Статья: ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА: АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ЧАСТЬ 1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ЛОПАСТЕЙ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ В НЕОДНОРОДНОМ ПОЛЕ СКОРОСТЕЙ (2025)

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются полупогружные суда (ППС) как уникальный тип морских судов, предназначенных для транспортировки крупногабаритных и сверхтяжелых объектов. Цели заключаются в анализе становления таких судов в отдельный класс морских судов, особенностей проектирования и эксплуатации ППС, а также выявлении основных требований, предъявляемых к этим судам, и устоявшихся проект-ных решений, обеспечивающих выполнение указанных требований.

Материалы и методы. Использованы исторические данные об эволюции полупогружных судов, физическая модель эксплуатации ППС, а также анализ существующих проектных решений и технических характеристик. Основные методы включают аналитический обзор, систематизацию требований и оценку проектных решений на основе физической модели функционирования судов.

Основные результаты. Выявлены ключевые этапы эволюции полупогружных судов, описана физическая модель их эксплуатации и сформулированы основные требования, предъявляемые к ППС. Определены важнейшие проектные решения, влияющие на безопасность и эффективность эксплуатации таких судов, включая их архитектурно-конструктивные особенности, балластную систему и систему динамического позиционирования.

Заключение. В статье подчеркивается значимость полупогружных судов как специализированного типа морских судов, способных решать задачи перевозки крупногабаритных тяжелых объектов. Теоретическая ценность работы за-ключается в систематизации требований, предъявляемых к ППС, а также выявлении устоявшихся проектных решений, являющихся следствием этих требований.

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются мобильные устройства магнитного типа, перемещающиеся по ферромагнитным поверхностям. Цель – разработка методики и установки для экспериментального определения рабочих и тяговых характеристик электромагнитов броневого типа для мобильных устройств, которые могут передвигаться по судовым конструкциям из ферромагнитных материалов.

Материалы и методы. Модельный эксперимент по определению рабочих параметров электромагнитов броневого типа, определяющих характер их взаимодействия с ферромагнитными судовыми поверхностями.

Основные результаты. Представлены методика экспериментального исследования силовых характеристик электромагнитов и стенд для ее осуществления, позволяющие определять зависимости между электромагнитными, силовыми и геометрическими характеристиками. Показано, что рациональный выбор величины зазора между электромагнитом и ферромагнитной поверхностью позволяет, с одной стороны, преодолевать неровности и углубления, а с другой – поддерживать достаточную силу притяжения для осуществления движения с перевозимым грузом. Установлено, что толщина обшивки ферромагнитной поверхности существенно влияет на электромагнитную силу.

Заключение. Использование экспериментально полученных данных позволяет проводить эмпирическую оценку параметров электромагнитного взаимодействия с ферромагнитной поверхностью электромагнитов броневого типа мобильных устройств, что способствует совершенствованию их конструкций.

Объект и цель научной работы. Объектом является мягкое вибропоглощающее покрытие (ВПП) малой толщины. Цель исследования – экспериментальное определение эффективности заполнения воздушных полостей полимерной пленкой или армированным вибропоглощающим покрытием на ее основе.

Материалы и методы. Сравнение измеренных частотных спектров вибрации демпфируемой пластины при отсутствии и нахождении в воздушных полостях ВПП дополнительных средств вибропоглощения.

Основные результаты. Приведены экспериментальные величины эффективности уменьшения уровней вибра-ции пластины мягким покрытием с последовательно установленными в полостях дополнительными средствами вибро-поглощения в сравнении со случаем их отсутствия.

Заключение. Показана практически нулевая эффективность полимерной пленки и высокая эффективность армированного вибропоглощающего покрытия на ее основе.

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются магистральные нефтеперекачивающие агрегаты. Цель работы – экспериментальное подтверждение эффективности применения виброкомпенсирующих систем в составе магистральных насосных агрегатов (МНА).

Материалы и методы. Основными элементами виброкомпенсирующей системы являются: общая рама для насоса и электродвигателя, амортизаторы, сильфонные или резинокордные компенсаторы, упругая муфта, гибкие вставки в трубопроводы. Исследования характеристик МНА выполнялись с использованием портативного двухканального анализатора динамических сигналов типа HP3569A в период пусконаладочных работ и подконтрольной эксплуатации.

Основные результаты. Выполнена экспериментальная оценка эффективности применения системы средств виброизоляции для снижения технологической вибрации и пусковых нагрузок подшипниковых узлов магистральных насосных агрегатов.

