WO2009154495A1 - Кормовое крестообразное оперение подводного аппарата - Google Patents

Кормовое крестообразное оперение подводного аппарата Download PDF

Info

Publication number
WO2009154495A1
WO2009154495A1 PCT/RU2008/000362 RU2008000362W WO2009154495A1 WO 2009154495 A1 WO2009154495 A1 WO 2009154495A1 RU 2008000362 W RU2008000362 W RU 2008000362W WO 2009154495 A1 WO2009154495 A1 WO 2009154495A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ring
parts
stabilizers
semi
vortex
Prior art date
Application number
PCT/RU2008/000362
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Валерий Яковлевич ВЕКСЛЯР
Геннадий Дмитриевич МОРОЗКИН
Валерий Михайлович КОТЛОВИЧ
Марат Александрович СОКОЛОВ
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Санкт-Петербургское Морское Бюро Машиностроения "Малахит"
Федеральное Государственное Учреждение "Фeдeрaльнoe Агентство По Правовой Защите Результатов Интеллектуальной Деятельности Военного Специального И Защите Результатов Интеллектуальной Деятельности Военного, Специального Двойного Назначения" При Министерстве Юстиции Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Санкт-Петербургское Морское Бюро Машиностроения "Малахит", Федеральное Государственное Учреждение "Фeдeрaльнoe Агентство По Правовой Защите Результатов Интеллектуальной Деятельности Военного Специального И Защите Результатов Интеллектуальной Деятельности Военного, Специального Двойного Назначения" При Министерстве Юстиции Российской Федерации filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Санкт-Петербургское Морское Бюро Машиностроения "Малахит"
Priority to PCT/RU2008/000362 priority Critical patent/WO2009154495A1/ru
Priority to EA201001473A priority patent/EA016035B1/ru
Priority to CN2008801295597A priority patent/CN102046461B/zh
Publication of WO2009154495A1 publication Critical patent/WO2009154495A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/14—Control of attitude or depth
    • B63G8/18—Control of attitude or depth by hydrofoils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/14—Control of attitude or depth
    • B63G8/20—Steering equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/14—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in non-rotating ducts or rings, e.g. adjustable for steering purpose

