hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-848Research ArticleВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫINTERACTION OF MARINE OBJECTS*, OCEAN‏ AND ‏ATMOSPHEREОб устойчивости подводного планера-глайдера на балансировочных режимах движенияOn underwater glider’s stability in balancing mode of motionСухоруковА. Л.SukhorukovA. L.

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

su_andr@yahoo.comТитовМ. А.TitovM. A.

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

АО Центральное конструкторское бюро морской техники «Рубин»РоссияCentral Design Bureau for Marine Engineering «Rubin»Russian Federation201618112022936679Copyright © Сухоруков А.Л., Титов М.А., 20222022Сухоруков А.Л., Титов М.А.Sukhorukov A.L., Titov M.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/848

На основе численного решения осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье—Стокса определены гидродинамические характеристики подводного планера-глайдера. Рассмотрены методологические аспекты определения коэффициентов вращательных производных гидродинамических сил и моментов подводных объектов на основе механизма «скользящих вычислительных сеток», реализованного во многих расчетных комплексах механики жидкости и газа. Указаны основные этапы создания расчетной модели для решения подобных задач. 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. Построена математическая модель движения глайдера. Приведены зависимости параметров движения глайдера при действии знакопеременной избыточной плавучести. На основе анализа корней характеристического уравнения линеаризованной системы определены области устойчивости глайдера на балансировочных режимах движения при варьировании величиной избыточной плавучести, значением метацентрической высоты, а также плечом избыточной плавучести.

This study defines hydrodynamic characteristics of underwater gliders based upon numeric solution of Reynolds-averaged Navier—Stokes equation. Methodological aspects of determination of coefficients of rotary derivatives of hydrodynamic forces and moments of underwater objects based on mechanism of «sliding computation meshes» implemented in many computing software packages of mechanics of fluids are examined. The paper identifies the main stages of development of the calculation model for solving similar tasks. 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 determine the coefficients of rotary derivatives of hydrodynamic forces and moments based on the preset values of hydrodynamic impacts. A mathematical model of glider's motion is designed. Glider's motion parameters dependences on effect of alternating excessive buoyancy are presented. Based on analysis of rootes of linearized system's characteristic equation the glider's stability zones in balancing mode of motion are determined under varying values of excessive buoyancy, metacentric height and excessive buoyancy arm.

