Дульнев А.И. «О параметрах пульсации газового пузыря при подводном взрыве в свободной воде» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 31-47 (2023)

Объектом исследования является подводный взрыв. Цель работы – обоснование математической модели, позволяющей оценить параметры пульсации газового пузыря при подводном взрыве в широком диапазоне изменения глубины взрыва и массы заряда взрывчатого вещества (ВВ). Материалы и методы. Рассматривается взрыв в свободной воде. Исследования базируются на аналитических материалах, численном решении обыкновенных дифференциальных уравнений и экспериментальных данных. Основные результаты. Дана характеристика известным из литературных источников расчетным зависимостям для определения параметров пульсации газового пузыря. Приведен вывод уравнений предлагаемой математической модели. Выполнено сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными для взрыва зарядов тротила. Заключение. Разработанная математическая модель по сравнению с известными решениями и эмпирическими формулами обеспечивает оценку параметров пульсации в широком диапазоне изменения глубины взрыва и массы заряда. Результаты расчетов с использованием этой модели соответствуют имеющимся экспериментальным данным. Результаты работы могут быть использованы для оценок воздействия подводного взрыва на морские объекты и сооружения.

Земляк В.Л., Козин В.М., Васильев А.С., Чингалаев С.А. «Влияние глубины акватории на характер движения погруженного тела вблизи свободной поверхности жидкости» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 48-59 (2023)

Объектом исследования является процесс движения погруженного тела заданной формы вблизи свободной поверхности жидкости в условиях ограниченной глубины акватории. Цель состоит в определении влияния глубины акватории на волновое сопротивление, вертикальную подъемную силу и гидродинамический момент, действующие на тело со стороны жидкости. 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 глубины акватории на волнообразование, волновое сопротивление, подъемную силу и гидродинамический момент, возникающие при движении погруженного тела в приповерхностной водной среде. Заключение. Полученные результаты полезны для стабилизации движения погруженного тела в горизонтальной плоскости в зависимости от скорости его движения при различном заглублении в условиях ограниченной глубины акватории.

Лобачев М.П., Таранов А.Е., Сайфуллин Т.И., Малашин А.Н., Егоров Ю.А. «Разработка математической модели акустического источника, сопровождающего распад кавитационной каверны на схлопывающиеся пузырьки» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 87-98 (2023)

Целью является разработка математической модели акустического источника, сопровождающего распад кавитационной каверны на схлопывающиеся пузырьки, для дальнейшей реализации в пакете программ «Логос» (ПП «Логос»). Объектами исследования являются модели гребных винтов (ГВ), работающие в условиях кавитации. Материалы и методы. Для оценки объема и количества пузырьков, возникающих при распаде кавитационной каверны на гребных винтах, а также для определения амплитудно-частотных характеристик процесса схлопывания одиночного пузырька пара используются методы вычислительной гидродинамики. Характеристики течения вязкой жидкости находятся из решения методом контрольного объема нестационарных уравнений Рейнольдса (RANS), замкнутых двухпараметрической полуэмпирической моделью турбулентности. Для калибровки коэффициентов полученной математической модели акустического источника подготовлены валидационные задачи, для которых выполнены замеры акустического шума в кавитационной трубе Крыловского центра. Основные результаты. Проведено численное моделирование динамики схлопывания одиночного пузырька водяного пара при различных начальных условиях. Выполнена аппроксимация зависимости импульса давления, возникающего при схлопывании кавитационного пузырька в свободной жидкости и вблизи твердой стенки. Оценены объемы и количество пузырьков, возникающих при распаде кавитационной каверны на гребных винтах, в процессе работы трех ГВ различной формы при различных поступях и числах кавитации. Разработана математическая модель акустического источника, сопровождающего распад кавитационной каверны на схлопывающиеся пузырьки, которая может быть реализована на базе конечно-объемной технологии дискретизации, применяемой в ПП «Логос», совместно с моделью турбулентности κ–ω SST. Сформирован валидационный базис для тестирования и калибровки указанной математической модели. Заключение. Исследование выполнено в рамках научной программы Национального центра физики и математики (проект «Математическое моделирование на суперЭВМ экса- и зеттафлопсной производительности»). Анализ полученных результатов показал возможность использования предложенной в работе математической модели, однако для придания ей большей универсальности и повышения точности прогноза требуется привлечение дополнительной эмпирической информации. Альтернативой является существенное увеличение привлекаемых вычислительных ресурсов, которые для решения практических задач представляются излишне большими.

Кирпичников В.Ю., Гришин А.А., Савенко В.В., Смольников В.Ю. «Экспериментальные исследования вибродемпфирования толстолистовой судовой конструкции» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 159-166 (2023)

Объектом является толстолистовая судовая пластина с подкреплением. Цель исследования – определение эффективности вибродемпфирующего устройства, содержащего резонансные полосовые вибропоглотители и два нанесенных на них армированных вибропоглощающих покрытия. Материалы и методы. Измерение спектров вибрации пластины без средств вибропоглощения и при их установке с использованием самоклеящейся полимерной пленки на основе поливинилацетата. Основные результаты. Установлена принципиальная возможность эффективного вибродемпфирования толстолистовой конструкции. Заключение. Показано, что уровни вибрации толстолистовой конструкции в широком частотном диапазоне могут быть уменьшены с помощью средств, имеющих существенно меньшую общую массу, чем масса демпфируемой конструкции.

