CC BY
1
5. Probabilistic Robotics / T. Sebastian, B. Wolfram, D. Fox, R.C. Arkin // MIT press, 2005.
6. Михайлов Г.А., Войтишек А.В. Статистическое моделирование. Методы Монте-Карло: учебное пособие для вузов. Москва: Издательство Юрайт, 2019. 323 с.
Сладкова Любовь Александровна, д-р техн. наук, профессор, rich. cat2012@yandex. ru, Россия, Москва, Российский университет транспорта,
Пшибиев Артур Мартинович, аспирант, [email protected], Россия, Москва, Российский университет транспорта
ALGORITHM FOR LOCALIZATION OF AN AUTONOMOUS SERVICE ROBOT-NAVIGATOR ON MEKANUM WHEELS
IN THE ENVIRONMENT OF MOVING OBJECTS
A.M. Pshibiev, L.A. Sladkova
The identification of the signal perceived by a robot on mecanum wheels when moving in a confined space with obstacles is based on a probabilistic model of robot motion with differential kinematics. To solve the problem, an adaptive Monte Carlo algorithm based on a particle filter on a predetermined map of the room plan was used. The proposed algorithm is developed for localization based on a particle filter using its own motion model. The parameters of the motion model were selected on the basis of particle distribution experiments in the simulation model.
Key words: algorithm, localization, navigation, artificial intelligence, numerical method, model, numerical experiment, robot navigator, moving medium.
Sladkova Liubov Aleksandrovna, doctor of technical sciences, professor, rich. cat2012@yandex. ru, Russia, Moscow, Russian University of Transport,
Pshibiev Artur Martinovich, postgraduate, [email protected], Russia, Moscow, Russian University of Transport
УДК 621
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-5-539-540
ПРИМЕНЕНИЕ СТРУЙНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ НА ФЛОТЕ
Д.И. Осовский, Б.Н. Придворов
В статье рассотрены вопросы повышения эффективности судовых технических средств за счет струйной механизации. Произведена оценка эффективности применения струйной механизации для гребного винта, рулевого устройства, промысловых орудий лова. Сделаны предложения по применению струйной механизации при проведении спасательных работ.
Ключевые слова: винт, рулевое устройство, орудие лова, водомерка, лыжа, струя, струйная.
Струйная техника, отрасль гидро - и пневмоавтоматики, разрабатывающая устройства (элементы), в которых для передачи и преобразования сигналов используют явления, возникающие при взаимодействии течений (струй) жидкости или газа (направленное отклонение одной струи под действием другой, направленной под углом).
Улучшение гидродинамических характеристик гребных винтов за счет струйной механизации. Развитие современного судостроения характеризуется повышением скорости судов и значительным увеличением мощностей, подаваемых к гребным винтам. При этом предъявляются жесткие требования к экономичности флота (затраты на топливо), уровню шумов и вибрации, создаваемых движителями, и их эксплуатационной надежности.
Экономическая эффективность эксплуатации морских судов напрямую зависит от эффективности работы их энергетических установок. Влияние различных параметров на КПД энергетических установок настолько значимо, что увеличение КПД движителя на 0,5 % приводит к значительной экономии средств, потребных для эксплуатации судна. Все это в сочетании с реальными условиями работы гребных винтов в неравномерном попутном потоке жидкости за корпусом судна обусловливает высокий уровень требований, предъявляемых к конструкции движителей.
Кавитация - явление парообразования, возникающее при понижении давления до давления насыщения паров вблизи поверхности тел, движущихся с большими скоростями. Результатом парообразования является образование каверн, заполненных парами среды. При перемещении каверн в область высокого давления происходит схлопы-вание пузырьков с гидродинамическим ударом по поверхности тела (Р > 104 МПа). Последствиями кавитаций является накопление микротрещин, потеря прочности и разрушение поверхности тела.
Кавитация оказывает отрицательное влияние на гребной винт. При возникновении и протекании кавитаци-онных процессов на поверхности лопастей судового движителя наблюдается снижение коэффициента подъемной силы, коэффициента упора, КПД гребного винта, снижение ресурса эксплуатации [1].
