Главная » 2014 » Август » 20 » Скачать Разработка методики оценки гидродинамического воздействия на плавающие машины, входящие в прибойную зону. Малахов, Дмитрий бесплатно
7:37 AM
Скачать Разработка методики оценки гидродинамического воздействия на плавающие машины, входящие в прибойную зону. Малахов, Дмитрий бесплатно
Разработка методики оценки гидродинамического воздействия на плавающие машины, входящие в прибойную зону
Диссертация
Автор: Малахов, Дмитрий Юрьевич
Название: Разработка методики оценки гидродинамического воздействия на плавающие машины, входящие в прибойную зону
Справка: Малахов, Дмитрий Юрьевич. Разработка методики оценки гидродинамического воздействия на плавающие машины, входящие в прибойную зону : диссертация кандидата технических наук : 05.05.03 / Малахов Дмитрий Юрьевич; [Место защиты: Моск. гос. автомобил.-дорож. ин-т (техн. ун-т)] - Москва, 2009 - Количество страниц: 202 с. ил. Москва, 2009 202 c. :
Объем: 202 стр.
Информация: Москва, 2009
Содержание:
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 АНАЛИЗ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ, СВЯЗАН- 14 НЫХ С ИЗУЧЕНИЕМ ПРЕОДОЛЕНИЯ ПРИБОЙНОЙ ЗОНЫ ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ РАБОТЫ
11 Анализ научно-исследовательских работ
12 Постановка цели и задач работы
Глава 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ВХОДА ПЛАВАЮ
ЩИХ МАШИН В ВОДУ ПРИБОЙНОЙ ЗОНЫ, ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НИХ
21 Особенности входа плавающих машин в воду прибойной зоны
22 Характеристика волнения на глубокой воде вдали от бере
23 Характеристика волнения и волн прибойной зоны
24 Особенности движения плавающих машин в прибойной зоне
25 Расчет некоторых параметров взаимодействия разрушающихся волн с плавающими машинами
Выводы по главе 2
Глава 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВХОДА
ПЛАВАЮЩИХ МАШИН В ВОДУ ПРИБОЙНОЙ ЗОНЫ И ОЦЕН- 95 КА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НИХ
Общие положения по организации экспериментальных исследований
32 Цель и задачи экспериментальных исследований
33 Место и условия проведения исследований
34 Характеристики физической модели плавающей машины, измерительной и регистрирующей аппаратуры
35 Программа и методика экспериментальной оценки гидродинамического воздействия на плавающие машины, входящие в прибойную зону
36 Результаты экспериментальных исследований
Выводы по главе 3
Введение:
Среди большого количества плавающих машин (ПМ) различного типа и назначения (военных и гражданского использования) есть две группы машин, которые эксплуатируются в прибрежных зонах морей и океанов.
Первая группа машин, наиболее значительная по своему составу - это машины морской пехоты Военно-морского флота страны: плавающие танки, боевые машины пехоты, плавающие колесные и гусеничные бронетранспортеры и транспортные гусеничные машины типа ПТС-2, ДТ-10П, ДТ-ЗОП и др.
Машины этой группы вынуждены работать в прибойной зоне по условиям боевой обстановки, так как именно она, а не состояние погоды обуславливают необходимость преодоления зоны прибоя. Именно эти машины должны в наибольшей степени быть приспособлены к условиям неспокойного моря, то есть быть действительно мореходными и способными плавать в условиях волнения различной балльности, входить в воду прибойной зоны и выходить из нее на берег.
Вторая группа плавающих машин - это машины рейдовой разгрузки судов-снабженцев, обеспечивающих доставку разнообразных грузов на необорудованный берег через так называемые портопункты Северного Морского Пути и на других морских трассах от Мурманска до Владивостока, а также через портопункты, расположенные на побережьях Антарктиды.
Продолжительность работы машин этой группы в условиях волнений различной балльности относительно общего времени их эксплуатации достаточно велика. Поэтому эта группа машин также должна быть мореходной и способной плавать, входить в воду прибойной зоны и выходить из нее на берег в условиях волнения до трех-четырех баллов.
Некоторые транспортные комплексы рейдовой разгрузки судов-снабженцев состоят из амфибийных буксировщиков и несамоходных морских платформ на воздушной подушке грузоподъемностью до 40 тонн. Работа таких комплексов в условия волнения, то есть плавание, выход из воды на берег и вход в воду даже без груза, который выгружается на грунт у складов, является очень тяжелым режимом морской эксплуатации машин, который в настоящем исследовании не рассматривается.
Важно отметить, что плавающие машины рейдовой разгрузки судов также не могут ожидать хорошей погоды и уменьшения волнения, так как длительная стоянка на рейдах судов-снабженцев очень невыгодна. Каждый час стоянки на рейде судна-снабженца приводит к значительным финансовым издержкам (по оценкам 1991 года от 2000 до 4000 рублей и более в зависимости от типа судна).
