UA148013U

UA148013U - METHOD OF OPTIMIZATION OF BODY MOVEMENT IN THE AQUATIC ENVIRONMENT

Info

Publication number: UA148013U
Application number: UAU202102035U
Authority: UA
Inventors: Євген Олегович Пугач
Original assignee: Євген Олегович Пугач
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2021-06-23

Abstract

Спосіб оптимізації руху тіл у водному середовищі, при якому виконують рух тіла у водному середовищі по прямій траєкторії та/або з вигином траєкторії, де тілом є уражуючий елемент, який містить плаский кавітатор, головну, ведучу та кормові частини, де головна і кормова частини мають конічну форму, а ведуча частина має форму, наближену до циліндричної. При цьому головна частина виконана розширюваною від кавітатора та має східчасто-конічну або криволінійну форму контуру, а кормова частина має конічну форму та тупий тілесний кут, де тіло виконане з можливістю утворення при русі каверни, яка обволікає тіло та має форму двох конусів, з'єднаних біля основ, де геометрична форма конусів залежить від площини кавітатора, форми головної частини та від швидкості руху тіла, при цьому відношення головної частини до загальної довжини складає не більше 0,7, та довжина головної частини складає значення довжини, що більша в 1,1 разу відстані від центра маси до площини кавітатора, причому для надання тілу руху його прискорюють з використанням запасної механічної або хімічної енергії шляхом перетворення потенційної енергії уражуючого елемента в кінетичну енергію уражуючого елемента.Method of optimizing the movement of bodies in the aqueous medium, in which the body is moved in the aqueous medium in a straight path and / or with a curved trajectory, where the body is an striking element containing a flat cavitator, main, leading and aft parts, where the main and aft parts have conical shape, and the leading part has a shape close to cylindrical. The main part is expandable from the cavitator and has a stepped-conical or curved shape of the contour, and the aft part has a conical shape and an obtuse body angle, where the body is made with the possibility of forming a cavity that envelops the body and has the shape of two cones. connected at the bases, where the geometric shape of the cones depends on the plane of the cavitator, the shape of the head and the speed of movement of the body, the ratio of the head to the total length is not more than 0.7, and the length of the head is greater than 1, 1 time the distance from the center of mass to the plane of the cavitator, and to give the body motion it is accelerated using spare mechanical or chemical energy by converting the potential energy of the striking element into the kinetic energy of the striking element.

Description

Пропоноване технічне рішення належить до галузі гідродинаміки та стосується способів оптимізації руху тіл у водному середовищі. Пропоноване технічне рішення може бути застосоване при створенні конструкцій тіл, які призначені для переміщення у водному середовищі. Такими тілами можуть бути стріловидні уражуючі елементи, призначені для пусків під водою, з повітря у воду та з води в повітря.The proposed technical solution belongs to the field of hydrodynamics and concerns methods of optimizing the movement of bodies in the water environment. The proposed technical solution can be applied when creating structures of bodies that are intended for movement in the water environment. Such bodies can be arrow-shaped striking elements designed for underwater, air-to-water, and water-to-air launches.

У рівні техніки описані способи оптимізації траєкторії руху тіл у повітряному середовищі. Так, описано спосіб оптимізації траєкторії руху снаряда з метою аеродинамічного управління та високої точності влучення у ціль (Максимов С.С., Автух Д.Н. "Оптимизация траекторньх параметров движения реактивньїх снарядов методами математического программирования" -The state of the art describes methods of optimizing the trajectory of the movement of bodies in the air environment. Thus, the method of optimizing the trajectory of the projectile movement for the purpose of aerodynamic control and high accuracy of hitting the target is described (S.S. Maksimov, D.N. Avtukh "Optimization of the trajectory parameters of the motion of reactive projectiles by methods of mathematical programming" -

Известия ТулГУ. Техническиє науки - 2012. - Вьп. 11. Ч. 1. - б. 171-175).News of TulSU. Technical sciences - 2012. - Vp. 11. Part 1. - b. 171-175).