Одним из методов снижения интенсивности эрозионных повреждений является метод использования повышения давления в кавитационной полости при помощи подачи в нее газа. Ряд экспериментов показал, что подача воздуха в месте возникновения кавитации снижает интенсивность эрозии и даже может полностью остановить ее развитие. При этом механизм защитного действия газа сводится к амортизирующему эффекту при схлопывании кавита-ционных полостей (рис. 1).
Для снижения влияния кавитации с целью управления режимами работы гребного винта предлагается установить на переднюю кромку засасывающей поверхности лопасти гребного винта сопловой аппарат, предназначенный для выдува струй жидкости или газа по поверхности лопасти [2].
539
Рис. 1. Образование вихрей на гребном вишне: 1 - свободные, или концевые, вихри; 2 - несущий вихрь
(циркуляция вокруг лопасти)
Выдув струй газа вдоль поверхности лопасти позволяет уменьшить влияние кавитации за счет сноса кави-тационных дорожек, образующихся на концевых кромках гребного винта. Охлопывание кавитационных каверн происходит вне диска гребного винта, что приводит к сохранению гидродинамических характеристик движителя и повышению его ресурса.
Установка соплового аппарата и оборудования для выдува струй жидкости или газа вдоль поверхности лопасти возможна как на вновь строящемся судне, так и на судне, нуждающемся в капитальном ремонте с заменой или ремонтом элементов пропульсивного комплекса.
Экспериментальные и теоретические исследования струйной механизации. Дальнейшее рассмотрение эффекта струйной механизации позволяет предположить, что изменение параметров среды, выдуваемой через сопловой аппарат, изменяет гидродинамические характеристики гребного винта и влияет на создаваемый движителем упор, момент и КПД. Для оценки такой возможности разработана математическая модель гребного винта, оборудованного струйной механизацией, и проведены эксперименты в гидродинамической трубе по исследованию работы гребного винта со струйной механизацией.
Для определения гидродинамических характеристик гребных винтов со струйной механизацией был создан специальный стенд - гидродинамическая труба [3], оборудованная устройствами для обеспечения выдува струй жидкости или газа через сопловой аппарат на всасывающую поверхность лопасти винта.
Экспериментальная установка состоит из замкнутой трубы, обеспечивающей циркуляцию воды по контуру, электрического привода гребного вала, сменных экспериментальных гребных винтов, оборудования для измерения показателей работы гребного винта в потоке жидкости (см. рис. 2). Для исследования гидродинамических характеристик использовалось следующее оборудование:
1. Тензостанция с оборудованием для определения параметров с датчиков, установленных в гидродинамической трубе, и тензодатчиков, установленных на электродвигателе для снятия моментных характеристик.
2. Датчик оборотов гребного винта.
3. Устройство для выдува/вылива жидких и газообразных сред с измерением показателей, характеризующих выдуваемую/выливаемую среду (скорость, давление, температура).
4. Устройство для удаления излишков жидкости или газа из гидродинамической трубы при проведении эксперимента (редукционный клапан).
5. Записывающая аппаратура (видеокамера).
6. Устройство для обеспечения освещения при контроле процесса протекания режима кавитации.
В соответствии с теоремой Н. Е. Жуковского подъемная сила, возникающая на элементе крыла бесконечного размаха, определяется через циркуляцию скорости Г вокруг этого элемента.
У = р •ио ГЬ, (1)
где У -подъемная сила лопасти; р - плотность жидкости; Ио - скорость набегающего потока; Г - циркуляция скорости течения жидкости вокруг лопасти винта; Ь - характерный линейный размер (размах).
Безразмерная интенсивность вихря определяется по формуле:
Г = ио • Г • Ьо, (2)
где Ьо - характерный линейный размер (хорда).
Зная циркуляции присоединенных вихрей лопасти винта и струи, получаем систему управления (3).
(аЭои)* I Г*' .(а? ±СГ■ т" ; = Е ± -—
* * 1 ~ - аР- Эр-
где Ч, = /,2,„„п
где Ъ - означает суммирование по всем вихрям; Г ч'ц - циркуляция ¡х - того вихря при - том кинетического траса и
метра; йт - нормальная к базовой поверхности составляющая скорости индуцируемой ц - тым вихрем в V- той контрольной точке; б • м ц Пу - нормальная к базовой поверхности составляющая скорости индуцируемой в V - той
контрольной точке вихрем симметричным ц - тому; —^—- и-— - (аналогично ц и б • нормальные
составляющие индуцированной скорости от вихревой пелены.