Definitions

  • the invention relates to the field of shipbuilding, and in particular to the structural design of the feed empennage of the underwater vehicle (PA), the purpose of which is to ensure the stability and controllability of the underwater vehicle.
  • PA underwater vehicle
  • the structure of the fluid flow velocity field in the propeller disk will depend mainly on the degree of influence of viscous effects. The latter are associated either with the peculiarities of the development of the boundary layer of the hull and viscous hydrodynamic traces from loss of flow energy in the boundary layers of the protruding parts of the hull, or with the formation of free vortex systems as a result of flow around structural elements of the architecture of the underwater vehicle.
  • Vortex systems are formed as a result of the manifestation of the bearing properties of the housing and protruding parts, especially those that flow around at angles of attack, as well as with local spatial separation of the boundary layers of the housing and protruding parts interacting with each other.
  • One of the most important is a pair of mutually opposite in sign vortices, which are free branches of retaining horseshoe-shaped vortices, which appear in front of the nasal edges of the protruding parts at their junction with the body under the influence of separation of the boundary layer due to a strong positive pressure gradient.
  • the flow parameters in the zone of a similar separation and the intensity of the retaining vortices are determined mainly by the transverse dimensions and the shape of the obstacle — the protruding part.
  • the solution to the problem of reducing the degree of inhomogeneity of the velocity field is based on the use of additional special vortex generating devices that correct vortex disturbances by creating an additional artificial vortex system, which ensures the interaction of the created new vortex system with the vortex system excited by the original body contours and protruding parts.
  • vortex generators are small wings of small elongation that are mounted on the surface of the PA body at a certain angle of attack (P. Zheng's book “Flow Separation Control”, Iz-vo Mir, M., 1979, pp. 200 - 304).
  • the disadvantage of such methods of “treatment” of the structure of the velocity field heterogeneity in the propeller disk, initially determined by the mutual combination of the body contours and the protruding parts subject to other general design conditions, is the low operational reliability of the installation of vortex generators due to the increased probability of their damage due to cantilever attachment to the body, and also the need to suppress their own noise emission, which is determined by the features of their geometry and design.
  • Viscous traces always lead to a decrease in longitudinal velocities in the place of their localization, including in the propeller disk, and free longitudinal vortices, after their occurrence, then continue to propagate close to the casing surface over long distances in the flow.
  • the resulting longitudinal horseshoe-shaped vortices create transverse perturbations close to potential ones and have a complex mechanism of action on the main longitudinal flow.
  • the mechanism of action of the resulting horseshoe-shaped vortices is based on the strong sensitivity of the boundary layer to disturbances directed along the line of the greatest longitudinal velocity gradient, and consists in directed mass transfer between the strongly inhibited near-wall regions of the boundary layer of the body and its periphery, where the flow velocity differs little from the velocity of the external potential flow.
  • the boundary layer plays the role of an effective converter of even very weak transverse vortex perturbations into a relatively strong transformation of the longitudinal velocity profile, and which increases in the velocity region, where the perturbations are directed from the periphery of the boundary layer to the casing surface.
  • These effects increase with the removal of vortices in the stern from the place of origin and are most pronounced in the thick boundary layer at the aft end of the underwater vehicle.
  • the real structure of the inhomogeneity of the field of longitudinal velocities is quite complicated (A.I. Korotky, V. M. Kotlovich, N.A.
  • the stabilizers are given a pterygoid shape, they are installed most distantly in the stern. Feather plumage, presented on page 45, Fig. 9 - a in the mentioned training manual is taken as the closest analogue.
  • All the protruding parts of the PA housing are a source of vortex formation, which causes the inhomogeneity of the flow velocity field incident on the PA propeller.
  • the plumage is also a source of vortex disturbances and heterogeneity of the flow running on the propeller, which increases the noise emission and the level of cavitation and vibro-acoustic characteristics.
  • the objective of the invention is to reduce noise and the level of cavitation and vibro-acoustic characteristics of the plumage and PA in general, due to a decrease in the circumferential heterogeneity of the field of flow velocities running on the tail unit and the PA propeller.
  • aft plumage containing horizontal and vertical upper and lower protruding parts are stabilizers, which include bow fixed parts and aft moving parts - aft horizontal and vertical rudders, according to the invention, on fixed bow parts of horizontal and upper vertical stabilizers, a half ring (vortex generator) is installed, having a wing-shaped cross-section with variable chord lengths and installation cross-section angles along the perimeter of the floor rings.
  • the installation angles of the semicircle are selected in accordance with the angles of attack of the incoming flow, and the radius of the installation sites of the said semicircle on the stabilizers corresponds to 1, 2 - 1, 3 of the radius of the body of the underwater vehicle in the area of the installation of the semicircle, which corresponds to the region of the greatest degree of heterogeneity of the incoming flow.
  • the semicircle is made of hollow lithium welded metal, while its cavity is filled with composite material.
  • the half-ring is made in the form of two metal parts: the upper and lower, which are connected using fasteners, while a vibration-absorbing film having a thickness of about 0.5 mm is placed between the upper and lower parts.