Також відомий спосіб оптимізації аеродинамічних характеристик рухомих довгих тіл, який передбачає формування на стороні тіла замкненого кільцевого конфузора із використанням поверхні самого тіла та щонайменше одного аеродинамічного профілю (міжнародна заявкаThere is also a known method of optimizing the aerodynamic characteristics of moving long bodies, which involves the formation of a closed annular baffle on the side of the body using the surface of the body itself and at least one aerodynamic profile (international application

РСТ/АО2013/000803, пріоритет 18.09.2012 р.).PCT/АО2013/000803, priority 09/18/2012).

При русі тіла у водному середовищі додатково постають проблеми подолання сил опору води, а також - проблеми поліпшення гідродинамічних характеристик тіла.During the movement of the body in the water environment, additional problems arise in overcoming the water resistance forces, as well as problems in improving the hydrodynamic characteristics of the body.

З рівня техніки відомий спосіб зміни форми тіла, яке рухається у водному середовищі, наслідком вказаного способу зміни форми тіла є зниження сил опору (Сизов В.Г. Об одном способе улучшения формьі судна - Вісник Одеського національного морського університету,From the state of the art, a method of changing the shape of a body moving in a water environment is known, the consequence of this method of changing the shape of the body is the reduction of resistance forces (Syzov V.G. About one way to improve the shape of a ship - Bulletin of the Odessa National Maritime University,

Одеса-2006, випуск 19, с. 14-19). Зокрема, описано фукціональну залежність форми корпуса тіла від опору та водотонажності.Odesa-2006, issue 19, p. 14-19). In particular, the functional dependence of the shape of the body hull on resistance and displacement is described.

З рівня техніки відомий спосіб оптимізації руху тіл, що пересуваються у водному середовищі (Печенюк А.В. Оптимизация судовьїх обводов для снижения сопротивления движению -From the state of the art, a method of optimizing the movement of bodies moving in a water environment is known (A.V. Pechenyuk Optimizatsiya sudovyih obvodov dlya nadzhena soprotivleniya dvizheniyu -

Компьютерньюе исследования и моделированиє, 2017, т. 9., Мо 1, с. 57-65). Даний спосіб оптимізації передбачає оптимізацію форми носової частини тіла, що рухається у воді (судно), з метою зниження опору руху тіла при пересуванні у водному середовищі.Computer research and modeling, 2017, vol. 9, Mo. 1, p. 57-65). This method of optimization involves optimizing the shape of the bow part of the body moving in the water (vessel) in order to reduce the body's movement resistance when moving in the water environment.

Відомий спосіб пересування у воді, що включає: забезпечення підводного судна, яке має корпус подовженої форми, щонайменше одним гребним гвинтом, який виконаний з можливістю встановлення на передньому кінці корпусу та з можливістю пересування корпусу в воді; приA known method of moving in water, which includes: providing a submarine, which has an elongated hull, with at least one propeller, which is made with the possibility of installation at the front end of the hull and with the possibility of moving the hull in water; at

Зо цьому щонайменше один гребний гвинт має такий розмір і конфігурацію, що, коли він обертається з відповідною швидкістю, він створює суперкавітовану воду, яка тече з щонайменше одного гребного гвинта та уздовж зовнішньої поверхні корпусу, щоб зменшити тертя на зовнішній стороні поверхню зазначеного корпусу і забезпечити високі підводні швидкості (заявка РСТ/ОЗ2012/031607, пріоритет 30.03.2011 р., 18.08.2011 р., 21.09.2011 р.).Of this, at least one propeller is sized and configured such that, when rotated at a suitable speed, it creates supercavitated water that flows from at least one propeller and along the outer surface of the hull to reduce friction on the outer surface of said hull and to provide high underwater speeds (application PCT/OZ2012/031607, priority 30.03.2011, 18.08.2011, 21.09.2011).