Условия эксплуатации плавающих машин в прибрежных зонах морей и океанов существенно отличаются от условий эксплуатации таких машин на реках, малых озерах и водохранилищах из-за состояния водной поверхности, характеризуемой волнениями различной балльности, что в свою очередь объясняется серьезными различиями в ветро-волновом режиме, геологии дна, глубинах и т.п.
В прибрежной части морей и океанов редко наблюдается спокойное состояние водной поверхности. В большинстве случаев по статистическим данным это волны до двух-трех баллов. Но достаточно часто с береговыми пляжами в течение нескольких дней взаимодействуют волны в 4 или 5 баллов, которые являются предельными даже для мореходных плавающих машин из-за сильных гидродинамических воздействий волн на береговые пляжи и сами машины.
Если на реках, малых озерах и в прибрежной части морей и океанов при незначительном волнении вход машин с берега в воду и выход из нее на берег не вызывает особых трудностей, то при работе в условиях волнения более трех баллов эксплуатация машин, даже приспособленных к работе в морских условиях, становится весьма специфичной, трудной и опасной, поскольку в процессе преодоления прибойной зоны при входе в воду и выходе из нее происходит весьма сложное гидродинамическое взаимодействие плавающих машин с волнами.
Волны, подходящие к берегу из открытого моря, трансформируются по своим размерам, формам и параметрам и, как правило, подходят к берегу по нормали. При этом по мере приближения к берегу, и уменьшения глубины воды меняется профиль волн, они становятся неустойчивыми и разрушаются, накатываясь на береговой пляж. Процесс разрушения волн, воздействующих на берег, береговые сооружения и плавающие машины, движущиеся по берегу, весьма динамичен и характеризуется существенным силовым воздействием из-за большой потенциальной и кинетической энергии волн. Для периодов волн 4.6 секунд, наблюдаемых при волнениях 4.5 баллов, сила удара волны может достигать 26.30 кН и более на квадратный метр площади [17; 20].
При рассмотрении волн прибойной зоны следует выделить несколько характерных параметров этих волн, которые могут существенно влиять на процесс взаимодействия плавающих машин с волнами прибойной зоны. К этим параметрам относят: скорость волны в мелководной и прибойной зоне; высота, длина и крутизна волны и динамика их изменения по мере подхода к урезу воды; глубины воды, на которых начинается процесс разрушения волн; вид разрушения. Кроме того, на картину волнообразования в прибойной зоне оказывают значительное влияние величина уклона прибрежного дна и изменения формы его профиля (подъемы, спуски, горизонтальные площадки, бары и т.д.), а также его гладкость и водопроницаемость. При комплексном рассмотрении волновой картины в прибрежной зоне нельзя не учитывать также влияние на ее формирование формы береговой линии, а также различных течений, как волновой, так и не волновой природы.
Кроме фронтального силового воздействия, препятствующего поступательному движению машины, могут проявляться факторы, стремящиеся отвернуть машину от заданного курса, который должен быть перпендикулярен фронту встречной волны. В результате в предельном случае машина может быть развернута бортом (лагом) к волне и опрокинута.
Кроме того, необходимо учитывать, что при движении в прибойной зоне машинам приходится преодолевать воздействия не одной волны, а череды разрушающихся волн, оказывающих на них гидродинамическое силовое воздействие и вызывающих качку.
Безопасная и эффективная эксплуатация плавающих машин в прибрежной зоне моря во многом зависит от того, насколько плавающие машины способны уверенно преодолевать прибойную зону с различными типами разрушающихся волн без потери остойчивости и плавучести, то есть без их потопления. При этом весьма желательно сохранение требуемой скорости движения и управляемости машин.
Количество фото и видеоматериалов, иллюстрирующих вход плавающих машин в прибойную зону, весьма ограничено. Некоторые фотографии, дающие представление о сложности задачи преодоления прибойной зоны в условиях волнений критической балльности, представлены на рис. 2.3.3.
На рис. 2.3.3 (а) показан фрагмент входа в воду прибойной зоны американского плавающего бронетранспортера LVTP-7A1. О высоте прибойной волны можно судить, сравнивая ее с шириной машины, которая у данного транспортера равна 3,3 метра. Обращает на себя внимание значительный подъем передней части корпуса при входе его в соприкосновение с прибойной волной и деформация ее переднего склона корпусом машины. Волна как бы нависает над машиной и в последующее мгновение обрушивается на нее, оказывая мощное динамическое воздействие. Следует обратить также внимание на то, что кормовая часть корпуса машины полностью находится в потоке откатывающегося в сторону моря заплеска волн.
Откатывающиеся от берега разрушившиеся волны являются фактором, способствующим поступательному движению плавающей машины в сторону моря. Однако отсутствие надежной герметизации верхней части корпуса (что характерно для большинства транспортных машин) волны могут вызвать принятие на грузовую платформу больших масс воды и уменьшение остойчивости плавающей машины со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.
