hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-833Research ArticleВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫINTERACTION OF MARINE OBJECTS*, OCEAN‏ AND ‏ATMOSPHEREОб использовании численных методов динамики вязкой жидкости для определения коэффициентов вращательных производных гидродинамических сил и моментовThe Use of Numeric Methods of Viscous Fluid Dynamics for Determination of Coefficients of Rotary Derivatives of Hydrodynamic Forces and MomentsСухоруковА. Л.SukhorukovA. L.

Санкт-Петербург

Saint Petersburg

su_andr@yahoo.comТитовМ. А.TitovM. A.

Санкт-Петербург

Saint Petersburg

ЧернышевИ. А.ChernyshevI. A.

Санкт-Петербург

Saint Petersburg

ОАО Центральное конструкторское бюро морской техники «Рубин»РоссияCentral Design Bureau for Marine Engineering «Rubin»Russian Federation201617112022925261Copyright © Сухоруков А.Л., Титов М.А., Чернышев И.А., 20222022Сухоруков А.Л., Титов М.А., Чернышев И.А.Sukhorukov A.L., Titov M.A., Chernyshev I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/833

В статье рассмотрены методологические аспекты определения коэффициентов вращательных производных гидродинамических сил и моментов подводных объектов. Показано, что механизм «скользящих вычислительных сеток», реализованный во многих расчетных комплексах механики жидкости и газа, позволяет задавать колебания объекта в потоке по углу дифферента и, на основе численного решения осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье—Стокса, определять гидродинамические воздействия на объект. Указаны основные этапы создания расчетной модели для решения подобных задач. Верификация расчетной модели осуществлялась на примере обтекания профиля крыла малого удлинения, совершающего вращательные колебания в потоке. Проведено сопоставление расчетных и экспериментальных данных. Выявлен сдвиг фазы между законом движения крыла и соответствующими гидродинамическими воздействиями. В результате нестационарного расчета обтекания подводного объекта вязкой жидкостью определены поля скоростей и давлений в потоке. Получены соотношения, позволяющие по заданным значениям гидродинамических воздействий определять коэффициенты вращательных производных гидродинамических сил и моментов. Представленный подход позволяет оценить обоснованность гипотезы стационарности при исследовании движения подводного объекта.

This paper presents the consideration of methodological aspects of determination of coefficients of rotary derivatives of hydrodynamic forces and moments of underwater objects. The article shows that mechanism of «sliding computation meshes» implemented in many computing software packages of mechanics of fluids allows setting oscillations of the object in the flow by trim angle and determining hydrodynamic impacts on the object based upon numeric solution of Reynolds-averaged Navier—Stokes equation. The paper contains the main stages of the development of the calculation model for solving similar tasks. The calculation model has been verified using as an example the flow around a wide airfoil profile producing rotary oscillations in the stream. The calculated and experimental data have been compared. Phase difference between the low of airfoil motion and corresponding hydrodynamic impacts has been identified. The non-stationary calculation of the flow of viscous fluid past the underwater object resulted in determination of velocity and pressure fields in the stream. Ratios have been obtained which allows determination of coefficients of rotary derivatives of hydrodynamic forces and moments based on the preset values of hydrodynamic impacts. The presented approach allows the validity of the stationary state hypothesis to be estimated when studying underwater object motion.