Пропонований даним технічним рішенням спосіб направлений на оптимізацію гідродинамічних характеристик тіла, яке рухається у водному середовищі.The method proposed by this technical solution is aimed at optimizing the hydrodynamic characteristics of a body moving in a water environment.

Задачею пропонованого технічного рішення є створення способу оптимізації руху тіл у водному середовищі за рахунок підбору оптимальних співвідношень параметрів тіл та підбору форми тіл.The task of the proposed technical solution is to create a way to optimize the movement of bodies in the water environment due to the selection of optimal ratios of the parameters of the bodies and the selection of the shape of the bodies.

Наслідком пропонованої даним технічним рішенням оптимізації руху тіл у водному середовищі є переміщення тіла у воді на більш дальні відстані, без втрати стійкості, без перевертання тіла, без гальмування руху тіла боковою поверхнею тіла. Такий оптимізований рух забезпечується високошвидкісним кавітаційним рухом тіла із утворенням каверни.The consequence of the proposed technical solution to optimize the movement of bodies in the water environment is the movement of the body in water over longer distances, without loss of stability, without overturning the body, without inhibiting the movement of the body by the side surface of the body. Such an optimized movement is provided by the high-speed cavitation movement of the body with the formation of a cavern.

Більш детально, задачею даного технічного рішення є збільшення відстані руху тіла, яким є уражуючий елемент, при пуску у водному середовищі при мінімізації довжини тіла, що рухається, порівняно із довжиною типових стріловидних підводних уражуючих елементів.In more detail, the task of this technical solution is to increase the distance of movement of the body, which is a striking element, when launching in the water environment while minimizing the length of the moving body, compared to the length of typical arrow-shaped underwater striking elements.

Поставлена задача вирішується за рахунок нового способу оптимізації руху тіл у водному середовищі, що включає рух тіла у водному середовищі по прямій траєкторії та/або з вигином траєкторії, де тілом є уражуючий елемент, який має плаский кавітатор, головну, ведучу та кормові частини, де головна і кормова частини мають конічну форму, а ведуча частина має форму, наближену до циліндричної, при цьому головна частина виконана розширюваною від кавітатора та має східчасто-конічну або криволінійну форму контуру, а кормова частина має конічну форму та тупий тілесний кут, де тіло виконане з можливістю утворення при русі каверни, яка обволікає тіло та має форму двох конусів, з'єднаних біля основ, де геометрична форма конусів залежить від площини кавітатора, форми головної частини та від швидкості руху тіла, при цьому геометричну форму тіла визначають за співвідношенням:The task is solved by a new way of optimizing the movement of bodies in the water environment, which includes the movement of the body in the water environment along a straight path and/or with a curved path, where the body is a striking element that has a flat cavitator, main, leading and stern parts, where the main and aft parts have a conical shape, and the leading part has a shape close to cylindrical, while the main part is made expanding from the cavitator and has a step-conical or curvilinear contour shape, and the aft part has a conical shape and an obtuse body angle, where the body is made with the possibility of the formation of a cavity during movement, which envelops the body and has the shape of two cones connected at the bases, where the geometric shape of the cones depends on the plane of the cavitator, the shape of the head part and the speed of the body, while the geometric shape of the body is determined by the ratio:

2 2 2-х -Х. а х.:а Ї; з аб-1- --- 2 Ффх) г г г 172 2 2-x -X. a x.:a Y; with ab-1- --- 2 Фхх) г г 17

Ір12о до ще 43-85Ir12o to another 43-85

І;AND;

Їє1 ЩІ «Іцм, де д(х) - діаметр окружності головної частини на відстані х (не більше довжини головної частини) від площини кавітатора, а - діаметр циліндричної частини, до - діаметр кавітатора, - загальна довжина,Еие1 ШЧИ "Itsm, where d(х) is the diameter of the circumference of the main part at a distance x (no more than the length of the main part) from the plane of the cavitator, a - the diameter of the cylindrical part, k - the diameter of the cavitator, - the total length,

