Operation of Maritime Transport

Эксплуатация морского транспорта

1992-8181

53599

10.34046/aumsuomt90-l 1

Раздел 3 СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ, СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА

ON BOARD POWER PLANTS, SYSTEMS AND DEVICES

Раздел 3 СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ, СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА

Verification of the hypothesis of jet the impact of additional water supplied to the blades of the propeller

Проверка гипотезы дополнительного струйного воздействия воды, подаваемой через щелевую насадку на лопасти гребного винта

Шаратов

Алексей Сергеевич S

Sharatov

A S

seykgmtu@gmail.com;relicts@yandex.ru

ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический университет» ru ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический университет» ru

25 03 2019

1 67 76 20 03 2019 20 03 2019

https://aumsu.editorum.ru/en/nauka/article/53599/view

В статье анатизируется возможность повышения эффективности гребного винта, как одного из основных направлений совершенствования главной энергетической установки. Требования конвенции МАРПОЛ-73 с поправками и необходимость адаптации главной энергетической установки под изменяющиеся условия эксплуатации требуют совершенствования конструкции гребного винта фиксированного шага. В статье изложены результаты исследования обтекания профиля лопасти гребного винта, с подачей дополнительной воды вдоль хорды, касательно засасывающей поверхности. Данная работа является адаптацией применяемой в авиации метода повышения подъемной силы путем сдува пограничного слоя и реактивного закрылка. Величина подъемной силы оказывает существенное влияние на гидродинамические характеристики гребного винта. Выполнено численное моделирование профиля лопасти гребного винта в сжимаемой и несжимаемой средах, а также расчет параметров профиля NACA-0012 с подачей дополнительной воды. Результаты моделирования подтверждены путем сравнения с известными результатами моделирования для сжимаемых сред и экспериментальными данными. Доказана возможность повышения эффективности гребного винта за счет струйной подачи дополнительной воды на подсасывающую поверхность лопасти вдоль хорды. Результаты работы могут быть использованы с целью управления режимом работы главного двигателя, путем изменения упора и гидродинамического момента сопротивления вращению гребного винта.

The article analyzes the possibility of increasing the efficiency of the propeller as one of the main directions of improving the main power plant. The requirements of the MARPOL-73 Convention as amended and the need to adapt the main power plant to changing operating conditions require improvement of the fixed-pitch propeller design. The article presents the results of the study of the flow profile of the propeller blade, with the supply of additional water along the chord, concerning the suction surface. This work is an adaptation of the method used in aviation to increase lift by blowing the boundary layer and the jet flap. The magnitude of the lift has a significant impact on the hydrodynamic characteristics of the propeller. The numerical simulation of the propeller blade profile in compressible and incompressible media is performed, as well as the calculation of the parameters of the profile NACA-0012 with additional water supply. The simulation results are confirmed by comparison with known simulation results for compressible media and experimental data. The possibility of increasing the efficiency of the propeller due to the jet supply of additional water to the suction surface of the blade along the chord is proved. The results of the work can be in order to control the mode of operation of the main engine, by changing the stop and the hy drodynamic moment of resistance to the rotation of the propeller.

главная энергетическая установка винт лопасть профиль струйное воздействие численное моделирование

main propulsion propeller the blade the profile of the jet impact numerical simulation

Иванченко. А. А. Обзор опыта совершенствования конструкции и применения движительньгх систем в современном судостроении / А. А. Иванченко, В. А. Шишкин, В. Н. Окунев // Весшик государственного университета морского и речного флота им. адмирала С О. Макарова. -2016,-№4 (38).-С. 156-176.

Ivanchenko. A. A. Obzor opyta sovershenstvovaniya konstrukcii i primeneniya dvizhitel'n'gh sistem v sovremennom sudostroenii / A. A. Ivanchenko, V. A. Shishkin, V. N. Okunev // Vesshik gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota im. admirala S O. Makarova. -2016,-№4 (38).-S. 156-176.

Carlton, J. S. Propeller Performance Characteristics In Marine Propellers and Propulsion / J. S. Carlton. -Buttenvorth-Heinemaim: Elsevier Ltd, - 2012. - 3nd ed. - Pp. 79-136. DOI: 10.1016/B978-0-08-097123-0.00006-X.