Заключение. Показано, что оснащение МНА виброкомпенсирующими системами позволяет многократно (в десятки раз) уменьшить уровни вибрации, передаваемой на фундамент, значительно снизить пусковые вибрационные нагрузки, воспринимаемые подшипниковыми узлами, и, следовательно, повысить надежность работы агрегатов.

Объект и цель научной работы. Объектом изучения является технология судовых электромонтажных работ (ЭМР), разработка которой входит в профильное направление производственной деятельности АО «СПО «Арктика». Цель – разработка комплекта технологических инструкций по судовому электромонтажу, обеспечивающему широкое применение разработанной кабельной продукции при проектировании и постройке судов и кораблей.

Материалы и методы. Проведены мероприятия по оптимизации и снижению трудоемкости технологических процессов ЭМР. Улучшения достигнуты за счет внедрения принципов механизации в процессы обработки изоляции кабелей под определенную конфигурацию внутренней полости узла подключения кабелей к антенно-фидерным устройствам (АФУ) и коммутационной аппаратуры. В связи с применением новых материалов в конструкции перспективных кабелей проведена оценка адгезионной способности нового материала к резинотехническим изделиям (РТИ) и определен режим вулканизации.

Основные результаты. Разработан комплект технологической документации, охватывающий комплекс работ по судовому электромонтажу серии инновационных радиочастотных коаксиальных кабелей, обеспечивающий их применение при проектировании и постройке объектов морской техники.

Заключение. Технология судовых ЭМР является неотъемлемой частью жизненного цикла кабельного изделия: именно она определяет целесообразность применения кабельной продукции при проектировании объектов морской техники и обеспечивает качественное выполнение судовых ЭМР при постройке судов и кораблей. Поэтому роль данной технологии важна в производственных процессах и судостроении в целом.

Объект и цель научной работы. Объекты исследования – получение и применение присадок водорода и водородосодержащих газов к воздуху. Использование водорода в качестве присадки к дизельному топливу (ДТ) до настоящего времени не изучалось. Целями являются разработка, изготовление и испытание устройства для получения присадки водорода в ДТ и исследование характеристик дизеля при работе на модифицированном топливе.

Материалы и методы. Исследования проводились на спроектированной и изготовленной экспериментальной установке для получения газовой присадки, растворенной в ДТ, на основе конструкции роторно-пульсационного аппа-рата (РПА). Сделан хроматографический анализ химического состава растворенного в топливе газа. Проведены сравнительные испытания отсека дизеля Ч 10,5/12 по нагрузочной характеристике на топливе с газовой водородосодержащей присадкой.

Основные результаты. Полученный из дизельного топлива газ проанализирован на хроматографе. Состав газо-вой смеси показал, что наряду с широким спектром различных легких углеводородов в смеси присутствует этилен. Он является промотором, инициирующим химические реакции. Добавление промоторов в небольших количествах к топ-ливу значительно ускоряет процесс горения. Максимальное содержание легкой газовой фазы, содержащейся в модифицированном топливе, накапливается в течение 7,5 мин. с начала обработки. С увеличением времени обработки про-исходит процесс удаления газа из топлива, и плотность модифицированного топлива увеличивается. Следовательно, оптимальное время обработки ДТ на экспериментальной установке для получения максимального количества водородосодержащей присадки – 7,5 мин.

Заключение. Сравнительные испытания дизельного двигателя на дистиллятном топливе и топливе с водородосодержащей присадкой показали уменьшение концентрации нормируемых загрязняющих веществ, содержащихся в отработавших газах. Для сокращения расхода топлива с использованием водородосодержащей присадки необходимо дополнительно провести НИР по оптимизации характеристики тепловыделения. Дизельное топливо с водородосодер-жащей присадкой рекомендуется к практическому использованию в судовых энергетических установках.

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является быстродействующая система управления электромагнитным моментом синхронного двигателя с анизотропной магнитной проводимостью ротора.

Материалы и методы. Использованы методы анализа непрерывных динамических систем автоматического управления. Структура системы управления сформирована на основе метода желаемой передаточной функции с настройкой на технический оптимум. Передаточная функция системы определяется по передаточным функциям регуляторов тока и объекта управления. Устойчивость и быстродействие оценивались корневым методом. Аналитические вычисления производились в программном пакете MAPLE 18.

