Вплив конструктивних параметрів прив"язних підводних систем на їхні експлуатаційні характеристики - Автореферат

Такі системи знайшли широке застосування в підводних технологіях і містять у найпростіших випадках самохідний підводний апарат (ПА), кабель-трос (КТ) та розташований на судні-носії (СН) пост енергетики і керування системою. Більш складна система містить додатково буксирований підводний апарат-заглибник (ПАЗ), кабель-буксир (КБ) для його буксирування судном-носієм, буксирний трос (БТ) для зєднання ПАЗ із самохідним ПА в режимі буксирування. Проектуванню ПА присвячена значна кількість досліджень, однак публікацій з проектування ППС порівняно мало. Підвищення продуктивності ПОПР можливе шляхом обґрунтованого вибору експлуатаційних характеристик ППС, виходячи з технології їхнього застосування, що може бути забезпечене науково обґрунтованим вибором конструктивних параметрів ППС на стадії їх проектування. Метою роботи є удосконалення проектування та розрахунків привязних підводних систем із самохідними апаратами на підставі визначення взаємозвязку між конструктивними параметрами й експлуатаційними характеристиками, що забезпечує підвищення продуктивності таких систем з урахуванням особливостей застосування.Сформульовано критерії якості ППС: продуктивність проведення робочих операцій (корисної роботи) протягом одного операційного циклу; продуктивність проведення робочих операцій за певний проміжок часу (доба, місяць, сезон); енергозатрати ПА, повязані з призначенням потужності його ходових двигунів, та енергозатрати, що визначають переріз кабель-троса; номенклатура виконуваних підводних робіт. Наведено основні схеми досліджуваних систем: одноланкових, дволанкових із привантажем і комбінованої із заглибником, підводним апаратом на кабель-тросі і буксирному канаті, що віддається на ходу. Потужність PM визначається потужностями приводів маршових Px, вертикальних Pz і бічних Py рушіїв, однак підсумовуються тільки потужності одночасно працюючих приводів. Було виконано вимір швидкості течії річки і її епюри за глибиною; визначено взаємне розташування судна-носія і ПА; визначено геометричні, енергетичні та інші характеристики комплексу "The North Star", що в математичній моделі є вихідними даними; виконано вимір силових та енергетичних характеристик системи. Як видно, виміряні і розраховані силові характеристики системи ППС (натяг на корінному кінці кабель-троса) близькі, похибка складає менш 10 %.На основі аналізу сучасного стану методів проектування привязних підводних систем показано, що підвищення продуктивності пошуково-обслідницьких підводних систем може бути досягнуте за рахунок раціональної побудови просторової конфігурації одноланкових привязних підводних систем у потоці і сполучення буксированого й самохідного режимів роботи в комбінованих привязних підводних системах із самохідними ПА. Розроблено математичну модель комбінованої привязної підводної системи, що враховує взаємодію між собою її елементів як гнучких ниток і твердих тіл у потоці. На основі розроблених алгоритмів створені прикладні програми, що дозволяють виконувати пошук раціональної просторової конфігурації одноланкової привязної підводної системи і вивчати властивості комбінованої привязної підводної системи в основних режимах її роботи. Розроблено методику визначення конструктивних параметрів одноланкової привязної підводної системи для руху перпендикулярно до діаметральної площини системи. Розроблено методику проектного розрахунку необхідних потужностей приводів, упорів рушіїв, довжини КТ у залежності від необхідної робочої зони одноланкової привязної підводної системи.

Основний зміст роботи

У дисертації виконане подальше вдосконалювання теорії і методів проектування двох видів привязних підводних систем - традиційної одноланкової та запропонованої автором комбінованої. На основі аналізу сучасного стану методів проектування привязних підводних систем показано, що підвищення продуктивності пошуково-обслідницьких підводних систем може бути досягнуте за рахунок раціональної побудови просторової конфігурації одноланкових привязних підводних систем у потоці і сполучення буксированого й самохідного режимів роботи в комбінованих привязних підводних системах із самохідними ПА. У результаті отримані якісні і кількісні залежності між конструктивними параметрами привязних підводних систем (просторова конфігурація системи, довжина кабель-троса, упори і потужності приводів) та їх продуктивністю як основною експлуатаційною характеристикою.

Розроблено математичну модель комбінованої привязної підводної системи, що враховує взаємодію між собою її елементів як гнучких ниток і твердих тіл у потоці.

Розроблено алгоритми дослідження стаціонарних станів ППС, засновані на обчисленні великих масивів шуканих змінних і сортуванні за призначуваними проектантом критеріями. На основі розроблених алгоритмів створені прикладні програми, що дозволяють виконувати пошук раціональної просторової конфігурації одноланкової привязної підводної системи і вивчати властивості комбінованої привязної підводної системи в основних режимах її роботи.

Розроблено методику визначення конструктивних параметрів одноланкової привязної підводної системи для руху перпендикулярно до діаметральної площини системи.