Леонов, В. E. Исследование влияния параметров морского перехода на операционный коэффициент энергетической эффективности / В. Е. Леонов, В. В. Тимошенко // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2018. - №2(48). - С. 390-401. DOI: 10.21821/2309-51802018-10-2-390-401.

Leonov, V. E. Issledovanie vliyaniya parametrov morskogo perehoda na operacionnyy koefficient energeticheskoy effektivnosti / V. E. Leonov, V. V. Timoshenko // Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S.O. Makarova. - 2018. - №2(48). - S. 390-401. DOI: 10.21821/2309-51802018-10-2-390-401.

Шостак, В.П. Проектирование пропульсивной установки судов с прямой передачей мощности на винт учебное пособие / В.П. Шостак, В.И. Гершаник, В.П. Кот, Н.С. Бондаренко; под ред. B.П. Шостака. - Николаев: УГМТУ, 2003. - 500 с.

Shostak, V.P. Proektirovanie propul'sivnoy ustanovki sudov s pryamoy peredachey moschnosti na vint uchebnoe posobie / V.P. Shostak, V.I. Gershanik, V.P. Kot, N.S. Bondarenko; pod red. B.P. Shostaka. - Nikolaev: UGMTU, 2003. - 500 s.

Маницын, В В. Исследование режимов эксплуатации главного дизеля 5ДКРН50/110-2 танкера типа «Качининграднефть» с тремя вариантами гребных винтов /В.В. Маницын, Л. К. Капран, П. Старовойтова // Научные труды Дальрыбвтуза. -2016. - С. 99-110.

Manicyn, V V. Issledovanie rezhimov ekspluatacii glavnogo dizelya 5DKRN50/110-2 tankera tipa «Kachiningradneft'» s tremya variantami grebnyh vintov /V.V. Manicyn, L. K. Kapran, P. Starovoytova // Nauchnye trudy Dal'rybvtuza. -2016. - S. 99-110.

Антоненко, С. В. Судовые движители: учеб. посо бие / С. В. Антоненко. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007, -126 с.

Antonenko, S. V. Sudovye dvizhiteli: ucheb. poso bie / S. V. Antonenko. - Vladivostok: Izd-vo DVGTU, 2007, -126 s.

Shin, К. W. СГО analysis of cloud cavitation on three tip-modified propellers with systematically varied tip geometry / K. W. Shin, P. Andersen // Journal of Physics: Conference Series. - 2015. - vol. 656. -Pp. 12 - 39. DOI: 10.1088/17426596/656/1/012139.

Shin, K. W. SGO analysis of cloud cavitation on three tip-modified propellers with systematically varied tip geometry / K. W. Shin, P. Andersen // Journal of Physics: Conference Series. - 2015. - vol. 656. -Pp. 12 - 39. DOI: 10.1088/17426596/656/1/012139.

Sun, Yu. Experimental and numerical analyses of the hydrodynamic performance of propeller boss cap fins in a propeller-rudder system. / Yu. Sun, S. Yumin, W. Xiaoxiang, H. Haizhou // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. - 2016. - vol. 10. - Pp. 145 -149. DOI: 10.1080/19942060.2015.1121838.

Пат. 46740 Украина, МПК D63II 1/00 Конструкция механизированного гребного винта / Д.И. Осовский, А.С. Шаратов: заяв. и патентообл. Керченский государственный морской технологический университет. - № 200903725; заявл. 16.04.2009; опубл. 11.01.2010, Бюл. № 1.- 4.

Pat. 46740 Ukraina, MPK D63II 1/00 Konstrukciya mehanizirovannogo grebnogo vinta / D.I. Osovskiy, A.S. Sharatov: zayav. i patentoobl. Kerchenskiy gosudarstvennyy morskoy tehnologicheskiy universitet. - № 200903725; zayavl. 16.04.2009; opubl. 11.01.2010, Byul. № 1.- 4.

10.

Шаратов, А. С. Струйное воздействие на динамику гребного винта / А. С. Шаратов // Bichuk двигунобудування. - 2010. - вып.№2(23). - С. 82-85.