Основные результаты. Определены зависимости условий устойчивости от параметров системы управления и синхронного электродвигателя при управлении моментом и частотой вращения. Найдены зоны и условия, при которых переходный процесс имеет колебательный и апериодический характер при учете настройки регуляторов тока и скорости.

Заключение. Быстродействующее управление моментом синхронного электродвигателя с анизотропной магнитной проводимостью ротора устойчиво при условии положительных параметров системы и компенсации перекрестных связей. При настройке регуляторов по критерию робастности управление частотой вращения устойчиво при положи-тельных значениях R* и R1, а переходный процесс всегда имеет апериодический характер.

Объект и цель научной работы. Исследуются подходы к конструированию ранее реализованных и современных нагрузочных устройств (НУ) с целью технического и технологического совершенствования для соответствия новым требованиям к источникам электроэнергии и судовых электроэнергетических систем (ЭЭС) в целом.

Материалы и методы. В работе использованы данные публикаций, а также техническая документация из архива Центрального научно-исследовательского института судовой электротехники и технологии (ЦНИИ СЭТ) по НУ постоянного и переменного тока, программы и методики испытаний судовых источников электроэнергии.

Основные результаты. Подтверждена приоритетность использования в нагрузочных устройствах, построенных на базе элементов с активным и индуктивным сопротивлением, применения принудительного воздушного охлаждения, что не исключает применения водяного охлаждения в НУ большой мощности. Для повышения величины сопротивле-ния изоляции электрических цепей относительно корпуса НУ при использовании в качестве активной составляющей нагрузки трубчатых электронагревателей, установленных на общей металлической панели и включенных в параллель, целесообразно изолировать панель термостойкими изоляторами относительно корпуса НУ. Предложены варианты технических решений перспективных модулей для построения типорядов НУ постоянного и переменного тока.

Заключение. Для швартовных испытаний судовых источников энергии широкого диапазона мощностей целесообразно применение активно-индуктивных НУ, обладающих существенными преимуществами по сравнению с другими устройствами подобного назначения: простотой, надежностью технического решения, низкой стоимостью, а также отсутствием технологической зависимости от организаций-производителей и потребителей электроэнергии.

Объект и цель научной работы. Объектом является звено постоянного тока преобразователя частоты электропривода гребного винта, включая трансформатор и неуправляемый выпрямитель. Цель заключается в исследовании переходных и установившихся процессов трансформатора с расщепленной вторичной обмоткой и выпрями-теля, возникающих при глухом коротком замыкании (КЗ) цепи постоянного тока преобразователя частоты электро-привода гребного винта.

Материалы и методы. Исследование проводилось с использованием аналитических методов и программной среды Matlab-Simulink.

Основные результаты. Определены основные параметры переходных и установившихся процессов трансформатора с расщепленной обмоткой и выпрямителя при коротком замыкании цепи постоянного тока преобразователя частоты электропривода гребного винта. Приведены расчетные соотношения для определения тока и напряжения дуги предохранителя при его срабатывании.

Заключение. Результаты выполненного исследования позволяют установить влияние параметров трансформатора с расщепленной обмоткой на величину как переходных, так и установившихся токов короткого замыкания. Указанные результаты должны способствовать повышению обоснованности выбора диодов выпрямителя и устройств защиты от ударных токов КЗ, а также повышению надежности системы электродвижения корабля в целом.

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является турбулентное горение бедной метановоз-душной смеси в камере сгорания двигателя. Цель работы – изучение закономерностей влияния промотирующей добав-ки водорода на режим турбулентного горения.

Материалы и методы. Математическая модель рабочего процесса двигателя основана на трехмерных уравнениях нестационарного переноса. Для определения характеристик турбулентности использовалась k-ω SST модель турбулентности.

Основные результаты. В результате проведенной работы построена диаграмма Борги – Питерса (Borghi – Peters). Показано, что добавление водорода в бедную метановоздушную смесь приводит к смещению расчетных точек из зоны, в которой фронт пламени сильно разорван турбулентными вихрями, к зоне, в которой влияние турбулентности на структуру фронта пламени слабо выражено. Получены численные значения критериев Карловица и Дамкелера, оцени-вающих влияние промотирующей добавки водорода на режим турбулентного горения в судовом поршневом двигателе внутреннего сгорания.