  • the proposed solution along with the main function of the aft cruciform plumage, which is used for underwater vehicles to ensure stability and controllability when moving in an unlimited fluid, performs an additional function of leveling the initial heterogeneity of the flow velocity field incident on the aft plumage and the propeller, arising both from the influence of the protruding parts of plumage, as well as from the influence of the largest component of the flow heterogeneity caused by the horseshoe-shaped vortex coming from the largest her protruding part - the fence retractable devices.
  • the execution of the half-ring is hollow, welded, the cavity of which is filled with composite material, which makes it possible to reduce the noise emission and vibration created by the aft plumage.
  • Fig. L General view of the aft part of the single-shaft hull PA with a stern cross-shaped plumage and a conventionally shown horseshoe-shaped vortex coming from the fence of the retractable devices.
  • FIG. 2 A view along arrow A of FIG. 1.
  • Section A-A of FIG. 1 first embodiment of a technological embodiment of a metal structure of a half-ring profile — an annular wing).
  • Section A-A of FIG. l (the second version of the technological execution of the metal structure of the half-ring profile - the annular wing).
  • the aft cross empennage of a single-shaft PA includes horizontal protruding parts 1 and vertical: the upper and lower protruding parts 2 are stabilizers, which are made on the aft part of the underwater vehicle body 3 in front of the propeller 4.
  • the stabilizers 1 and 2 have bow fixed parts and aft movable parts.
  • In the rear part of the hull 3 PA also made a fence 5 retractable devices.
  • Figure 1 shows a conditionally horseshoe-shaped vortex created by the fence 5 of the retractable devices.
  • a half ring 6 (vortex generator) is installed, having a wing-shaped cross section (Fig. 3) with variable chord lengths and installation angles ⁇ ust sections along the perimeter of a semicircle.
  • the radius of the semicircle, and hence the places of its attachment to the stabilizers, corresponds to 1, 2 - 1, 3 of the radius of the hull of the underwater vehicle in the area of the installation of the semicircle, where the greatest heterogeneity of the incoming flow is observed.
  • the installation angles ⁇ ust of the half-ring sections are selected depending on the local incident flow angles of attack.
  • the basis of the half-ring design is a litho-welded hollow metal part 7, which forms the internal volume 8, which is filled with composite material 9 in order to reduce the vibration activity of the half-ring 6, which smooths out the inhomogeneity of the flow.
  • the half-ring design in the second embodiment is made of two metal parts: the upper 10 and the lower 11.
  • the two parts of the half-ring are connected by pins 12 through an intermediate vibration-absorbing film 13 having a thickness of the order of 0.5 mm.
  • the ends of the semicircle 6 are fixed to the fixed nose parts of the vertical and horizontal stabilizers 1 and 2 of the aft cruciform tail unit by means of a fastener through a vibration-absorbing film.
  • the maximum reduction in the growth of towing resistance due to its appearance in the stream is also provided.
  • a similar semicircular device can be installed - a vortex generator, the geometry elements of which should be worked out as applied to the features of the initial heterogeneity of the flow in this region.
  • the profile and distribution of variables along the perimeter of the values of the geometry parameters of the half ring 6 is chosen for each specific case based on experimental hydrodynamic testing.
  • the radius R of the half ring 6 (setting its position relative to the body) is chosen so that the half ring 6 is located in the region of the nuclei of the horseshoe vortex 4 (Fig. 1), which corresponds to 1.2 - 1.3 radius of the underwater vehicle body in the area of the installation of the half ring, where the greatest heterogeneity of the oncoming flow.
  • the installation angles ⁇ ust, for the half-ring sections defined by the angular coordinate ⁇ are determined depending on the corresponding angles of attack of the incoming flow.
  • the parameters and geometry of the half-ring profile which plays the role of a vortex-generating device, are determined by its position relative to the plumage and the hull, the installation angle, the section chord length, the section profile curvature and the half-ring diameter, which fixed its distance from the axis of the underwater vehicle body.
  • the profiles of the meridian sections of a half-ring (half-wing) are located at angles of attack to the flow running on the ring.
  • the curvature of the cross section of the semicircle provides shock-free flow around its incoming edge.
  • the structural elements of the half-ring (section shape, profile chords and installation angles), as well as the position of the half-ring relative to the PA housing, defined by the diameter of the half-ring, are selected individually for each specific case according to the initial flow heterogeneity, determined by the composition of the entire architecture of the underwater vehicle and the quality of working out its contours in the process model experiments.
  • a feature of a half ring acting as a vortex-generating device is the variability of its design parameters (installation angle, section chord length, section profile curvature, position relative to the housing specified by the diameter of the ring) due to the need to take into account the effect plumage, which, like the presence of any protruding part, causes an increase in the degree of heterogeneity of the velocity field.
  • Such a decrease in the degree of heterogeneity of the velocity field in the propeller disk helps to reduce the pulsations of the propeller stop and provides a reduction in its acoustic radiation level at the 1st blade frequency to 4-5 dB.
  • the increase in towing resistance and, accordingly, the loss of travel speed will be insignificant.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Underground Structures, Protecting, Testing And Restoring Foundations (AREA)
  • Catching Or Destruction (AREA)

