Экспериментальное и численное исследование новых типов судовых движителей, использующих волновую энергетику моря

Экспериментально и численно изучен эффект движения погруженной в жидкость жесткой наклонной пластины навстречу набегающим волнам. Произведен двухмерный нестационарный расчет взаимодействия бегущих волн с пластиной, имеющей одну поступательную степень свободы вдоль горизонтальной оси. Проанализирована зависимость эффекта движения против волн от параметров, варьировавшихся в натурном эксперименте. Показано, что с уменьшением глубины канала средняя скорость движения пластины уменьшается. Обнаружен и исследован эффект глиссирования: пластина на тележке под действием набегающих волн разгоняется до некоторой постоянной скорости и движется в направлении распространения волн по практически невозмущенной жидкости. Построена и испытана в канале на волнении модель свободно плавающего судна-катамарана с расположенной между корпусами наклонной пластиной. При тех же соотношениях геометрии волн и пластины эффект выражен сильнее, чем для жестко закрепленной по вертикали пластины на тележке: преимущество достигает двухкратного для некоторых длин волн. На гидроканале Института механики МГУ введена в действие динамометрическая буксировочная тележка, которая будет использована для буксировочных испытаний судов с волновыми движителями. Для проверки возможности использования наклонной пластины в качестве волнового движителя реального судна на гидроканале Института механики МГУ проведено исследование движения катамарана, оборудованного волновым движителем – пластиной, против и в направлении волн. Волнодвижитель устанавливался в средней части катамарана между корпусами. Проведены исследования зависимости скорости движения катамарана против волн в зависимости от параметров волнодвижителя и самих волн. Оказалось, что величина эффекта движения против волн не меньше, чем в проведенных ранее экспериментах с волнодвижителями, прикрепленными к тележке. Показано, что имеется немонотонная зависимость скорости движения катамарана от длины набегающих волн. В зависимости от длины волн характер движения катамарана различен: судно движется против волн, периодически увеличивая скорость, причем период либо совпадает с периодом волн, либо в два раза больше. Для достаточно коротких волн имеет место монотонное движение. Показано, что те же волнодвижители при измененных параметрах установки пластины могут быть весьма эффективно использованы для обеспечения хода катамарана по волнам. С помощью вычислительного пакета XFlow проведено численное моделирование процесса образования волн в канале с помощью клиновидного волнопродуктора и воздействия этих волн на наклонную пластину с плавучестью, равной плавучести катамарана. Сравнение рассчитанных параметров волн и движения катамарана с экспериментальными данными показало удовлетворительное согласование. В гидроканале на модели реального судна проведены экспериментальные исследования эффективности волнодвижителей типа «Подводный парус» в зависимости от их размещения по длине корабля. Исследования проводились для свободно плавающей модели и модели, прикрепленной к подвижной тележке. В обоих случаях получены зависимости скорости корабля от параметров волнения. Наиболее эффективным оказалось размещение волнодвижителя в район носовой оконечности судна. В гидроканале, снабженном волнопродуктором, проведены исследования движения вблизи поверхности воды модели конкретного подводного судна, снабженного волновыми движителями типа «Подводный парус». Результаты показали целесообразность использования волнодвижителей в некоторых режимах плавания подводных судов. Проведена экспериментальная работа восстановленной динамометрической тележки на гидроканале Института механики МГУ. Изготовлена буксируемая модель, и экспериментально поставлена задача о качении негладкого цилиндра по свободной поверхности воды. Проведены моделирование создания подъемной силы, возникающей при движении вращающегося колеса по поверхности воды, и анализ размерностей определяющих параметров, и получены безразмерные комбинации, описывающие это явление.