Определение характеристик водометного движителя и параметров гидродинамического следа за подводным объектом на основе методов вычислительной гидродинамики

На основе численных методов динамики вязкой жидкости выполнен расчет гидродинамического взаимодействия рабочего колеса, направляющего аппарата и направляющей насадки водометного движителя. Определены параметры гидродинамического следа за корпусом подводной лодки, проведено сопоставление с экспериментальными данными. Результаты этого сопоставления позволяют сделать вывод о корректности применяемой расчетной модели.
Разработанная методика позволяет вычислять гидродинамические воздействия на элементы водометного движителя при различных режимах работы рабочего колеса. Возможно моделирование сложных нестационарных режимов движения подводной лодки, проведение которых в процессе испытаний сопряжено со значительными техническими трудностями. К числу таких режимов относят реверс движителя подводной лодки.
Показано, что с точки зрения обеспечения параметров скрытности подводной лодки по гидродинамическому следу наиболее предпочтительным является режим установившегося движения подводной лодки. При прочих равных условиях в турбулентном следе с нулевым избыточным импульсом происходит более быстрое затухание вдоль по потоку параметров следа, по сравнению со струей в спутном потоке (режим разгона подводной лодки) или спутном следе за телом (режим торможения подводной лодки).
Представленный подход позволяет повысить эффективность проектно-конструкторских работ за счет комплексного многопараметрического анализа влияния различных факторов на гидродинамические характеристики водометного движителя и параметры следности подводной лодки.

1. ANSYS, Inc., Fluent Users Guide Release 19.1. 2018. URL: https://ansys.com/products/fluids/ (дата обращения: 02.2018).

2. Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model // Turbulence, Heat and Mass Transfer 4. Begell House, Inc. 2003. 8 p.

3. Самойлович Г.С. Возбуждение колебаний лопаток турбомашин. М.: Машиностроение, 1975. 288 с.

4. Коваль К.А., Сухоруков А.Л., Чернышев И.А. Результаты верификации численного метода расчета гидродинамических и гидроакустических характеристик плавникового движителя // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9, № 4. С. 60–72.

5. Яковенко В.В. О распределении давления по поверхности профиля, гармонически колеблющегося в поступательном потоке // Труды Ленинградского политехнического института. 1953. № 5. С. 27–35.

6. Фын Я.Ц. Введение в теорию аэроупругости. М.: Физматлит, 1959. 524 с.

7. Бисплингхофф Р.Л., Эшли Х., Халфмэн Р.Л. Аэроупругость. М.: Изд-во иностранной литературы, 1958. 799 с.

8. Куликов С.В., Храмкин М.Ф. Водометные движители. Л.: Судостроение, 1980. 312 с.

9. Каверинский А.Ю., Сухоруков А.Л., Чернышев И.А. Об использовании численных методов динамики вязкой жидкости для определения гидродинамических характеристик водометного движителя // ХХ Юбилейная международная конференция по вычислительной механике и современным прикладным программным системам. Материалы конференции. Изд-во Московского авиационного института, 2017. C. 462–463.

10. Борусевич В.О., Бушковский В.А. и др. Устройство для измерения характеристик нестационарных сил, возникающих на модели водометного движителя // Патент RU2487 814 C2. 20.07.2013. Бюл. № 20.

11. Щербина Н.Я. О людях и кораблях «золотого периода» атомного кораблестроения // Атомная стратегия. 2017. № 9. С. 22–25.

12. Гиневский А.С. Теория турбулентных струй и следов. М.: Машиностроение, 1969. 400 с.

13. Гиневский А.С., Уханова Л.Н., Почкина К.А. Турбулентные спутные течения с нулевым избыточным импульсом // Сопротивление движению и мореходность судов, НТО СП. Вып. 89. Л.: изд-во «Судостроение», 1967.

14. Сабельников В.А. О некоторых особенностях турбулентных течений с нулевым избыточным импульсом // Ученые записки ЦАГИ. 1975. Т. 6, № 4.

15. Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы и каверны. М.: Мир, 1964. 468 с.

16. Naudascher E. Flow in the wake of self-propelled body and related sources of turbulence // J. Fluid Mech. 1965. V. 22, N4. P. 625–656.

17. Алексенко Н.В., Костомаха В.А. Экспериментальное исследование осесимметричного безымпульсного турбулентного струйного течения // ПМТФ. 1987. № 1. С. 65–69.

18. Higuchi H., Kubota T. Axysymmetric wakes behind a slender body including zeromomentum configurations // Phys. Fluids. 1990. V. 2, N9. P. 1615–1623.

19. Воропаева О.Ф. Численное моделирование дальнего безымпульсного осесимметричного турбулентного следа // Вычислительные технологии. 2003. Т. 8, № 2. С. 36–52.

20. Finson M.L. Similarity behaviour of momentumless turbulent wakes // J. Fluid Mech. 1975. V. 71. Pt. 3. P. 465–479.

21. Костомаха В.А., Леснова Н.В. Турбулентный закрученный след за сферой с полной или частичной компенсацией силы сопротивления // ПМТФ. 1995. № 2. С. 88–98.

22. Гаврилов Н.В., Деменков А.Г., Костомаха В.А., Черных Г.Г. Экспериментальное и численное моделирование турбулентного следа за самодвижущимся телом // ПМТФ. 2000. № 4. С. 49–58.

23. Reynolds A. Similarity in swirling wakes and jets // J. Fluid Mech. 1962. V. 15, № 2. P. 241–243.

24. Гумилевский А.Г. Исследование безымпульсных закрученных следов на основе двухпараметрической модели турбулентности // Изв. РАН. МЖГ. 1992. № 3. C. 28–41.

25. Гумилевский А.Г. Нарушение автомодельности в турбулентных осесимметричных следах с закруткой // Изв. РАН. МЖГ. 1993. № 1. C. 52–58.