Sharatov, A. S. Struynoe vozdeystvie na dinamiku grebnogo vinta / A. S. Sharatov // Bichuk dvigunobuduvannya. - 2010. - vyp.№2(23). - S. 82-85.

11.

Арнольдов, В. Н. Аэродинамические особенности струйных систем увеличения подъемной силы и анализ техники короткого взлета и посадки / В. Н. Арнольдов, Е. М. Золотько, А. Б. Стратинский // Труды ИАГИ. - 1977. - вып. 1958. - C. 41 -44.

Arnol'dov, V. N. Aerodinamicheskie osobennosti struynyh sistem uvelicheniya pod'emnoy sily i analiz tehniki korotkogo vzleta i posadki / V. N. Arnol'dov, E. M. Zolot'ko, A. B. Stratinskiy // Trudy IAGI. - 1977. - vyp. 1958. - C. 41 -44.

12.

Бушуев, В. И. Исследование на ЭВМ влияния от соса потока и механизации крыльев на их аэродинамические характеристики. / В. И. Бушуев // Межвузовский сборник. Гидродинамика больших скоростей. - Красноярск: КПИ, 1986. -С. 125-136.

Bushuev, V. I. Issledovanie na EVM vliyaniya ot sosa potoka i mehanizacii kryl'ev na ih aerodinamicheskie harakteristiki. / V. I. Bushuev // Mezhvuzovskiy sbornik. Gidrodinamika bol'shih skorostey. - Krasnoyarsk: KPI, 1986. -S. 125-136.

13.

Жулев, Ю. Г. О возможности повышения эффективности тангенциального выдува щелевой струи на поверхность профиля / Ю. Г. Жулев, С. И. Иншаков // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. - 1996. - №4.-С. 182-186.

Zhulev, Yu. G. O vozmozhnosti povysheniya effektivnosti tangencial'nogo vyduva schelevoy strui na poverhnost' profilya / Yu. G. Zhulev, S. I. Inshakov // Izv. RAN. Mehanika zhidkosti i gaza. - 1996. - №4.-S. 182-186.

14.

Ильинский. Н. Б. Приближенный метод решения обратной краевой задачи аэрогидродинамики для крылового профиля с устройством отсоса или вдува / Н. Б. Ильинский, А. В. Поташев // Тр. VI всесоюзной научной школы «Гидродинамика больших скоростей». - Чебоксары: Чуваш, ун-т. - 1996 - С. 78-82.

Il'inskiy. N. B. Priblizhennyy metod resheniya obratnoy kraevoy zadachi aerogidrodinamiki dlya krylovogo profilya s ustroystvom otsosa ili vduva / N. B. Il'inskiy, A. V. Potashev // Tr. VI vsesoyuznoy nauchnoy shkoly «Gidrodinamika bol'shih skorostey». - Cheboksary: Chuvash, un-t. - 1996 - S. 78-82.

15.

Li, L., Huang, G., Chen, J., Yuan, J. Numerical experiment of tip-jet ducted fans with various nozzles / L. Li, G. Huang, J. Chen, J. Yuan //53nl AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. - 2017.-Pp. 78-82.

16.

Аракелян, С. М. Методы вычислительной гидродинамики в расчетах движения жидкости в системах со сложной топологией: учеб пособие / С. М. Аракелян и др. - Владимир: Изд-во ВлГУ, 2015. -99 с.

Arakelyan, S. M. Metody vychislitel'noy gidrodinamiki v raschetah dvizheniya zhidkosti v sistemah so slozhnoy topologiey: ucheb posobie / S. M. Arakelyan i dr. - Vladimir: Izd-vo VlGU, 2015. -99 s.

17.

Ashok, P. Effect of stacking sequence on the performance of composite marine propeller / P. Ashok, P. J Kumar, P. S Preina Kumar // Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems. -2017,-9 (Special Issue 14).-Pp. 1823 - 1839.

18.

Nouri, N. M. Optimization of a marine contra-rotating propellers set / N. M. Nouri, S. Mohammadi, M. Zarezadeh // Ocean Engineering. - 2018. - vol. 167. -Pp. 397 - 404.