Рис. 2. Схема гидродинамической трубы: 1 - гидродинамическая труба; 2 - смотровые окна; 3 - валопровод; 4 - гидрофор; 5 - электродвигатель постоянного тока; 6 - гребной винт; 7 - трубопровод подвода сжатого газа к гидрофору; 8 - трубопроводы подвода воды к гидрофору и к трубе; 9 - трубопровод слива воды из гидродинамической трубы; 10 - щит управления электродвигателем; 11- фланец соединительный гидродинамической трубы; 12 - опорные фундаменты для установки трубы; 13- манометр давления жидкости; 14 - манометр давления
жидкости в трубе до гребного винта; 15 - редукционный клапан давления воздуха гидрофора; 16 - фильтр тонкой очистки для воды, поступающей в гидрофор; 17 - экспериментальный стенд для исследования руля со струйной механизацией; 18 - гидроцилиндры
Распределенную гидродинамическую нагрузку, используя формулы (1), (2), (3), определяем по теореме Н. Е. Жуковского в «малом» [5].
С =1.-(С' •о.+С*' -а )
J (4)
где qi = {а, шг, шх, шу, 8,8} - виды рассматриваемых задач.
Моделирование выполнено на основе общего численного метода для лопасти в потоке идеальной жидкости [4]. Обтекание передней кромки считается плавным.
Уравнение поверхности представляется в виде:
(5)
где 'л = Z = Z = b - характерный линейный размер (корневая хорда); fei ( Z ; - заданная функция, характеризующая вид деформации; Si - масштаб деформации; n - число видов деформации.
Граничным условием для поверхности (5) является условие плавного обтекания его поверхности. Тогда выражение для возмущенной скорости будет иметь вид:
и,
(6)
масштаб
где W - возмущенная скорость, вызванная в контрольной точке; ио - скорость в возмущенной среде; 81 деформации.
На заданной кромке должно выполняться условие о плавном сходе струй с задней кромки. Для плавного обтекания передней кромки или для безударного входа потока на лопасть необходимо соблюдение на передней кромке условия Чаплыгина-Жуковского. Для нахождения распределения напряженности циркуляции вихревой поверхности непрерывное изменение циркуляции вдоль базовой плоскости приближенно заменяется ступенчатым, а вихревой слой на ней считается состоящим из системы присоединенных косых подковообразных вихрей. Увеличив число дискретных вихрей в системе, можно с любой точностью воспроизвести непрерывный вихревой слой [6].
При безударном входе потока следует ввести в расчетную схему дополнительные контрольные точки на передней кромке и удовлетворить граничным условиям о непротекании базовой плоскости в расположенных на ней контрольных точках:
I
(7)
где Tj* - циркуляция j - oro дополнительного вихря; rj' - циркуляция j - oro основного вихря; Wnj ' - скос потока в ' - ой контрольной точке от j - oro вихря; (§) к - масштаб сопряженной деформации к сечениям панелей.
о
Для расчета лопасть винта и струя заменяются пространственной вихревой поверхностью соответствующей формы, от которой осуществляется переход к системе дискретных стационарных косых подковообразных вихрей.
Скорость, вызванная в некоторой точке (Ха, Ya, Za) всей вихревой системы лопасти и струи, определяется
в виде [1]:
На лопасти и на струе должно соблюдаться условие о плавном обтекании всех элементов винта.
W„o = О (9)
Используя граничные условия (6), (7) и выражение (8), с учетом условия плавного обтекания (9) можно получить систему линейных алгебраических уравнений для вычисления безразмерных циркуляций присоединенных вихрей лопасти и струи.
'а-I V
2 па, для лопасти
2 п (а + 0у8 рр - 1), для струи
(V = 1,2 + 2и, 1 < Р < N. в = п + 1, п + 2, ... 2п), (10)
где 0у8 рр - 1 - местный угол наклона струи, который можно выразить через циркуляции присоединенных вихрей струи в виде:
е"*-' = е ——— 2 г"*-'.