Заключение. Выявлено, что добавление водорода в бедную метановоздушную смесь в условиях интенсивной тур-булентности приводит к увеличению критерия Дамкелера и уменьшению критерия Карловица. При этом, чем выше концентрация водорода в метановоздушной смеси, тем сильнее проявляется выявленная закономерность. Это свиде-тельствует об увеличении скорости химических реакций во фронте пламени, в результате чего снижается негативное влияние турбулентных вихрей на фронт пламени и сгорание в двигателе становится более стабильным.

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются отработавшие газы (ОГ) элементов судо-вых энергетических установок (СЭУ). Цели заключаются в исследовании свойств компонентов ОГ элементов СЭУ и разработке метода выделения каждого из компонентов из общей смеси газов для снижения экологической нагрузки на окружающую среду со стороны элементов СЭУ судов торгового флота.

Материалы и методы. В качестве материалов использованы научные публикации, в той или иной мере затрагивающие тему исследования, а также пособия и справочные материалы.

Основные результаты. Проведен сравнительный, а затем системный анализ свойств ОГ, что позволило определить основные принципы реализации сепарации каждого из их компонентов наиболее эффективным образом. Это является важным этапом в разработке технологий снижения выбросов вредных веществ и парниковых газов в атмосферу.

Заключение. Сравнительный и системный анализ свойств компонентов ОГ элементов СЭУ позволяют в дальней-ших исследованиях начать разработку системы сепарации и очистки ОГ новой генерации или предложить наиболее эффективный план модернизации имеющихся систем. Теоретическая ценность исследования заключается в результа-тах сравнительного анализа по выбранным параметрам. Практическое значение итогов работы состоит в определении метода сепарации компонентов ОГ.

Объект и цель научной работы. Локальные энергетические системы, в состав которых входят плавучие энергоблоки (ПЭБ) на базе судовых реакторных установок (РУ). Обоснование экономической целесообразности ис-пользования локальных энергетических кластеров с комбинированными источниками энергии (включающих ядерное, угольное, дизельное и газовое топливо) в труднодоступных арктических регионах Российской Федерации.

Материалы и методы. Метод технико-экономического обоснования объектов энергетики.

Основные результаты. В работе определен оптимальный состав локального энергетического кластера по критерию минимальной стоимости топлива (ядерного и органического).

Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при обосновании структуры локальных энергети-ческих систем в труднодоступных арктических регионах Российской Федерации.

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются математические модели, численные ме-тоды и компьютерные алгоритмы хранения и обработки геометрической информации о судовой корпусной конструк-ции в 3D. Цель работы – снижение трудоемкости разработки сборочного чертежа трубопровода в изометрическом виде за счет создания компонентов математического и программного обеспечения (ПО) обработки геометрической информации судовой корпусной конструкции.

Материалы и методы. Теоретическая часть работы выполнена на основе применения моделей, методов и алгоритмов вычислительной геометрии, используемых при построении систем обработки географических данных в геоинформационных системах. В экспериментальной и практической частях работы применяются методы программирова-ния, построения и анализа алгоритмов и программ, компьютерного исследования работы алгоритмов.

Основные результаты. Предложена методика обработки и хранения геометрических 3D данных о судовых корпусных конструкциях с применением подходов обработки данных в геоинформационных системах. На основе ука-занной методики разработано ПО определения расстояния от заданной точки до нижележащей корпусной конструкции с целью автоматического внесения этого расстояния в сборочный чертеж трубопровода.

Заключение. Разработана методика обработки и хранения геометрических 3D данных о судовых корпусных кон-струкциях в базе данных геоинформационной системы, а также алгоритм поиска из заданной в 3D точки ближайшей «видимой» корпусной панели. Разработанное математическое и программное обеспечение САПР позволяет сократить трудозатраты по оформлению изометрического сборочного чертежа судового трубопровода с указанием расстояния от палубной конструкции.

Объект и цель научной работы. Объектом являются суда ледового плавания. Цели исследования – развитие и совершенствование методов и моделей прогнозирования изменения технического состояния наружной обшивки и ледового пояса морских судов с течением времени.

Материалы и методы. Предлагаемые подходы апробированы на реальных данных, полученных в результате обработки актов замеров остаточных толщин и деформаций судов ледовых классов, эксплуатирующихся в Дальне-восточном морском бассейне.

Основные результаты. Рассмотрены модели прогнозирования изменения толщины наружной обшивки морских судов с течением времени. Показаны преимущества и недостатки линейных и нелинейных подходов, а также влияние объемов исходной информации на качество и характер прогнозов.