Abstract

Кормовое крестообразное оперение подводного аппарата, включает в себя горизонтальные 1 и вертикальные верхнюю и нижнюю выступающие части 2 - стабилизаторы, имеющие носовые неподвижные и кормовые подвижные части, причем на неподвижных носовых частях горизонтальных 1 и верхнего вертикального 2 стабилизаторов, установлено полукольцо 6, имеющее сечение крыловидной формы с переменными длинами хорд и установочными углами сечений по периметру полукольца 6, при этом установочные углы выбраны в соответствии с местными углами атаки набегающего потока, а радиус мест установки упомянутого полукольца 6 на стабилизаторах 1 и 2 соответствует 1,2 - 1,3 радиуса корпуса 3 подводного аппарата в районе установки полукольца 6.

Description

Кормовое крестообразное оперение подводного аппарата
Изобретение относится к области судостроения, а именно к конструктивному оформлению кормового оперения подводного аппарата (ПА), назначением которого является обеспечение устойчивости и управляемости подводного аппарата.
Предъявление все более строгих требований к уровням вибрации и шума на судах с целью улучшения обитаемости, например на круизных судах и повышения надежности функционирования разнообразной аппаратуры, включая гидроакустическую, на рыбопромысловых и исследовательских судах, на кораблях и подводных аппаратах, привело к разработке различных приемов снижения шумоизлучения.
Известно, что уровни кавитационных и виброакустических характеристик работающих движителей, которыми для одновальных подводных аппаратов служат гребные винты, определяются степенью неоднородности поля скоростей набегающего потока в кормовой оконечности. Набегающий поток в месте расположения гребного винта пространственно неоднороден и, из-за наличия в нем турбулентных пульсаций, нестационарен (Книга, Ю.Л. Левковский «Шyм гребных винтoв», УДК: 629.5.015.6, ЦНИИ им. AK. А.Н.Крылова, cтp.67, C.-Пб,2005 г.). При обводах кормовой оконечности, близких к осесимметричным, учитывая достаточно быстрое затухание потенциальных возмущений при удалении их от источника, структура поля скоростей течения жидкости в диске гребного винта будет зависеть, в основном, от степени воздействия вязкостных эффектов. Последние связаны либо с особенностями развития пограничного слоя корпуса и вязкостными гидродинамическими следами от потерь энергии потока в пограничных слоях выступающих частей корпуса, либо с формированием свободных вихревых систем в результате обтекания конструктивных элементов архитектуры подводного аппарата. Вихревые системы образуются в результате проявления несущих свойств корпуса и выступающих частей, особенно тех, которые обтекаются под углами атаки, а также при локальных пространственных отрывах взаимодействующих друг с другом пограничных слоев корпуса и выступающих частей. Одними из наиболее важных являются пары взаимно противоположных по знаку вихрей, представляющих собой свободные ветви подпорных подковообразных вихрей, которые возникают перед носовыми кромками выступающих частей в месте их примыкания к корпусу под влиянием отрыва пограничного слоя вследствие сильного положительного градиента давлений. Параметры течения в зоне подобного отрыва и интенсивность подпорных вихрей определяются, в основном, поперечными размерами и формой препятствия - выступающей части.
Решение проблемы, связанной с уменьшением степени неоднородности поля скоростей основано на применении дополнительных специальных вихрегенераторных устройств, корректирующих вихревые возмущения посредством создания дополнительной искусственной системы вихрей, с помощью которой обеспечивается взаимодействие созданной новой системы вихрей с системой вихрей, возбуждаемых изначальными обводами корпуса и выступающими частями. Это приводит к сглаживанию степени окружной неоднородности итогового поля скоростей в районе кормовой оконечности, (в плоскости диска гребного винта) определяющем условия работы движителя.
Известно, что вихрегенераторы представляют собой небольшие крылья малого удлинения, устанавливаемые на поверхности корпуса ПА под некоторым углом атаки (Книга П. Чжен «Упpaвлeниe отрывом пoтoкa», Из-во Мир, M., 1979, с. 200 - 304). Недостатком подобных способов «лeчeния» структуры неоднородности поля скоростей в диске гребного винта, изначально определяемой взаимным сочетанием обводов корпуса и выступающих частей, подчиненных другим общепроектным условиям, является слабая эксплуатационная надежность установки вихрегенераторов из-за повышенной вероятности их повреждения вследствие консольного крепления к корпусу, а также необходимость гашения их собственного шумоизлучения, которое определяется особенностями их геометрии и конструкции. Вязкие следы всегда приводят к снижению продольных скоростей в месте их локализации, в том числе и в диске гребного винта, а свободные продольные вихри вслед за их возникновением затем продолжают распространяться вблизи от поверхности корпуса на большие расстояния по потоку. Возникающие продольные подковообразные вихри создают поперечные возмущения, близкие к потенциальным, и имеют сложный механизм воздействия на основное продольное течение. Механизм воздействия возникших подковообразных вихрей основан на сильной чувствительности пограничного слоя к возмущениям, направленным по линии наибольшего градиента продольной скорости, и заключается в направленном массообмене между сильно заторможенными пристеночными областями пограничного слоя корпуса и его периферией, где скорость течения мало отличается от скорости внешнего потенциального потока. При этом пограничный слой играет роль эффективного преобразователя даже очень слабых поперечных вихревых возмущений в относительно сильную трансформацию профиля продольных скоростей, и которая возрастает в районе скоростей, где возмущения направлены от периферии пограничного слоя к поверхности корпуса. Указанные эффекты нарастают по мере удаления вихрей в корму от места зарождения и наиболее сильно проявляются в толстом пограничном слое в кормовой оконечности подводного аппарата. В результате взаимодействия с корпусом и между собой всех следов и свободных вихрей, идущих на гребной винт от корпуса и многочисленных выступающих частей, реальная структура неоднородности поля продольных скоростей оказывается достаточно сложной (А.И. Короткий, В. M. Котлович, Н.А. Кольцова, В. А. Тюшкевич «Пpoблeмы оптимизации полей средних и пульсационных скоростей в районе расположения движителей подводных aппapaтoв», Материалы Международной конференции к 300 - летию Российского флота, ВМФ и судостроение в современных условиях, Секция А, Подсекция A2, Гидродинамика. Том 2, стр. A2-11-1 - A2-11-11, г. С.-Пб, ЦНИИ им. Ак. А.Н.Крылова, 1996 г.). Окружная неоднородность поля скоростей в диске гребного винта вызвана всем комплексом факторов конструктивного и эксплуатационного характера, приводящих к неизбежным отклонениям от осесимметричного потока. Известны различные типы кормового оперения. Наибольшее распространение получил крестообразный тип кормового оперения, преимущественно с выступающими частями — стабилизаторами, расположенными в ортогональных плоскостях. Такой тип оперения имеют атомные подводные лодки (АПЛ) «Nfuttilus» США, «Skipjack», США, пр. 971., СССР. Он представлен в Военно-техническом альманахе «Taйфyн» N° 2, 2002г. в статье ((Тенденции развития архитектуры подводных лoдoк», автор к.т.н. Б.Ф.Дронов, СПМБМ «Maлaxит».