ср», ' м
Зная циркуляции присоединенных вихрей лопасти винта и струи (10), распределенную гидродинамическую нагрузку определяем по теореме Н. Е. Жуковского в «малом» (4). Гидродинамические коэффициенты выразим через их производные и кинематические параметры:
Су = • а + С® • 0; ш, = • а + т® • 0, где С", С®, т", т® - производные гидродинамических коэффициентов по кинематическим параметрам а и 0.
Экспериментальная проверка полученных результатов моделирования произведена в кавитационной гидродинамической трубе.
Применение струйной механизации на судах. Применение струйной механизации на промысловом судне позволило получить результаты, представленные на рис. 3, 4.
Применение струйной механизации судах морского флота позволяет увеличить эффективность эксплуатации судовых энергетических установок за счет [2]:
- повышения упора гребного винта на 7 - 10 % за счет создания дополнительной подъёмной силы;
- улучшения гидродинамическими характеристиками гребных винтов на нерасчетных режимах работы, заключающиеся в повышении КПД движителя на 5 - 7 %;
- снижения эффекта кавитации и гидродинамической эрозии гребных винтов, увеличения запаса по кавитации на 3 - 5 %;
- увеличения ресурса использования гребных винтов, сохранения проектных характеристик в эксплуатационный период, за счет снижения скорости повышения шероховатости гребных винтов;
- снижения скоростей и степени обрастания гребных винтов во время использования судов в низких широтах, за счет обмыва гребного винта во время стоянки.
Рис. 4. Ограничение по кавитации грибного винта до и после струйной механизации
542
Применение струйной механизации для повышения манёвренности судов [7]. Чтобы повысить маневренность на малых и предельно малых скоростях, а также уменьшить расход топлива, предлагается применить струйную механизацию руля судна - выдув (вылив) струй жидкости на поверхность руля и корпуса судна в носовой части.
Рассмотрим силы, действующие на перо руля судна (рис. 5). Гидродинамическая сила Р пропорциональна площади пера руля и квадрату скорости набегающего потока [3].
Разработанная Н. Е. Жуковским аэродинамическая теория крыла с большей точностью определяет силы, возникающие при обтекании воздухом или водой крыла любого профиля и формы. В соответствии с этой теорией нормальная составляющая давления на перо руля, выражаемая в ньютонах, будет равна:
P = (Cycosa + Cxsi„a) • P • Sv2 (11)
2
где Су - безразмерный коэффициент поперечной или подъемной силы; Сх - безразмерный коэффициент лобового сопротивления; а - угол между плоскостью пера и направлением движения, или угол атаки (в частном случае прямолинейного движения судна он равен углу перекладки); р - плотность воды, кг/м3; S - площадь руля, м2; V - скорость судна, м/с.
Значения коэффициентов Су и Сх в формуле (11) зависят от относительной толщины и аэродинамического удлинения руля, угла атаки и т.д. [7].
Физический принцип струйной механизации крыла заключается в увеличении циркуляции скорости Г = ^ Vi Ш по контуру Ь обтекаемого профиля, которая является причиной возникновения гидродинамической силы, действующей на крыло (перо руля) в потоке в соответствии с формулой Н. Е, Жуковского [3]:
Р = р • ио • Г • Ь (12)
где р - плотность жидкости; ио - скорость набегающего потока; Г - циркуляция скорости течения жидкости вокруг лопасти винта; Ь - протяженность обтекаемой поверхности поперек потока (например, размах крыла).
При струйной механизации руля силы, действующие на перо руля, будут выглядеть следующим образом
(рис. 6).
За счет выдува (вылива) струй из передней части пера руля по касательной к подсасывающей поверхности увеличивается циркуляция скорости.
р- г+ьг
Рис. 6. Силы, действующие на перо руля при струйной механизации
Согласно формуле (12) растет гидродинамическая сила Р и становится равной Р'. Создается дополнительная боковая сила ДГ, а значит, увеличивается вращающий момент относительно вертикальной оси (центра масс судна). При этом уменьшается сила лобового сопротивления К (она будет равна К - ДК).
За счет выдува струй из задней кромки пера руля (в плоскости оси руля) и выдува струй вдоль верхней и нижней кромки пера руля (перпендикулярно нагнетающей поверхности) происходит уменьшение индуктивного сопротивления (уменьшение на торцевых кромках пера руля перетекания с нагнетающей на подсасывающую поверхность) и увеличение эффективной площади руля, что также приводит к росту боковой силы Г, но при этом также растет и сила сопротивления движению судна К.