Іцм - відстань центра маси від площини кавітатора,Icm is the distance of the center of mass from the plane of the cavitator,

І-- довжина головної частини, при цьому відношення головної частини до загальної довжини складає не більше 0,7, та довжина головної частини складає значення довжини, що більша в 1,1 разу відстані від центра маси до площини кавітатора, причому для надання тілу руху його прискорюють з використанням запасеної механічної або хімічної енергії шляхом перетворення потенційної енергії уражуючого елемента в кінетичну енергію уражуючого елемента.And-- the length of the main part, while the ratio of the main part to the total length is no more than 0.7, and the length of the main part is the value of the length that is greater than 1.1 times the distance from the center of mass to the plane of the cavitator, and to give the body movement it is accelerated using stored mechanical or chemical energy by converting the potential energy of the striking element into the kinetic energy of the striking element.

Далі буде наведено детальний опис технічного рішення. Даний опис не є обмежувальним, тобто спеціалісту мають бути зрозумілими можливі подальші удосконалення, не виходячи за межі розкритої у формулі суті.Next, a detailed description of the technical solution will be given. This description is not restrictive, that is, possible further improvements should be clear to the specialist, without going beyond the essence disclosed in the formula.

Корисна модель пояснюється з допомогою доданих креслень.A useful model is explained with the help of the attached drawings.

На кресл. схематично умовно показано уражуючий елемент.On the chair. a striking element is schematically conventionally shown.

На кресл. використано наступні умовні позначення: а - діаметр циліндричної частини; до - діаметр кавітатора; - загальна довжина;On the chair. the following notations are used: a - the diameter of the cylindrical part; to - the diameter of the cavitator; - total length;

Іцм - відстань центра маси від площини кавітатора;Icm - the distance of the center of mass from the plane of the cavitator;

І-- довжина головної частини.And-- the length of the main part.

Спосіб оптимізації руху тіл у водному середовищі виконується таким чином:The method of optimizing the movement of bodies in the water environment is performed as follows:

Зо У водному середовищі з використанням механічної та/або хімічної енергії здійснюють прискорення уражуючого елемента, який рухається по прямій траєкторії та/лабо з вигином траєкторії під водою, утворюючи каверну, що має форму конусів, з'єднаних біля основ.2 In the water environment, using mechanical and/or chemical energy, the striking element is accelerated, which moves along a straight trajectory and/or with a curved trajectory under water, forming a cavern in the form of cones connected near the bases.

Форма конусів формується залежно від площини кавітатора, форми головної частини та від швидкості руху тіла.The shape of the cones is formed depending on the plane of the cavitator, the shape of the head part and the speed of the body movement.

Рух тіла усередині каверни значно знижує витрати запасеної кінетичної енергії порівняно із рухом тіл, коли сила в'язкого тертя води взаємодіє з усією поверхнею тіла.The movement of the body inside the cavern significantly reduces the expenditure of stored kinetic energy compared to the movement of bodies, when the force of viscous friction of water interacts with the entire surface of the body.

Шляхом моделювання та н 5 спериментів було визначено, що оптимальний рух ураж га у водно серед вищі відбувається при умовах, коли геометрична форма уражуюйагщалемента є такою, що задовольняє наступні співвідношення:Through modeling and 5 experiments, it was determined that the optimal movement of the impactor in the water medium occurs under conditions when the geometric shape of the impactor element is such that it satisfies the following ratios:

КН В-ВО ва» 1- Н-- 2 Щх) г г г ; 17КН В-ВО va» 1- H-- 2 Шхх) г г г ; 17

І 120.49 ще 43-85And 120.49 is still 43-85

І;AND;

Її»! ЩІ «Іцм,Her"! "Itsm,

де д(х) - діаметр окружності головної частини на відстані х (не більше довжини головної частини) від площини кавітатора; а - діаметр циліндричної частини; до - діаметр кавітатора; | - загальна довжина;where d(x) is the diameter of the circumference of the main part at a distance x (no more than the length of the main part) from the plane of the cavitator; a - the diameter of the cylindrical part; to - the diameter of the cavitator; | - total length;

І-- довжина головної частини, при цьому відношення головної частини до загальної довжини складає не більше 0,7, та довжина головної частини складає значення довжини, що більша в 1,1 разу відстані від центра маси до площини кавітатора.I-- the length of the main part, while the ratio of the main part to the total length is no more than 0.7, and the length of the main part is the value of the length that is greater than 1.1 times the distance from the center of mass to the plane of the cavitator.