гидродинамические характеристикиподводный объектчисленное решение уравнений Навье—Стоксакоэффициенты вращательных производных гидродинамических сил и моментовhydrodynamic characteristicsunderwater objectnumerical solution of equations of Navier—Stokescoefficients of rotary derivatives of hydrodynamic forces and momentsReferencesГурьев Ю. В., Ткаченко И. В. Компьютерные технологии в корабельной гидродинамике. Монография. СПб.: Изд-во ВУНЦ ВМФ «ВМА», 2010. 326 с.Гурьев Ю. В., Ткаченко И. В. Компьютерные технологии в корабельной гидродинамике. Монография. СПб.: Изд-во ВУНЦ ВМФ «ВМА», 2010. 326 с.Волков К. Н., Емельянов В. Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 368 с.Волков К. Н., Емельянов В. Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 368 с.Белов И. А., Исаев С. А. Моделирование турбулентных течений. СПб.: Изд-во БГТУ «Военмех», 2001. 109 c.Белов И. А., Исаев С. А. Моделирование турбулентных течений. СПб.: Изд-во БГТУ «Военмех», 2001. 109 c.Снегирев А. Ю. Численное моделирование турбулентных течений. СПб.: Изд-во СПбПУ, 2009. 143 с.Снегирев А. Ю. Численное моделирование турбулентных течений. СПб.: Изд-во СПбПУ, 2009. 143 с.Сухоруков А. Л., Каверинский А. Ю. Численное моделирование обтекания корпуса подводной лодки в программной среде «Star-CD» // Сборник трудов второй конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM. М., 2001. С. 23—28.Сухоруков А. Л., Каверинский А. Ю. Численное моделирование обтекания корпуса подводной лодки в программной среде «Star-CD» // Сборник трудов второй конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM. М., 2001. С. 23—28.Сухоруков А. Л., Каверинский А. Ю. Опыт использования программного комплекса «Star-CD» при решении некоторых практических задач гидродинамики подводной лодки // Сборник трудов третьей конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM. М., 2002. С. 119—126.Сухоруков А. Л., Каверинский А. Ю. Опыт использования программного комплекса «Star-CD» при решении некоторых практических задач гидродинамики подводной лодки // Сборник трудов третьей конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM. М., 2002. С. 119—126.Сухоруков А. Л. Использование вычислительных программных комплексов для определения гидродинамических характе- ристик подводных лодок // Труды конференции «Межотраслевая научно-практическая конференция ВОКОР-2006». СПб.: 1 ЦНИИ МО РФ, 2006. С. 45—54.Сухоруков А. Л. Использование вычислительных программных комплексов для определения гидродинамических характе- ристик подводных лодок // Труды конференции «Межотраслевая научно-практическая конференция ВОКОР-2006». СПб.: 1 ЦНИИ МО РФ, 2006. С. 45—54.Рождественский В. В. Динамика подводной лодки.Т. 1. Л.: Судостроение, 1970. 352 с.Рождественский В. В. Динамика подводной лодки.Т. 1. Л.: Судостроение, 1970. 352 с.Федяевский К. К. Избранные труды. Л.: Судостроение, 1975. 440 с.Федяевский К. К. Избранные труды. Л.: Судостроение, 1975. 440 с.Федяевский К. К., Соболев Г. В. Управляемость корабля. Л.: Судпромгиз, 1963. 376 с.Федяевский К. К., Соболев Г. В. Управляемость корабля. Л.: Судпромгиз, 1963. 376 с.Фирсов Г. А. Управляемость корабля. Л.: Изд-во ВМИУ им. Ф. Э. Дзержинского, 1954. 176 с.Фирсов Г. А. Управляемость корабля. Л.: Изд-во ВМИУ им. Ф. Э. Дзержинского, 1954. 176 с.Bellevre D., Diaz de Tuesta A., Perdon P. Submarine manoeurability assessment using Computational Fluid Dynamic tools // Twenty-Third Symposium on Naval Hydrodynamics, France, 2001.Bellevre D., Diaz de Tuesta A., Perdon P. Submarine manoeurability assessment using Computational Fluid Dynamic tools // Twenty-Third Symposium on Naval Hydrodynamics, France, 2001.Ray A., Singh S. N., Seshadri V. Evaluation of linear and nonlinear hydrodynamic coefficients of underwater vehicles using CFD // Proc. 28th ASME Conf. On Ocean, Offshore and Arctic Engineering. Honolulu, Hawaii, USA, 2009.Ray A., Singh S. N., Seshadri V. Evaluation of linear and nonlinear hydrodynamic coefficients of underwater vehicles using CFD // Proc. 28th ASME Conf. On Ocean, Offshore and Arctic Engineering. Honolulu, Hawaii, USA, 2009.Vaz G., Toxopeus S., Holmes S. Calculation of manoeuvring forces on submarines using two viscous-flow solvers // Proc. 29th ASME Conf. On Ocean, Offshore and Arctic Engineering. Shanghai, China, 2010.Vaz G., Toxopeus S., Holmes S. Calculation of manoeuvring forces on submarines using two viscous-flow solvers // Proc. 29th ASME Conf. On Ocean, Offshore and Arctic Engineering. Shanghai, China, 2010.Каверинский А. Ю., Сухоруков А. Л. О влиянии погрешностей в определении гидродинамических коэффициентов на расчетное значение силового воздействия на подводный аппарат // XXXYI Всероссийская конференция «Управление движением морскими судами и специальными аппаратами», Труды конференции, Северодвинск, 2009. C. 167—173.Каверинский А. Ю., Сухоруков А. Л. О влиянии погрешностей в определении гидродинамических коэффициентов на расчетное значение силового воздействия на подводный аппарат // XXXYI Всероссийская конференция «Управление движением морскими судами и специальными аппаратами», Труды конференции, Северодвинск, 2009. C. 167—173.Белоцерковский С. М. О коэффициентах вращательных производных // Труды ЦАГИ. 1958. Вып. 725.Белоцерковский С. М. О коэффициентах вращательных производных // Труды ЦАГИ. 1958. Вып. 725.Яковенко В. В. О распределении давления по поверхности профиля, гармонически колеблющегося в поступательном потоке // Труды Ленинградского политехнического института. 1953. № 5.Яковенко В. В. О распределении давления по поверхности профиля, гармонически колеблющегося в поступательном потоке // Труды Ленинградского политехнического института. 1953. № 5.Гурьев Ю. В., Слуцкая М. З., Ткаченко И. В. Гидродинамические проблемы создания компьютерных тренажеров морских объектов и пути их решения // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2008. № 2. С. 29—44.Гурьев Ю. В., Слуцкая М. З., Ткаченко И. В. Гидродинамические проблемы создания компьютерных тренажеров морских объектов и пути их решения // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2008. № 2. С. 29—44.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.