубе и заключались в продувках модели при различных условиях взаимодействия ее с потоком. При этом варьировались значения угла атаки руля (а) от 0 до 30° и скорости потока в рабочей части трубы 15—45 м/с, соответствующие диапазону чисел Рейнольдса ^п) от 0,8-106 до 2,4106.
В ходе эксперимента определялись основные интегральные мо-ментно-силовые характеристики руля (Сх, Су, Сг, тх, ту, т2) и интенсивность вибрации модели А (дБ) в различных точках ее поверхности при открытых и закрытых демпферах.
проектирование судов
СУДОСТРОЕНИЕ 6'2000
Рис. 2. Схема расположения щелевых демпферов в обшивке руля:
1 — поперечные ребра; 2 — продольные ребра; 3 — баллер; О, O — демпферы на обшивке
Были получены экспериментальные зависимости снижения интенсивности дискретных колебаний руля ЛА от угла атаки а на различных частотах, выявившие наличие демпфирующего влияния щелевых прорезей на снижение уровня вибрации конструкции в широком диапазоне углов атаки — от 8 до 20°. Эффективность демпферов определялась сравнительной оценкой значений амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) вибрации руля, полученных при испытаниях с открытыми и закрытыми щелями, которая имела нарастающий характер при увеличении угла атаки с экстремальным значением при а = 16°.
При испытаниях АЧХ модели измерялись в диапазоне частот Л( в котором влияние внешних возмущений потока на интенсивность вибрации руля было наиболее ощутимо. Границы частотного диапазоне (0—50 Гц)
Рис. 3. Амплитудно-частотные характеристики вибрации руля с закрытыми (7) и открытыми (2)
демпферами
определялись значениями собственных частот модели, имеющими три характерные величины при вращательных колебаниях относительно координатных осей (см. рис. 2): 1) продольной ОХ — (1 = 12,8 Гц; 2) поперечной ОZ — ^ = 16,3 Гц; 3) вертикальной ОУ — (3 = 31,8 Гц. Пример спектральных зависимостей интенсивности вибрации руля А от частоты ( полученных при открытых и закрытых демпферах, представлен на рис. 3.
Сопоставление функций А(() при наличии и отсутствии демпферов показало, что для исследованного варианта перфорации обшивки снижение интенсивности вибрации руля за счет влияния демпфера достигает 6—7 дБ.
Анализ полученных результатов аэродинамических характеристик руля позволяет сделать вывод,
что влияние демпферов на их значения ничтожно мало. Это свидетельствует о том, что применение демпферной перфорации в обшивке крыльевых конструкций с целью снижения интенсивности вибрации не отражается на эффективности их основных функций.
Заключение. Проведенные экспериментальные исследования позволили выявить, что щелевые демпферы в обшивке руля снижают интенсивность его вибрации в широком диапазоне углов атаки и не оказывают существенного воздействия на стационарные аэродинамические характеристики руля. Полученные данные позволяют рекомендовать применение демпферной перфорации в обшивке рулей для снижения уровня их вибрации и колебаний фактически без изменения эффективности их целевого назначения.
ВОДОЛАЗНЫЕ КОНТЕЙНЕРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ Н. А. Ильин (ГУП ЦМКБ «Алмаз»)
Поводом для написания статьи послужило техническое предложение на создание для РАО «Газпром» автономного водолазного комплекса «АВК-60 Арктика» для выполнения работ на глубинах до 60 м в морях Северного Ледовитого океана с ледовых полей, плавающих и стационарных буровых платформ, с судов и плавсредств.
Потребность в выполнении экстренных водолазных работ в удаленных в районах Мирового океана и на внутриконтинентальных водных бассейнах, где по тем или иным причинам не могут использоваться водолазные суда, привела к созданию водолазных контейнерных комплексов. Все оборудование водолазного комплекса или отдельные его ча-
сти (барокамера, система газоснабжения, пульт управления и др.) размещаются в контейнерах и представляют собой полностью укомплектованные изделия (блоки), которые доставляются к месту работ и там собираются в комплекс. Контейнерные комплексы могут использоваться и как стационарные на судах, морских буровых платформах и других плавсредствах.
Суровые гидрометеорологические условия Арктики диктуют необходимость защиты водолазов и технических средств от воздействия осадков, ветра до 35 м/с, низких
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.