На рис. 7 изображено судно в установившемся режиме циркуляции. Равнодействующая сил дрейфа Кд вместе с силой Р создают момент, вызывающий появление угловой скорости. Мин и Мд - инерционный и гидродинамический моменты, препятствующие вращению.
При выдуве струй по касательной к корпусу в носовой части (см. рис. 7) корпус судна можно рассматривать как крыло, тогда нагнетающая поверхность будет по левому борту, а подсасывающая - по правому борту. За счет
возникающей при этом силы Е также увеличивается вращающий момент, что положительно влияет на поворотливость судна проекции сил Р' и F на ось у - ДРу и Еу, образуют дополнительную пару сил, благодаря которой увеличивается угловая скорость поворота судна ю).
Выдув струй воды осуществляется при небольших отклонениях руля и при неподвижном руле и может обеспечить устойчивость судна на курсе. На большой скорости использование струйной механизации позволяет максимально ограничить использование рулевого привода (ввиду увеличения рыскливости).
Жидкость, нагнетаемая насосом, по трубопроводам подается в каналы, идущие вдоль пера руля и вдоль корпуса судна. Эти каналы имеют щелевые сопла, обеспечивающие выдув жидкости и увеличение кинетической энергии потока, обтекающего руль и корпус судна.
В следующей публикации будут представлены уравнения динамики движения судна со струйной механизацией для создания новой системы управления судном.
Струйные распорные устройства многоцелевого назначения. По данным опытов, частичное закрытие устья трала перед началом выборки ваеров позволяет снизить нагрузки в ваерах в среднем на 30 % и увеличить скорость выборки на 16 %. Полное закрытие устья трала по горизонтали привело к снижению нагрузки в ваерах во время выборки в среднем на 45 % при увеличении скорости выборки на 35 %. При этом, если при подъеме раскрытого трала мощность траловой лебедки использовалась на 85 %, то при подъеме закрытого трала в силу конструктивных особенностей дроссельной системы управления гидромоторами лебедки она была загружена лишь на 50 %. Очевидно, что полное использование мощности лебедки позволило бы при подъеме закрытого трала довести скорость выборки вае-ров до 150 м/мин.
Данные распорные устройства принципиально отличаются конструкцией от других устройств с возможностью регулирования угла атаки тем, что имеют приспособление, которое изменяет боковую подъемную силу в зависимости от раскрытия переднего входного отверстия (кромки).
Данная модель состоит из двух распорных устройств (рис. 8), которые представляют собой полотнище в виде гидродинамического профиля 1, выполненного из эластичного тканевого материала, не теряющего своей эластичности при намокании в морской воде (например, дакрон, ткани типа «болонья», прорезиненные ткани и т.д.).
Рис. 8. Струйное распорное устройство: а - конструкция; 1 - гидродинамический профиль; 2 - основание;
3 - передняя (входная) кромка; 4 - задняя (выходная) кромка; 5 - исполнительно-спусковой механизм;
6 - конструкция устройства при полном открытии передней кромки
Основание гидродинамического профиля 2 состоит из нержавеющей пластины, заключенной в капролок-тановую оболочку для защиты от внешней среды и износа.
Передняя (входная) кромка 3 данного устройства изготовлена из капролоктана, внутри которого находится тросик для изменения площади входного отверстия. Основанием является гибкое капролоктановое полотно.
Задняя (выходная) кромка 4 данной распорной доски изготовлена из армированной капролоктановой пластины и представляет собой два полукольца меньшего радиуса с незакрепленной внутренней частью полуколец.
Площадь самого щитка и радиусы полуколец подбираются экспериментально для создания наибольшей боковой силы при соответствующей скорости траления.
Для создания гидродинамического профиля при всех скоростях траления и уменьшения сопротивления
движению задняя кромка экспериментально тарируется для выпуска жидкости, нагнетаемой во внутрь профиля и при большой скорости движения, дающая возможность выхода жидкости (воды) через заднее выходное устройство.
Входное отверстие может принудительно по сигналу изменять свою площадь вплоть до полного закрытия входной кромки и исключения его из работы.