19.

Карасев, П. И. Качественное построение расчетной сетки для решения задач аэродинамики в программном комплексе FlowVision / П. И. Карасев, А. С. Шишаева, А. А. Аксенов // Вестник ЮУрГУ. Серия: Вычислительная математика и информатика. -2012. - №47 (306). - С. 46-58.

Karasev, P. I. Kachestvennoe postroenie raschetnoy setki dlya resheniya zadach aerodinamiki v programmnom komplekse FlowVision / P. I. Karasev, A. S. Shishaeva, A. A. Aksenov // Vestnik YuUrGU. Seriya: Vychislitel'naya matematika i informatika. -2012. - №47 (306). - S. 46-58.

20.

Король, Ю. М. Влияние лопастных и профильных характеристик на гидродинамическую эффективность гребных винтов / Ю. М. Король, О. Н. Корнелюк // Наука и прогресс транспорта. Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта. -2017. - №4(70).-С. 80-88.

Korol', Yu. M. Vliyanie lopastnyh i profil'nyh harakteristik na gidrodinamicheskuyu effektivnost' grebnyh vintov / Yu. M. Korol', O. N. Kornelyuk // Nauka i progress transporta. Vestnik Dnepropetrovskogo nacional'nogo universiteta zheleznodorozhnogo transporta. -2017. - №4(70).-S. 80-88.

21.

Сертификация FlowVision. Url:httr):/Ayw'w.tesis.com.rii/softw,are/flow^ision/ (дата обращения 08.04.2018).

Sertifikaciya FlowVision. Url:httr):/Ayw'w.tesis.com.rii/softw,are/flow^ision/ (data obrascheniya 08.04.2018).

22.

Кондранин, Т. В. Применение пакетов прикладных программ при изучении курсов механики жидкости и газа: учебное пособие / Т. В. Кондранин, Б. К. Ткаченко, М. В. Березникова. и др. - М.: МФТИ, 2005. - 104 с.

Kondranin, T. V. Primenenie paketov prikladnyh programm pri izuchenii kursov mehaniki zhidkosti i gaza: uchebnoe posobie / T. V. Kondranin, B. K. Tkachenko, M. V. Bereznikova. i dr. - M.: MFTI, 2005. - 104 s.

23.

Справочник авиационных профилей. Url: http://kiDla.kai.ni/liter/SDravochnic.Ddf (дата обращения 08.04.2018).

Spravochnik aviacionnyh profiley. Url: http://kiDla.kai.ni/liter/SDravochnic.Ddf (data obrascheniya 08.04.2018).

24.

Vivek, S. Performance evaluation of profile modifications on straight-bladed vertical axis wind turbine by energy and Spalart Allmaras models / S. Vivek, A. K. Kaviti // Energy. - 2017. - Volume 126. - Pp. 766 - 795.

25.

Xia, Y. The effect of corrugated skins on aerodynamic performance. / Y. Xia, O. Bilgen, M. Friswell // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. -2014. - 25 (7). - Pp. 786 - 794.

26.

Король, Ю. M. FLOWVISION в учебном процессе и компьютерных исследованиях / Ю. М. Король // 36. наук.праць НУК. - МиколаГв: НУК, 2010. - № 5 (434). - С. 19 - 26.

Korol', Yu. M. FLOWVISION v uchebnom processe i komp'yuternyh issledovaniyah / Yu. M. Korol' // 36. nauk.prac' NUK. - MikolaGv: NUK, 2010. - № 5 (434). - S. 19 - 26.

27.

Бобарика И. О. Повышение адекватности численного моделирования аэродинамики элементов летательных аппаратов потоком несжимаемой жидкости при малых числах Маха / И. О. Бобарика, И. Н. Гусев // Вестник ИрГТУ. -2014,-№2 (85)-С. 33-38.

Bobarika I. O. Povyshenie adekvatnosti chislennogo modelirovaniya aerodinamiki elementov letatel'nyh apparatov potokom neszhimaemoy zhidkosti pri malyh chislah Maha / I. O. Bobarika, I. N. Gusev // Vestnik IrGTU. -2014,-№2 (85)-S. 33-38.

28.