Рис. 2.3.3 (б) иллюстрирует вход в воду отечественной плавающей машины с негерметизированной грузовой платформой, покрытой тентом. Очевидно, что встреча с прибойными волнами, сходными с отображенной на этой фотографии, для машин такого типа сопряжена с дополнительной опасностью.
Успешное преодоление прибойной зоны плавающей машиной определяется несколькими факторами. Первый и очень важный фактор -это превышение суммарных сил тяги, создаваемых сухопутными и водоходными движителями машины, над суммой сил сопротивления движению (гидродинамических сил сопротивления с учетом силового воздействия волн, воздушного сопротивления при больших скоростях ветра, сил сопротивления, возникающих при взаимодействии сухопутного движителя с опорной поверхностью). В тех случаях, когда это условие не обеспечивается, а кинетическая энергия машины меньше энергии волны, скорость машины уменьшается до нуля и она не может преодолеть противодействие разрушающихся волн. В этих обстоятельствах, как уже отмечалось, велика вероятность разворота машины бортом к волне.
В связи с этим необходимо отметить еще один важный фактор, влияющий на успешность входа машины в воду на волнении в 3.5 баллов. К нему относится эффективность рулевых устройств машины, с помощью которых должно происходить возвращение машины к первоначальному или близкому к нему курсу после разворота машины под действием одной или нескольких волн.
Рулевые устройства эффективны, если они способны в течение очень короткого времени, примерно равного периоду волны, вернуть машину на курс, близкий к первоначальному. Если рулевые устройства малоэффективны, то машина силовым воздействием волн может быть развернута бортом к очередной волне и опрокинута.
Вероятность опрокидывания возрастает, если имеется контакт сухопутного движителя (колесного или гусеничного) одного борта с подводным грунтом. Поэтому при оценках возможностей работы машины в прибойной зоне необходимо обращать серьезное внимание как на скорость (поскольку она определяет кинетическую энергию машины) и совокупную силу тяги движителей при прямолинейном движении, так и на угловую скорость поворота машины под действием своих рулевых устройств, учитывая то обстоятельство, что поворачивающий момент от рулевых устройств по своей величине должен быть больше момента от воздействия волн, ветра и прибрежных течений.
Третий фактор, определяющий успешность преодоления плавающей машиной прибойной зоны - надежная герметизация надводной части корпуса, не допускающая попадания в его внутренние объемы больших масс воды в условиях, когда разрушающаяся волна накатывается на верхнюю часть корпуса машины. При этом важно не только обеспечить минимизацию поступления забортной воды в корпус, но и не допустить разрушения элементов корпусного оборудования, через которое вода может поступать в корпус. Например, защитных стекол кабины управления, забортных труб питания двигателя воздухом и других элементов плавающего средства.
При недостаточной герметизации корпуса поступающая в него вода уменьшает запас плавучести, ухудшает остойчивость и в конечном счете может привести к потери плавучести (машина утонет) либо к потере остойчивости (машина перевернется и утонет).
Поэтому обеспечение необходимой непотопляемости машины -это обязательное условие создания мореходных машин, способных работать в прибойной зоне.
При преодолении волн прибойной зоны машины испытывают, в основном, продольную и вертикальную качку с достаточно большими амплитудами и ускорениями. Поэтому четвертый фактор, который желательно также учитывать - это то, что суммарные вертикальные и угловые ускорения не должны превышать значений, обусловленных эргономическими нормами.
И последний, пятый фактор, который также связан с обитаемостью и управляемостью плавающих машин, - это явление обильной заливаемости верхних надводных частей корпуса, когда большие сплошные массы воды, накатываясь на машину, закрывают смотровые приборы, стекла кабин и рубок. В эти моменты экипажи практически лишаются на некоторое время возможности наблюдения из машин и не могут быстро реагировать на изменение внешних условий и поведения машин, то есть управлять ими.
Теоретических и экспериментальных исследований процесса преодоления плавающими машинами прибойной зоны практически очень мало и посвящены они, в основном, вопросам качки. Поэтому направление исследований этой работы представляется актуальным и важным, поскольку позволяет выявить особенности движения плавающих машин через зону прибоя и способствовать выработке рекомендаций, обеспечивающих надежный вход в воду в условиях требуемой балльности волнения за счет, в основном, конструкции машины. При этом будут обусловлены и наиболее рациональные эксплуатационные приемы преодоления прибойной зоны.
Таким образом, можно констатировать, что преодоление плавающими машинами прибойной зоны при волнениях различной балльности, особенно при входе в воду и выходе из нее на разных по величине уклонах дна прибрежной полосы, является наиболее трудным и опасным режимом работы плавающих машин, успешность завершения которого гарантирует дальнейшую эксплуатацию машин в условиях неспокойного моря.
Исследованию наиболее важных элементов процесса преодоления плавающими машинами прибойной зоны и посвящена настоящая работа, так как если машина не может надежно входить в воду прибойной зоны, то ее нельзя считать мореходной.