Такой адаптивный профиль позволяет создавать максимальную гидродинамическую силу, не увеличивая сопротивление движению при больших скоростях траления за счет выпуска жидкости из задней кромки крыла.
Данный щиток позволяет сократить расходы топлива при тралении на различных скоростях ввиду возможности создания большой гидродинамической силы, не увеличивая сопротивление движению.
Боковая сила, создаваемая за счет данных распорных устройств, зависит от вида (размеров) трала и от усилия раскрытия устья трала, а также от количества раскрываемых щитков и дальнейшем их закрытии.
Командно-передающее устройство, приемно-усилительное устройство и их линия связи предназначены для передачи и приема командного сигнала на открытие и закрытие тралового устройства. Исполнительно-спусковой механизм 5 открывает переднюю кромку гидравлического профиля до оптимальной для режима траления величины до минимально возможной, когда передняя кромка прикрыта и, следовательно, сопротивление трала значительно снижается.
Возвратное устройство предназначено для прикрытия или полного закрытия входного отверстия распор-
ного устройства в исходное положение после того, как процесс выборки ваеров будет закончен. Целесообразно, чтобы все операции как по изменению площади входного отверстия профиля, так и по возвращению всего устройства в исходное положение выполнялись без применения ручного труда или с минимальными его затратами, если это экономически оправдано.
Принципиальная схема командной системы устройства определяется, прежде всего, видом линии связи. В
принципе возможны три варианта связи: гидроакустическая, кабельная и с помощью посыльных (по ваерам) грузов или гидродинамических снарядов. Учитывая современное развитие приборной техники и телеметрии в океаническом рыболовстве, предпочтение необходимо отдать гидроакустическому и кабельному каналам связи.
Воздушно лыжная опора с воздушной смазкой. Лыжа с воздушной смазкой состоит из ресивера, в который подается воздух из баллонов или газ после турбины газотурбинного двигателя.
К ресиверу крепятся съемные пластины с закрепленным, и на них гладкими прутками, разрезанными по диаметру вдоль прутка. Прутки имеют различный диаметр и расположены на съемных пластинах в следующем порядке:
- на внешней стороне слева и справа крепятся прутки большего диаметра;
- ближе к середине - еще два прутка меньшего диаметра;
- в середине подошвы - еще меньший диаметр.
В каждом прутке сделаны сверления и выполнены плоские сопла. Сопла выполнены таким образом, что
выдув, происходит вдоль подошвы (сменной пластины) и за счет импульса струи как бы отсекает грунт от подошвы. Таким образом, снижается трение между грунтом и подошвой лыжи, что позволяет передвигать тяжелые грузы по грунту с малой прочностью (см. рис. 9).
При движении по грунту без выдува сопла практически не забиваются. При последующей подаче воздуха сопла моментально очищаются.
Для движения по льду в лыжу подается горячий воздух после турбины. Горячий воздух, выходя из сопел, уменьшает трение между льдом и подошвой.
А воздух, вырываясь из-под лыжи через боковые стенки (скеги), частично подтапливает лед, создавая
смазку водой, и создает как бы направляющие, препятствующие боковому перемещению, что создает хорошую управляемость по льду.
Данная лыжа может быть использована для создания спасательного аппарата типа «Водомерка» для спасения рыбаков на льду.
Спасательные средства. Для спасения людей на льду в проруби, а также на тонком льду с полыньями необходим такой спасательный аппарат, который мог бы соответствовать следующим требованиям:
- конструкция должна быть легкая;
- конструкция должна быть прочная;
- лыжные опоры должны скользить по льду, при этом не примерзать и не иметь бокового смещения;
- площадь опоры должна быть значительная, но иметь минимальный вес и С опоры меньше 3;
- на каждой опоре должны находиться надувные поплавки из легкой прорезиненной ткани;
Рис. 9. Лыжа с воздушной смазкой
- при всех накаченных поплавках спасательный аппарат должен находиться на плаву, с учетом следующей
нагрузки:
1. Водитель и 2 пассажира.
2. Бензобак с запасом топлива на 100 км пути:
- при максимальном расположении опор максимальный радиус должен составлять не менее 5 м;
- двигатель должен быть турбовинтовой авиационный с возможностью отбора горячего воздуха после турбины двигателя.