Заключение. Выполненное исследование показало, что применение нелинейных зависимостей позволяет с достаточ-ной для практических целей точностью прогнозировать изменение технического состояния наружной обшивки и ледового пояса судов в эксплуатации, что дает возможность планировать виды, объемы и сроки выполняемых ремонтных работ.

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются вязкоупругие полимерные материалы, интегрируемые в состав конструкции для повышения диссипативных характеристик. Цель работы – аналитическое описание результатов измерений вещественных и мнимых частей комплексных модулей вязкоупругих полимерных материалов.

Материалы и методы. Результаты измерений вещественных и мнимых частей комплексных модулей вязкоупругих полимерных материалов. Обобщение экспериментальных данных путем выбора аппроксимирующих функций.

Основные результаты. Показана возможность использования полиномиальных зависимостей для аналитического описания вещественных и мнимых частей комплексных модулей вязкоупругих полимерных материалов в широком температурном и частотном диапазонах.

Заключение. В работе представлен один из возможных подходов к обработке результатов измерений и аналитическому описанию вещественных и мнимых частей комплексных модулей вязкоупругих полимерных материалов.

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является композитная оболочка как часть судового корпуса. Цель – разработка схемы проведения экспресс-оценки влияния экстремальных нагрузок, вызванных интен-сивной качкой, на запас долговечности конструкции.

Материалы и методы. Композиты на основе стеклопластика. Оценивалась малоцикловая прочность стеклопла-стиковой звукопрозрачной оболочки при слеминговых воздействиях. Рассмотрение проведено с вероятностных позиций, относящихся к количеству и интенсивности слеминговых явлений. Для получения конкретных результатов использо-валась усталостная кривая для конкретного материала.

Основные результаты. Разработана схема проведения контроля уровня накопления усталостных повреждений в композитной оболочке на основе непосредственного использования кривой усталости. Запас усталостной прочности из-за слеминговых воздействий предлагается отображать в графическом и численном видах.

Заключение. Разработана схема проведения экспресс-контроля уровня накопления усталостных повреждений в композитной оболочке при местных экстремальных воздействиях. Данная схема может быть использована для оцен-ки долговечности за счет непосредственного использования кривой усталости. Предлагаемый подход апробирован на конкретном примере судовой композитной оболочки, подверженной нагрузке от слеминга. Предлагаемая экспресс-оценка усталостной долговечности рассмотренных конструкций может быть использована и для металлических конструкций.

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является процесс движения погруженного тела с расположенной в носовой оконечности рубкой различной формы вблизи свободной поверхности воды. Цель состоит в определении влияния формы рубки на полное сопротивление, вертикальную подъемную силу и гидродинамический момент, действующие на тело со стороны жидкости, а также на вертикальное перемещение тела и угол дифферента при различных значениях чисел Фруда.

Материалы и методы. Материалом для проведения исследований является методика моделирования, технологии и результаты модельных экспериментов в опытовом бассейне. Численное моделирование выполнено с помощью программного комплекса ANSYS.

Основные результаты. Проведено экспериментально-теоретическое исследование влияния формы рубки, расположенной в носовой оконечности погруженного тела, на его гидродинамические характеристики и параметры движения на малом заглублении.

Заключение. Полученные результаты полезны для стабилизации движения в горизонтальной плоскости погруженного тела, имеющего выступающую часть в виде рубки крыловидной или лимузинной формы в зависимости от его скорости и величины заглубления.

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является процесс движения погруженного тела с расположенной в носовой оконечности рубкой крыловидной формы и кормовым оперением в ледовых условиях на малом заглублении. Цели состоят в определении величины вертикального перемещения тела, возникающего под воздействием подъемной силы и углов дифферента, а также в оценке влияния особенностей формы погруженного тела на параметры генерируемых от движения изгибно-гравитационных волн и их ледоразрушающую способность.

Материалы и методы. Материалом для исследований является методика моделирования, технологии и результаты модельных экспериментов в опытовом ледовом бассейне.

Основные результаты. Проведено экспериментальное исследование влияния крыловидной рубки, горизонтального и вертикального оперения погруженного тела на параметры его движения на малом заглублении и волнообразование.

Заключение. Полученные результаты полезны для стабилизации движения в горизонтальной плоскости погруженного тела, имеющего выступающие части и перемещающегося вблизи нижней поверхности сплошного ледяного покрова с различной скоростью.