Известные типы кормового оперения приведены также в учебном пособии ((Архитектура подводных лoдoк», выпущенном Санкт-Петербургским государственным морским техническим университетом, С.-Пб, 1997 г., авторы Б.Ф.Дронов, А.М.Антонов и др., стр. 16, 17, 23, 45 - рис.9, а). На российских ПА наиболее распространено крестообразное кормовое оперение. Кормовое оперение, которое представлено в упомянутом пособии на стр. 45, рис 9, а) представляет собой кормовые выступающие части, выполненные на корпусе ПА, расположенные в ортогональных плоскостях, удовлетворяющие требования гидродинамики и предназначенные для обеспечения управляемости и необходимой динамической устойчивости ПА. Конструктивно это достигнуто за счет установки стабилизаторов в кормовой оконечности ПА, которые демпфируют опрокидывающий момент, создаваемый корпусом.
Стабилизаторам придана крыловидная форма, установлены они наиболее удаленно в корму. Кормовое оперение, представленное на cтp.45, рис.9 — а в упомянутом учебном пособии принято в качестве наиболее близкого аналога.
Все выступающие части корпуса ПА являются источником вихреобразования, вызывающего неоднородность поля скоростей потока, набегающего на гребной винт ПА.
Кормовое оперение также являются источником вихревых возмущений и неоднородности потока, набегающего на гребной винт, что повышает шумоизлучение и уровень кавитационных и виброакустических характеристик. Задача изобретения заключается в снижении шумоизлучения и уровня кавитационных и виброакустических характеристик кормового оперения и ПА в целом за счет снижения окружной неоднородности поля скоростей потока, набегающего на кормовое оперение и гребной винт ПА.
Задача достигнута тем, что в известном кормовом оперении, содержащем горизонтальные и вертикальные верхнюю и нижнюю выступающие части - стабилизаторы, в составе которых имеются носовые неподвижные части и кормовые подвижные части - кормовые горизонтальные и вертикальные рули, согласно изобретению на неподвижных носовых частях горизонтальных и верхнего вертикального стабилизаторов, установлено полукольцо (вихрегенератор), имеющее сечение крыловидной формы с переменными длинами хорд и установочными углами сечений вдоль периметра полукольца. Установочные углы полукольца выбраны в соответствии с углами атаки набегающего потока, а радиус мест установки упомянутого полукольца на стабилизаторах соответствует 1 ,2 - 1 ,3 радиуса корпуса подводного аппарата в районе установки полукольца, что соответствует области наибольшей степени неоднородности набегающего потока.
Кроме того, полукольцо выполнено из металла полым литосварным, при этом его полость заполнена композитным материалом.
Кроме того, полукольцо выполнено в виде двух металлических частей: верхней и нижней, которые соединены при помощи крепежа, при этом между верхней и нижней частями помещена вибропоглощающая пленка, имеющая толщину порядка 0,5 мм.
Предложенное решение наряду с основной функцией кормового крестообразного оперения, применяемого для подводных аппаратов для обеспечения устойчивости и управляемости при движении в безграничной жидкости, выполняет дополнительную функцию по выравниванию исходной неоднородности поля скоростей потока, набегающего на кормовое оперение и гребной винт, возникающей как от влияния выступающих частей кормового оперения, так и от влияния наибольшей составляющей неоднородности потока, вызванной подковообразным вихрем, исходящим от наибольшей выступающей части - ограждения выдвижных устройств. Это достигнуто за счет создания полукольцом дополнительно искусственно созданной системы вихрей в противовес основному вихревому потоку, идущему от стабилизаторов и других выступающих частей корпуса ПА, за счет чего обеспечено выравнивание поля скоростей, что влечет снижение уровня шумового и виброакустического фона кормового оперения и ПА в целом.
Выполнение полукольца полым литосварным, полость которого заполнена композитным материалом позволяет снизить шумоизлучение и вибрацию, создаваемые кормовым оперением.
Выполнение полукольца в виде соединенных верхней и нижней металлических частей, между которыми помещена вибропоrлощающая пленка, также позволяет снизить уровень шума и интенсивность виброации кормового оперения. Сущность изобретения пояснена чертежами, на которых изображено:
На фиг.l Общий вид кормовой части одновального корпуса ПА с кормовым крестообразным оперением и показанным условно подковообразным вихрем, идущим от ограждения выдвижных устройств.
На фиг.2 Вид по стрелке А с фиг. 1. На фиг.З Сечение A-A с фиг.l (первый вариант технологического выполнения металлической конструкции профиля полукольца — кольцевого крыла).
На фиг. 4 Сечение A-A с фиг. l (второй вариант технологического выполнения металлической конструкции профиля полукольца — кольцевого крыла).
Кормовое крестообразное оперение одновального ПА включает горизонтальные выступающие части 1 и вертикальные: верхнюю и нижнюю выступающие части 2 - стабилизаторы, которые выполнены на кормовой части корпуса 3 подводного аппарата перед гребным винтом 4. Стабилизаторы 1 и 2 имеют носовые неподвижные части и кормовые подвижные части. В кормовой части корпуса 3 ПА выполнено также ограждение 5 выдвижных устройств. На фиг.l показан условно подковообразный вихрь, создаваемый ограждением 5 выдвижных устройств. На неподвижных носовых частях горизонтальных и верхнего вертикального стабилизаторов 1 и 2 перед кормовыми горизонтальными и вертикальными рулями (на чертежах не показаны) установлено полукольцо 6 (вихрегенератор), имеющее сечение крыловидной формы (фиг.З) с переменными длинами хорд и установочными углами αуст сечений по периметру полукольца. Радиус полукольца, а значит и мест его закрепления на стабилизаторах соответствует 1 ,2 - 1 ,3 радиуса корпуса подводного аппарата в районе установки полукольца, где наблюдается наибольшая неоднородность набегающего потока. Установочные углы αуст сечений полукольца выбраны в зависимости от местных углов атаки набегающего потока.