Горячий воздух поступает по трубкам из титана, которые являются силовыми элементами конструкции, в опоры и лыжи с воздушной смазкой.
Лыжи выполнены из титановых труб половинчатого сечения, максимальная длина каждой лыжи 1 тыс. мм
(рис. 10).
Рис. 10. Водомерка
Общее количество опор 10 шт. - по 3 шт. слева и справа и по две спереди и сзади.
Выпуск и уборка лыжных опор производится с помощью единой управляемой лебедки с трособлочным исполнительным механизмом.
В собранном состоянии К общ. не более 2 м (крейсерская компоновка).
Лебедка для спасения утопающего должна быть электрическая с питанием от генератора, установлена на
двигателе.
Запас троса - не менее 10 м.
На конце трос должен быть оборудован специальным спасательным поясом крючком, а также надувным поясом со специальными захватами, в случае нахождения спасаемого в коме.
После подъема спасаемого предусмотреть его расположение на подвесной тканевой подвеске для транспортирования.
Приборное оборудование должно соответствовать современным требованиям и дополнительно иметь радиомаяк, радиостанцию, ракетницу, радиокомпас, аптечку.
Заключение. Применение различных видов струйной механизации на судах флота требует тщательной проработки возможности и эффективности данных устройств для ее установки.
Важно одно, что струйная механизация позволяет адаптировать руль, винт, судно, устройства для лова рыбы, спасательные устройства к различным условиям эксплуатации и режимам работы, используя адаптивные системы управления.
Примером для всех адаптивных систем является создание природой объекта жизненной флоры и фауны.
Список литературы
1. Осовский Д.И. Кавитационная эрозия гребных винтов / Д. И. Осовский, А. С. Шаратов // Рыбное хозяйство Украины. 2007. №1, 2 (48, 49). С. 32-36.
2. Осовский Д.И. Управление гидродинамическими характеристиками гребных винтов / Д.И. Осовский, А.С. Шаратов // Рыбное хозяйство Украины. 2007. №3 (50). С. 25-28.
3. Осовский Д.И., Шаратов А.С. Определение гидродинамических характеристик гребного винта, оборудованного струйной механизацией при проведении опыта в гидродинамической трубе // Рыбное хозяйство Украины. Керчь. 2008. №3(53)2008. С. 37-41.
4. Шаратов А.С. Струйное воздействие на динамику гребного винта // Весник двигателестроения. 2010. вып. №2(23). С. 82-85.
5. Белоцерковский С.М. Тонкая несущая поверхность в дозвуковом потоке газа. М.: Наука. 1965.
216 с.
6. Ганиев Ф.М. Метод расчета аэродинамических производных летательного аппарата при разрешениях части несущей поверхности. Научно-методические материалы по аэродинамике летательных аппаратов // Издание ВВИА имени проф. Н. Е. Жуковского, №235 (8). С. 25-28.
7. Осовский Д.И. Применение струйной механизации для повышения маневренности судов / Д. И. Осовский, О. Э. Ибрагимов // Рыбное хозяйство Украины. 2011. №5 (76). С. 45-47.
Осовский Дмитрий Иванович, канд. техн. наук, доцент, к£тШ@к£тШ. ги, Россия, Керчь, Керченский государственный морской технологический университет,
Придворов Богдан Николаевич, аспирант, Россия, Керчь, Керченский государственный морской технологический университет
THE USE OF JET MECHANIZATION IN THE FLEET
D.I. Osovsky, B.N. Pridvorov
The article considers the issues of increasing the efficiency of ship's technical means due to jet mechanization. An assessment of the effectiveness of the use ofjet mechanization for a propeller, rudder, and fishing gear was made. Proposals have been made for the use ofjet mechanization during rescue operations.
Key words: screw, steering gear, fishing gear, water skimmer, ski, jet, jet.