При виготовленні тіла, що рухається у водному середовищі, із додержанням співвідношень, визначених у формулі, та швидкостях руху у діапазоні 85-830 м/с забезпечується утворення навколо тіла паро-водяної каверни у формі двох конусів, з'єднаних біля основ, яка обволікає тіло таким чином, що кормова частина тіла має можливість здійснювати коливальні рухи з амплітудою, що забезпечує збереження напрямку руху та кутове положення головної частини тіла, оптимальне для утворення каверни. При цьому достатній для стабільного за напрямком та глибиною руху тіла діаметр каверни забезпечується при тиску води, еквівалентному глибинам до 25 метрів.When manufacturing a body moving in an aqueous environment, with compliance with the ratios defined in the formula and speeds of movement in the range of 85-830 m/s, the formation of a steam-water cavern around the body in the form of two cones connected at the bases is ensured, which envelops the body in such a way that the aft part of the body has the opportunity to perform oscillatory movements with an amplitude that ensures the preservation of the direction of movement and the angular position of the main part of the body, optimal for the formation of a cavern. At the same time, the diameter of the cavern, which is sufficient for stable body movement in terms of direction and depth, is provided at a water pressure equivalent to depths of up to 25 meters.

Слід розуміти, що описані вище приклади та варіанти втілення є лише ілюстративними, і спеціалістам у даній галузі пропонуються різні модифікації та зміни, які охоплюються суттю цієї заявки та обсягом формули технічного рішення.It should be understood that the examples and embodiments described above are illustrative only, and various modifications and changes are suggested to those skilled in the art that are within the spirit of this application and the scope of the technical solution formulation.

Слід розуміти, що наведена вище інформація ніяким чином не обмежує обсяг прав за заявкою.It should be understood that the above information in no way limits the scope of the rights under the application.

Заявлена корисна модель є промислово придатною.The claimed utility model is industrially applicable.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA A method of optimizing the movement of bodies in the water environment, in which the movement of the body in the water environment is carried out along a straight trajectory and/or with a curve of the trajectory, where the body is a striking element,

Of which contains a flat cavitator, main, leading and aft parts, where the main and aft parts have a conical shape, and the leading part has a shape close to cylindrical, while the main part is made expanding from the cavitator and has a step-conical or curvilinear contour shape, and the aft part has a conical shape and an obtuse body angle, where the body is made with the possibility of forming a cavern during movement, which envelops the body and has the shape of two cones connected at the bases, where the geometric shape of the cones depends on the plane of the cavitator, the shape of the main part of the id. speed of movement of the body, while the geometric shape of the body in the ratio?

with va 1-U- ---294(х) г г г

11 Ir120 more

"43-85 и 507 Ие1 ШЧИ "Itsm, where d(х) is the diameter of the circumference of the main part at a distance x (no more than the length of the main part) from the plane of the cavitator,

a - the diameter of the cylindrical part, c - the diameter of the cavitator, - the total length,

Icm - the distance of the center of mass from the plane of the cavitator, I-- the length of the main part,

at the same time, the ratio of the main part to the total length is no more than 0.7, and the length of the main part is a length greater than 1.1 times the distance from the center of mass to the plane of the cavitator, and to give the body movement, it is accelerated using a spare mechanical or chemical energy by converting the potential energy of the striking element into the kinetic energy of the striking element. i2 In shu -K3