Для снижения виброактивности полукольца 6, находящегося под воздействием набегающего неоднородного потока, под различными углами дрейфа и атаки, возможны два разных варианта технологии изготовления конструкции полукольца 6.
По первому варианту (фиг.З) основу конструкции полукольца составляет литосварная полая металлическая часть 7, образующая внутренний объем 8, который в целях снижения виброактивности полукольца 6, выравнивающего неоднородность потока, заполнен композитным материалом 9.
Конструкция полукольца во втором варианте (фиг.4) выполнена из двух металлических частей: верхней 10 и нижней 11. Две части полукольца соединены посредством штифтов 12 через промежуточную вибропоглощающую пленку 13, имеющую толщину порядка 0,5 мм. Закрепление торцов полукольца 6 к неподвижным носовым частям вертикального и горизонтальных стабилизаторов 1 и 2 кормового крестообразного оперения осуществлено посредством крепежного соединения через вибропоглощающую пленку.
Полукольцо 6, создавая вихрь, который находясь во взаимодействии с подковообразным вихрем 4 (фиг.l), вызванным присутствием на корпусе 3 ПА ограждения 5 выдвижных устройств, обеспечивает корректировку структуры набегающего на кормовое оперение и гребной винт 4 потока, способствуя снижению степени его неоднородности, а следовательно и снижению шумового и виброакустического фона. Одновременно, при закреплении конструкции полукольца 6 на носовых неподвижных частях стабилизаторов 1 , 2 обеспечивается и максимальное сокращение роста буксировочного сопротивления вследствие его появления в потоке. А за счет расположения полукольца 6, выравнивающего неоднородность потока, перед кормовыми горизонтальными и вертикальными рулями (на чертежах не показаны), обеспечивается сохранение на прежнем уровне (таком как до установки вихрегенераторного устройства в виде полукольца) качеств управляемости и маневренности подводного аппарата. В настоящем изобретении принято устройство полукольцевого типа для выравнивания неоднородности поля скоростей в диске гребного винта одновальных подводных аппаратов. Поскольку наибольшая составляющая неоднородности поля скоростей обусловлена наличием подковообразного вихря, исходящего - от места сопряжения с корпусом 3 наибольшей выступающей части, которая, для подводного аппарата, представлена ограждением 5 выдвижных устройств (фиг.l), то этот подковообразный вихрь воздействует на поле скоростей лишь в верхней половине диска гребного винта. Вследствие этого полукольцо 6 установлено в верхней половине кормового крестообразного оперения. В случае необходимости управления неоднородностью поля скоростей в нижней половине диска гребного винта на горизонтальных и нижнем вертикальном стабилизаторах кормового крестообразного оперения может быть установлено аналогичное полукольцевое устройство — вихрегенератор, элементы геометрии которого должны быть отработаны применительно к особенностям исходной неоднородности течения потока в указанной области.
Профиль и распределение переменных по периметру значений параметров геометрии полукольца 6 выбирают для каждого конкретного случая на основе проведения экспериментальной гидродинамической отработки. Радиус R полукольца 6 (задающий его положение относительно корпуса) выбран таким, чтобы полукольцо 6 располагалось в районе ядер подковообразного вихря 4 (фиг.l), что соответствует 1,2 - 1,3 радиуса корпуса подводного аппарата в районе установки полукольца, где наблюдается наибольшая неоднородность набегающего потока. Установочные углы αуст, для сечений полукольца, заданных угловой координатой θ, определяют в зависимости от соответствующих углов атаки набегающего потока. При работе устройства при помощи полукольца 6 (вихреrенератора) создается дополнительная система вихрей, которая взаимодействуя с исходной системой вихрей, создаваемой самим кормовым оперением и другими выступающими частями корпуса (ограждением 5), приводит к выравниванию поля скоростей, а следовательно к снижению уровня шумоизлучения и вибрации кормового крестообразного оперения и ПА .
Размещением полукольца в районе носовых частей вертикального и горизонтального оперения достигнута максимальная эффективность его использования с целью корректировки поля скоростей не только для снижения степени неоднородности потока от влияния наибольшей выступающей части - ограждения выдвижных устройств, но и от подковообразных вихрей и вязких следов, идущих от кормового оперения путем обеспечения изменения структуры исходной системы вихрей, за счет создания дополнительной, искусственно созданной системы вихрей, образованных по периметру полукольца.
Параметры и геометрия профиля полукольца, выполняющего роль вихрегенераторного устройства, определены его положением относительно оперения и корпуса, установочным углом, длиной хорды сечения, кривизной профиля сечения и диаметром полукольца, которым зафиксировано его отстояние от оси корпуса подводного аппарата. Профили меридианальных сечений полукольца (полукольцевого крыла) расположены под углами атаки к потоку, набегающему на кольцо. Кривизной сечения полукольца обеспечено безударное обтекание его входящей кромки.
Конструктивные элементы полукольца (форма сечения, хорды профиля и установочные углы), а также положение полукольца относительно корпуса ПА, задаваемого диаметром полукольца, подбирают индивидуально для каждого конкретного случая под исходную неоднородность потока, определяемую составом всей архитектуры подводного аппарата и качеством отработки её обводов в процессе модельных экспериментов. Особенностью полукольца, выполняющего роль вихрегенераторного устройства, является переменность величин его конструктивных параметров (установочного угла, длины хорды сечения, кривизны профиля сечения, положения относительно корпуса, заданного диаметром кольца) из-за необходимости учета влияния оперения, которое, как и наличие любой выступающей части, вызывает увеличение степени неоднородности поля скоростей.
Предложенное решение кормового крестообразного оперения ПА с полукольцом, выравнивающим неоднородность поля скоростей набегающего потока, установленным на стабилизаторах и имеющим переменные величины его конструктивных параметров, обеспечивает снижение степени неоднородности поля скоростей в диске гребного винта, образованного под влиянием обтекания ограждения выдвижных устройств и кормового оперения. Такое снижение степени неоднородности поля скоростей в диске гребного винта способствует уменьшению пульсаций упора гребного винта и обеспечивает снижение уровня его акустического излучения на 1-й лопастной частоте до 4-5 дБ. При этом, поскольку для закрепления полукольца - вихрегенератора на корпусе не требуются применять каких либо специальных стоек, рост буксировочного сопротивления и, соответственно, потеря скорости хода будут незначительными.