Численное моделирование обтекания крыла конечного размаха с аэродинамическим профилем NACA-2406 потоком несжимаемой жидкости при малых числах Маха. Url: httn//vvAv\\v.digita lmarine.net/builder/d2.ixll (дата обращения 08.04.2018).

Chislennoe modelirovanie obtekaniya kryla konechnogo razmaha s aerodinamicheskim profilem NACA-2406 potokom neszhimaemoy zhidkosti pri malyh chislah Maha. Url: httn//vvAv\\v.digita lmarine.net/builder/d2.ixll (data obrascheniya 08.04.2018).

29.

Петров, А. В. Энергетические методы увеличения подъемной силы крыла: монография / А. В. Петров. -М.: Физматлит,2011.-402 с.

Petrov, A. V. Energeticheskie metody uvelicheniya pod'emnoy sily kryla: monografiya / A. V. Petrov. -M.: Fizmatlit,2011.-402 s.

30.

FlowVision, версия 2.54 / Руководство пользователя. - М.: ООО ТЕСИС, 2008. - 284 с.

FlowVision, versiya 2.54 / Rukovodstvo pol'zovatelya. - M.: OOO TESIS, 2008. - 284 s.

31.

Аксенов, А. А. К вопросу применения модели турбулентности k-e FlowVision для исследования обтекания профиля крыла при малых числах Рейнольдса /А. А. Аксенов, С. В. Жлуктов, С. В. Калашников, A. J1. Митин // Инженерные системы - 2017. Труды Международного форума.-2017.-С. 82-89.

Aksenov, A. A. K voprosu primeneniya modeli turbulentnosti k-e FlowVision dlya issledovaniya obtekaniya profilya kryla pri malyh chislah Reynol'dsa /A. A. Aksenov, S. V. Zhluktov, S. V. Kalashnikov, A. J1. Mitin // Inzhenernye sistemy - 2017. Trudy Mezhdunarodnogo foruma.-2017.-S. 82-89.

32.

Брыляков, А. П. Отрыв потока на прямом крыле при повышенной внешней турбулентности / A. П. Брыляков, Г. М. Жаркова, Б. Ю. Занин, B. И. Коврижина, Д. С. Сбоев // Ученые записки ЦАГИ. - 2004. -№1-2 (том 35). - С. 57-63.

Brylyakov, A. P. Otryv potoka na pryamom kryle pri povyshennoy vneshney turbulentnosti / A. P. Brylyakov, G. M. Zharkova, B. Yu. Zanin, B. I. Kovrizhina, D. S. Sboev // Uchenye zapiski CAGI. - 2004. -№1-2 (tom 35). - S. 57-63.

33.

Осовский, Д. И. Управление гидродинамическими характеристиками гребных винтов / Д. И. Осовский, А. С. Шаратов // Рыбное хозяйство Украины. - 2007. - №3 (50). - С. 25-28.

Osovskiy, D. I. Upravlenie gidrodinamicheskimi harakteristikami grebnyh vintov / D. I. Osovskiy, A. S. Sharatov // Rybnoe hozyaystvo Ukrainy. - 2007. - №3 (50). - S. 25-28.

34.

Осовский, Д. И. Исследование гидродинамических характеристик гребного винта, оборудованного струйной механизацией в гидродинамической трубе / Д И. Осовский, А. С. Шаратов // Рыбное хозяйство Украины: научно-производственный журнал. -2007,- №6-С. 37-38.

Osovskiy, D. I. Issledovanie gidrodinamicheskih harakteristik grebnogo vinta, oborudovannogo struynoy mehanizaciey v gidrodinamicheskoy trube / D I. Osovskiy, A. S. Sharatov // Rybnoe hozyaystvo Ukrainy: nauchno-proizvodstvennyy zhurnal. -2007,- №6-S. 37-38.

35.

Международная Конвенция по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ-73/78). - СПб.: АО «ЦНИИМФ», 2017. - Кн. Ш. -412 с.

Mezhdunarodnaya Konvenciya po predotvrascheniyu zagryazneniya s sudov (MARPOL-73/78). - SPb.: AO «CNIIMF», 2017. - Kn. Sh. -412 s.