Dmitry Ivanovich Osovsky, candidate of technical sciences, docent, kgmtu@kgmtu. ru, Russia, Kerch, Kerch State Maritime Technological University,
Bogdan Nikolaevich Pridvorov, postgraduate, Russia, Kerch, Kerch State Marine Technological University
УДК 62-567
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-5-547-548
АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТИ МОДЕЛИ ТРОСОВОГО АМОРТИЗАТОРА В ВИДЕ СИСТЕМЫ ВЗАИМНО ПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫХ ПРУЖИН ПРИ СТАТИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
С.В. Доронин, Е.М. Рейзмунт
Рассмотрены теоретические предпосыглки моделирования амортизатора системой перпендикулярных пружин и их обоснованность для тросовых амортизаторов. В основе лежат предположения о взаимной перпендикулярности осей пружин и о сопротивлении деформированию амортизатора только той пружины, вдоль оси которой действует сила. На нескольких простых схемах деформирования пружин продемонстрировано, что пружины работают не на том участке нагрузочной диаграммы, который соответствует приложенной нагрузке, нарушается условие взаимной перпендикулярности пружин и нагрузка распределяется между всеми пружинами. С целью оценки погрешности исследована конечно-элементная модель тросового амортизатора в виде трех взаимно перпендикулярных пружин с индивидуальными характеристиками жесткости, соответствующими паспортным нагрузочным диаграммам. В результате численного нелинейного анализа модели установлено, что при статическом расчете при действии сил инерции нарушаются предположения, положенные в ее теоретическое обоснование. Расчетные оценки прогибов оказываются заниженными по сравнению с фактическими для разных случаев нагружения на 19...34 %. При этом разница между расчетным и фактическим прогибом, определяемым паспортной нагрузочной диаграммой, растет с увеличением приложенной нагрузки. Это существенно ограничивает применимость рассматриваемой модели.
Ключевые слова: тросовый амортизатор, статический расчет, конечно-элементная модель, паспортные нагрузочные диаграммы, пружинная модель амортизатора
Введение. Традиционно расчет систем амортизации на действие статических нагрузок выполняется на начальном этапе их разработки и предназначен для обеспечения рационального выбора количества и способа размещения амортизаторов в составе системы. Результатом расчета, заключающегося в составлении и решении системы уравнений равновесия, является отсутствие перекосов амортизируемого объекта, равенство прогибов амортизаторов при действии всего комплекса воздействий, сводимых к статическим нагрузкам [1, 2]. В качестве таких воздействий рассматривают собственный вес (всегда) и силы инерции вследствие линейных ускорений (в ряде случаев поступательного и вращательного движения). Если возможны произвольные направления действия сил инерции, применяются амортизаторы с пространственным восприятием нагрузок. Прогиб каждого амортизатора определяется его жесткостью и долей нагрузки, приходящейся на него в составе системы амортизации.
Прогибы определяются из решения уравнений равновесия [1], в которые входят жесткости амортизаторов. Если они нелинейны, получаем систему нелинейных уравнений равновесия, решаемых преимущественно известными численными методами вычислительной математики [3, 4]. При практическом решении инженерных задач расчета систем амортизации целесообразно и формулировку, и решение систем нелинейных уравнений осуществлять в рамках конечно-элементного подхода. Поэтому возникает вопрос о способе построения и анализа конечно-элементных моделей амортизаторов.
Для конкретизации дальнейших рассуждений далее будем говорить о тросовых амортизаторах (стальной трос используется в качестве упругого и демпфирующего элемента) с пространственным восприятием нагрузок. Нелинейность жесткостных характеристик, выражаемых нагрузочной диаграммой (зависимостью прогиба 5 от нагрузки К), является характерной особенностью амортизаторов этого типа [5].
Известны два принципиально различных подхода к построению конечно-элементных моделей тросовых амортизаторов. Первый стал возможен вследствие интенсивного развития численных методов и роста производительности вычислительной техники и заключается в детальном воспроизведении геометрии (пространственной конфигурации) троса в составе амортизатора и допускает разные варианты построения модели троса (использование балочных [6] или трехмерных сплошных [7-9] конечных элементов), отличающиеся способами учета структуры и свойств элементов троса (проволочек и прядей). Этот подход характеризуется большой размерностью численных моделей и высокими требованиями к вычислительным ресурсам, что делает затруднительным полномасштабное моделирование тросовых амортизаторов при инженерных расчетах систем амортизации.
Второй подход основан на представлении амортизатора в виде трех взаимно перпендикулярных пружин с индивидуальными характеристиками жесткости [10, 11]. Эти характеристики описываются тремя (в предположении
547