Claims

Формула изобретения
1. Кормовое крестообразное оперение подводного аппарата, включающее горизонтальные (1 ) и вертикальные верхнюю и нижнюю выступающие части (2) - стабилизаторы, имеющие носовые неподвижные и кормовые подвижные части, отличающееся тем, что на неподвижных носовых частях горизонтальных (1) и верхнего вертикального (2) стабилизаторов, установлено полукольцо (6), имеющее сечение крыловидной формы с переменными длинами хорд и установочными углами сечений по периметру полукольца, при этом установочные углы выбраны в соответствии с местными углами атаки набегающего потока, а радиус мест установки упомянутого полукольца (6) на стабилизаторах ( 1 ,2) соответствует 1 ,2 - 1 ,3 радиуса корпуса (3) подводного аппарата в районе установки полукольца (6).
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полукольцо (6) выполнено металлическим полым литосварным (7,8), при этом его полость заполнена композитным материалом (9).
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полукольцо (6) выполнено в виде двух металлических частей: верхней (10) и нижней (1 1), которые соединены посредством штифтов (12), при этом между верхней (10) и нижней (1 1) металлическими частями помещена вибропоглощающая пленка (13), имеющая толщину порядка 0,5 мм.
PCT/RU2008/000362 2008-06-09 2008-06-09 Кормовое крестообразное оперение подводного аппарата WO2009154495A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2008/000362 WO2009154495A1 (ru) 2008-06-09 2008-06-09 Кормовое крестообразное оперение подводного аппарата
EA201001473A EA016035B1 (ru) 2008-06-09 2008-06-09 Кормовое крестообразное оперение подводного аппарата
CN2008801295597A CN102046461B (zh) 2008-06-09 2008-06-09 海下交通工具的十字形尾部控制表面