гидродинамические характеристикиподводный планерглайдерчисленное решение уравнений Навье—Стоксаустойчивость движениябалансировочный режимhydrodynamic characteristicsunderwater glidernumerical solution of Navier—Stokes equationmotion stabilitybalancing modeReferencesEriksen C. C., Osse T. J., Light R. D., Wen T., Lehman T. W., Sabin P. L., Ballard J. W., Ghiodi A. M. Seaglider: A long range autonomous underwater vehicle for oceanographic research // IEEE J. Oceanic Engin. 2001. V. 26, Issue 4. P. 424—436.Eriksen C. C., Osse T. J., Light R. D., Wen T., Lehman T. W., Sabin P. L., Ballard J. W., Ghiodi A. M. Seaglider: A long range autonomous underwater vehicle for oceanographic research // IEEE J. Oceanic Engin. 2001. V. 26, Issue 4. P. 424—436.Rudnick D. L., Davis R. E., Eriksen C. C., Fratantoni D. M., Perry M. J. Underwater gliders for ocean research // Marine Technology Society Journal. 2004. V. 38, N. 1. P. 48—59.Rudnick D. L., Davis R. E., Eriksen C. C., Fratantoni D. M., Perry M. J. Underwater gliders for ocean research // Marine Technology Society Journal. 2004. V. 38, N. 1. P. 48—59.D’Spain G. L., Zimmerman R., Jenkins S. A., Luby J. C., Brodsky P. Underwater acoustic measurements with a flying wing glider // J. Acoust. Soc. Am. 2007. V. 121, N. 5, Pt. 2. P. 3107.D’Spain G. L., Zimmerman R., Jenkins S. A., Luby J. C., Brodsky P. Underwater acoustic measurements with a flying wing glider // J. Acoust. Soc. Am. 2007. V. 121, N. 5, Pt. 2. P. 3107.Wood Stephen L. Autonomous underwater gliders // Underwater vehicles. 2008. Florida Institute of Technology. P. 505—529.Wood Stephen L. Autonomous underwater gliders // Underwater vehicles. 2008. Florida Institute of Technology. P. 505—529.Пинегин А. Н. О планировании под действием знакопеременной избыточной плавучести как способе движения подводных лодок и аппаратов // Юбилейный научно-технический отчет ЦКБ МТ «Рубин». СПб., 2011, C. 49—60.Пинегин А. Н. О планировании под действием знакопеременной избыточной плавучести как способе движения подводных лодок и аппаратов // Юбилейный научно-технический отчет ЦКБ МТ «Рубин». СПб., 2011, C. 49—60.Кожемякин И. В., Рождественский К. В., Рыжов В. А., Смольников А. В., Татаренко Е. И. Подводные глайдеры: вчера, сегодня, завтра (часть 1) // Морской вестник. 2013. № 1(45). С. 113—117.Кожемякин И. В., Рождественский К. В., Рыжов В. А., Смольников А. В., Татаренко Е. И. Подводные глайдеры: вчера, сегодня, завтра (часть 1) // Морской вестник. 2013. № 1(45). С. 113—117.Кожемякин И. В., Рождественский К. В., Рыжов В. А., Смольников А. В., Татаренко Е. И. Подводные глайдеры: вчера, сегодня, завтра (часть 2) // Морской вестник. 2013. № 2(46). С. 98—101.Кожемякин И. В., Рождественский К. В., Рыжов В. А., Смольников А. В., Татаренко Е. И. Подводные глайдеры: вчера, сегодня, завтра (часть 2) // Морской вестник. 2013. № 2(46). С. 98—101.Виноградов Н. И., Крейндель С. А., Лев И. Г., Нисневич М. З. Привязные подводные системы. Аэрогидродинамические характеристики при установившемся движении. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2005. 304 с.Виноградов Н. И., Крейндель С. А., Лев И. Г., Нисневич М. З. Привязные подводные системы. Аэрогидродинамические характеристики при установившемся движении. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2005. 304 с.Сухоруков А. Л., Титов М. А. Об использовании эффекта планирования для движения подводных аппаратов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, № 4. С. 88—101.Сухоруков А. Л., Титов М. А. Об использовании эффекта планирования для движения подводных аппаратов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, № 4. С. 88—101.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.Пантов Е. Н., Махин Н. Н., Шереметов Б. Б. Основы теории движения подводных аппаратов. Л.: Судостроение, 1973. 216 с.Пантов Е. Н., Махин Н. Н., Шереметов Б. Б. Основы теории движения подводных аппаратов. Л.: Судостроение, 1973. 216 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.Гурьев 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.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 характеристик подводных лодок // Межотраслевая научно-практическая конференция ВОКОР-2006, 1 ЦНИИ МО РФ, Труды конференции, СПб., 2006. С. 45—54.Сухоруков А. Л. Использование вычислительных программных комплексов для определения гидродинамических характеристик подводных лодок // Межотраслевая научно-практическая конференция ВОКОР-2006, 1 ЦНИИ МО РФ, Труды конференции, СПб., 2006. С. 45—54.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.Остославский И. В. Аэродинамика самолета. М.: Оборонгиз, 1957. 562 с.Остославский И. В. Аэродинамика самолета. М.: Оборонгиз, 1957. 562 с.Остославский И. В., Стражева И. В. Динамика полета. Устойчивость и управляемость летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1965. 468 с.Остославский И. В., Стражева И. В. Динамика полета. Устойчивость и управляемость летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1965. 468 с.

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