Розроблено методику проектного розрахунку необхідних потужностей приводів, упорів рушіїв, довжини КТ у залежності від необхідної робочої зони одноланкової привязної підводної системи.

Для одноланкової привязної підводної системи виявлене існування точки донної поверхні, досяжної з мінімальними енергозатратами. З урахуванням зазначеного явища рекомендована відносна довжина кабель-троса для одноланкових систем 1,6...1,8, що відповідає роботі підводного апарата строго під судном-носієм.

Описана і вивчена нова - комбінована привязна підводна система, у якій самохідний привязний підводний апарат зєднаний окремим буксирним канатом з буксированим масивним заглибником, причому в процесі руху судна-носія підводний апарат має можливість багаторазово відєднуватися від буксирного каната і виконувати самостійне кероване переміщення в товщі води.

Для комбінованої привязної підводної системи розроблені методики розрахунку сил для стаціонарного режиму і двох динамічних режимів роботи. Показано, що динамічні режими визначають принципову можливість експлуатації системи з переходом з буксированого руху до самохідного руху й назад і вимагають обовязкової перевірки на міцність кабель-троса. Отримані залежності, що поєднують основні силові і геометричні характеристики комбінованої ППС.

Підвищення експлуатаційних характеристик комбінованої ППС у порівнянні з одноланковою досягається як за рахунок підвищення продуктивності, так і за рахунок зниження тривалості допоміжних операцій. Доведено, що при обстеженні площ комбіновані привязні підводні системи в два-три рази менш енергоємні і мають на 25...40 % більшу продуктивність, ніж одноланкові.

1. Блинцов В.С., Костенко Д.В. Натурные испытания привязной подводной системы в условиях течения // Зб. наук. праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 1998. - № 4 (352). - С. 172-178.

2. Блинцов В.С., Костенко Д.В. Энергозатраты привязного самоходного подводного аппарата при работе на течении // Зб. наук. праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 1998. - № 10 (358). - С. 49-53.

3. Костенко Д.В. Исследование работы привязного подводного аппарата в условиях течения // Зб. наук. праць. - Миколаїв: УДМТУ, 1998 - № 2 (350). - С. 23-30.

4. Костенко Д.В. К вопросу оценки потребляемой мощности привязного подводного аппарата при работе на течении // Зб. наук. праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 1999. - № 5 (365). - С. 3-7.

5. Костенко Д.В. Моделирование комбинированной привязной подводной системы // Зб. наук. праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 2001. - № 1 (373). - С. 47-53.

6. Блинцов В.С., Костенко Д.В. Модернизация электрооборудования осмотрового необитаемого подводного аппарата для исследования гидрофизических характеристик водной среды // Электрооборудование и автоматизиция судовых установок и систем: Сборник научных трудов. - Николаев: УГМТУ, 1994. - С. 83-89.

7. Блінцов В.С., Гертов С.П., Костенко Д.В. Улановський Л.М. Особливості організачії і виконання пошукових робіт в льодових умовах // Проблемы энергосбережения и экологии в судостроении. 2-я международная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. - Николаев: УГМТУ, 1998 г. - С. 92-93.

8. Костенко Д.В., Нужный С.Н. Оптимизация энергопотребления подводного аппарата // Тезисы докладов 1-й международной научно-технической конференции "Проблемы энергосбережения и экологии в судостроении". - Николаев: УГМТУ, 1996 г. - С. 99-100.

9. Костенко Д.В. Алгоритмы управления подводным аппаратом при работе на течении // Тезисы докладов 1-й международной научно-технической конференции "Проблемы энергосбережения и экологии в судостроении". - Николаев: УГМТУ, 1996 г. - С. 105-106.

10. Костенко Д.В. Енерговитрати самохідної прв‘язної підводної системи при роботі на течії // Проблемы энергосбережения и экологии в судостроении. 2-я международная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. - Николаев: УГМТУ, 1998 г. - С. 91.

11. Костенко Д.В. Исследование взаимосвязи конструктивних параметров и эксплуатационных характеристик привязной подводной системы // Кораблебудування: освіта, наука, виробництво: Матеріали міжнародної конференції: В 2 т. - Миколаїв: УДМТУ, 2002. - Т. ІІ. - С. 25-26.

12. Костенко Д.В. Математическое моделирование системы "подводный робот-кабель-судно" при работе на течении // Матеріали 1-го Всеукраінського эізду "Теорія механізмів, машин i техносфера Украіни ХХІ сторіччя". - Х.: 1997. - С. 46.

13. G. Babkin, V. Blintsov, S. Gertov, D. Kostenko. The Peculiarities of Using of unmanned Submersibles in the Exstreme North // Proceedings of Internationale Conference on Development and Commercial Utilization of Technologies in Polar Regions. - POLARTECH`96. Krylov Shipbuilding Research Institute, St.Peterburg, Russia, 1996. - S.23-25.

Размещено на .ru