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2008/000362 WO2009154495A1 (ru) 2008-06-09 2008-06-09 Кормовое крестообразное оперение подводного аппарата

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009154495A1 true WO2009154495A1 (ru) 2009-12-23

Family

ID=41434259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2008/000362 WO2009154495A1 (ru) 2008-06-09 2008-06-09 Кормовое крестообразное оперение подводного аппарата

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN102046461B (ru)
EA (1) EA016035B1 (ru)
WO (1) WO2009154495A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113428327A (zh) * 2021-06-15 2021-09-24 西北工业大学 一种回转体型auv变形稳定环增稳装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102267550B (zh) * 2011-05-13 2013-07-31 哈尔滨工程大学 气动微型观光潜艇十字舵系统
CN103085951A (zh) * 2012-07-16 2013-05-08 王绍辉 飞行器、潜艇上的舵
KR101661584B1 (ko) * 2015-03-04 2016-10-10 한국해양과학기술원 추진기 소음 및 진동 저감을 위한 비대칭 반류 생성 와류 발생기
CN108216536B (zh) * 2016-12-09 2019-09-06 中国科学院沈阳自动化研究所 一种轻型无人水下机器人操舵装置
RU2735450C1 (ru) * 2019-05-21 2020-11-02 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Кормовая оконечность подводного технического средства

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4019453A (en) * 1965-11-18 1977-04-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Underwater vehicle
RU2096246C1 (ru) * 1995-10-09 1997-11-20 Закрытое акционерное общество "Интершельф-СТМ" Подводный буксируемый аппарат

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4025339C2 (de) * 1990-08-10 1999-07-08 Schneekluth Herbert Leitflächensystem
JP4007824B2 (ja) * 2002-02-27 2007-11-14 三井造船株式会社 船舶
CN100532192C (zh) * 2007-01-23 2009-08-26 天津大学 混合型水下航行器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4019453A (en) * 1965-11-18 1977-04-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Underwater vehicle
RU2096246C1 (ru) * 1995-10-09 1997-11-20 Закрытое акционерное общество "Интершельф-СТМ" Подводный буксируемый аппарат

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIOMIDOV M.N. ET AL.: "Pokorenie glubin, izdatelstvo", SUDOSTROENIE, 1974, LENINGRAD, pages 266 - 268 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113428327A (zh) * 2021-06-15 2021-09-24 西北工业大学 一种回转体型auv变形稳定环增稳装置

Also Published As

Publication number Publication date
EA201001473A1 (ru) 2011-04-29
CN102046461A (zh) 2011-05-04
CN102046461B (zh) 2013-08-28
EA016035B1 (ru) 2012-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Van Buren et al. Flow speed has little impact on propulsive characteristics of oscillating foils
WO2009154495A1 (ru) Кормовое крестообразное оперение подводного аппарата
Lang Hydrodynamic analysis of cetacean performance
Chekab et al. Investigation of different methods of noise reduction for submerged marine propellers and their classification
CN105117564A (zh) 一种前置定子周向非对称布置的泵喷推进器水力模型及其设计方法
US7150434B1 (en) Vehicle wake vortex modifier
CN102285438A (zh) 一种潜艇舰船前置贯流式螺旋桨技术
US20120145066A1 (en) Subsurface Vortex Assisted Distributed Propulsion Active Hull
Bøckmann et al. The effect of a fixed foil on ship propulsion and motions
RU2368532C1 (ru) Кормовое крестообразное оперение подводного аппарата
Lin et al. Improvement of hydrodynamic performance of the disk-shaped autonomous underwater helicopter by local shape modification
Majumder et al. A critical review of different works on marine propellers over the last three decades
CN105873818A (zh) 船舶推进单元
Toxopeus et al. Submarine hydrodynamics for off-design conditions
CN104386229A (zh) 一种水面舰船装置
Lopes et al. An analytical model study of a flapping hydrofoil for wave propulsion
Phillips Simulations of a self propelled autonomous underwater vehicle
Belibassakis et al. Noise generation and propagation by biomimetic dynamic-foil thruster
CN110304226B (zh) 一种桨前射流引入降低螺旋桨水动力噪声的方法
US3226031A (en) Induction propeller
RU2728960C1 (ru) Кормовое крестообразное оперение подводного объекта
Lagopoulos et al. Effect of aspect ratio on the propulsive performance of tandem flapping foils
Peng et al. THE STUDY ABOUT THE IMPACT OF THE FREE-SURFACE ON THE PERFORMANCE OF THE PROPELLER ATTACHED AT THE STERN OF A SUBMARINE
US9908589B1 (en) Hull shape for improved powering and seakeeping
Xu et al. Numerical research of hydrodynamic performance of hybrid CRP podded propulsor in steering conditions

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200880129559.7

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08874722

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201001473

Country of ref document: EA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 8221/DELNP/2010

Country of ref document: IN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08874722

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1