Лобачев М.П., Рудниченко А.А., Таранов А.Е. «Влияние неравномерности потока за корпусом модели одновального судна на гидродинамические и кавитационные характеристики отдельной лопасти в составе гребного винта» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 35-49 (2023)

Целью исследования является оценка влияния неравномерности потока за корпусом модели одновального судна на локальные и интегральные гидродинамические и кавитационные характеристики отдельной лопасти в составе гребного винта. Объекты – модель гребного винта KP505 и модель корпуса контейнеровоза KCS. Материалы и методы. Для определения локальных и интегральных гидродинамических характеристик (ГДХ) гребного винта и контейнеровоза используются методы вычислительной гидродинамики. Характеристики течениявязкой жидкости находятся из решения методом контрольного объема нестационарных уравнений Рейнольдса, замкнутых двухпараметрической полуэмпирической моделью турбулентности. Основные результаты. Показано, что локальные и интегральные характеристики отдельной лопасти в составе системы «корпус–винт» существенно отличаются от аналогичных характеристик в условиях, когда они определяютсяв однородном потоке для скоростей, полученных для номинального поля скорости в диске гребного винта за корпусоммодели судна. Заключение. Опыт использования численных методов в Крыловском центре показывает: во-первых, для решения ряда задач корабельной гидродинамики данные методы оказываются предпочтительнее экспериментальных по информативности; во-вторых, традиционное использование при проектировании гребных винтов номинального поля скоростей (измеренных или рассчитанных) в ряде случаев может приводить к принятию не совсем корректных технических решений.

Егоров Ю.А., Иванов П.С., Маринич Н.В. «Зависимость кромочного шума модели гребного винта от гидродинамической нагрузки» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 50-57 (2023)

Объектом исследований являются модели гребных винтов. Цель – определение влияния гидродинамической нагрузки движителя на уровни высокочастотного некавитационного (кромочного) шума. Материалы и методы. Выполнен сравнительный анализ отечественных и зарубежных методов нормирования кромочного шума. Проведены измерения кромочного шума для серии моделей гребных винтов с разной гидродинамической нагрузкой. Основные результаты. Выявлены теоретические предпосылки влияния гидродинамической нагрузки (в виде безразмерного коэффициента упора KT) на уровни кромочного шума. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили корректность указанного подхода применительно к моделям гребных винтов. Заключение. Проведенные модельные испытания подтвердили влияние гидродинамической нагрузки (коэффициента упора движителя KT) на уровни кромочного шума. Определен примерный диапазон величины KT, оптимальной для снижения шумности гребных винтов.

Грушецкий И.В., Малинин И.О. «О звукоизлучении корпусов морской техники под действием силы на низких частотах» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 135-139 (2023)

Рассмотрено звукоизлучение в воду однородных тел в виде сферы и сферических оболочек под действием силы с целью оценки приемлемости обычно применяемого упрощенного подхода к прогнозу уровней гидроакустического поля морской техники на низких частотах. Материалы и методы. Расчеты выполнены по аналитическим зависимостям и с применением численного моделирования – метода конечных элементов. Основные результаты. Показано, что звукоизлучение уменьшается при увеличении плотности тела и механического сопротивления оболочки в точке приложения силы. Источником резонансного звукоизлучения являются неоднородности конструкции, например локальные массы, обеспечивающие нейтральную плавучесть морской техники (оборудование, балласт) и создающие реактивные силы, величина которых максимальна на резонансных частотах корпуса. Заключение. Сделан вывод, что для получения достоверных расчетных оценок уровней гидроакустического поля на низких частотах следует учитывать и механическое сопротивление, и неравномерное распределение масс по корпусу, что возможно с применением численного моделирования.

Калью В.А., Смирнов Д.А., Таровик В.И., Сергеев М.С., Петрова В.В. «Обеспечение экологической безопасности акваторий Российского арктического шельфа и повышение безопасности морских экосистем за счет снижения шумового загрязнения» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 140-153 (2023)

Обеспечение экологической безопасности акваторий Российского шельфа требует постоянного развития методов и технологий, связанных с мониторингом, количественной оценкой и сокращением пагубного воздействия источников загрязнения. При промышленном и транспортном освоении акватории Северного морского пути (СМП) наблюдается интенсивный прирост источников подводного шума. Получение адекватной картины влияния источников данного шума на представителей морской экосистемы формирует потребность в привлечении современных и точных методик измерений. В статье приводится описание проектов методик измерения собственного шума произвольного судна-носителя и подводного шума выбранного объекта морской техники, которые были разработаны в целях выявления степени воздействия шумового загрязнения на экологическую обстановку рассматриваемой акватории. Материалы и методы. Гидроакустический сигнал, содержащий шум судна-носителя или объекта гражданской морской техники (ОГМТ), шумы акватории, где проводятся акустические испытания судна-носителя и ОГМТ, воспринимаются комбинированными преобразователями звукового давления и градиента звукового давления, а также и ненаправленным гидрофоном, находящимся в приемной системе, и преобразуются в электрические сигналы, передаваемые по магистральному кабелю на бортовой пост. По тому же кабелю к гидроакустическому маяку наведения поступают сигналы, управляющие работой этого маяка. Процедура обработки информации изложена в руководстве по эксплуатации СИГАК ВП (МГФК.411711.327 РЭ). Основной целью первичной обработки является получение 1/3-октавных спектров и уровней подводного шума, создаваемых испытуемыми судном-носителем или ОГМТ, а также и шумов акватории, где проводятся эти испытания. В соответствии с принятой классификацией метод измерения уровней звукового давления с использованием гидроакустического комплекса по данной методике относится к косвенным методам с однократными наблюдениями. Основные результаты. Разработаны проекты методик измерения собственного шума произвольного судна-носителя и подводного шума выбранного объекта морской техники. Для измерения уровней подводного шума в 1/3-октавных полосах частот в диапазоне от 5 Гц до 10 000 Гц в рамках проектов методик предполагается использование стационарного измерительного гидроакустического комплекса с векторным приемником из состава ГИК-ВП. Алгоритмы обработки сигналов КГП основаны на пространственно-частотной фильтрации компонент плотности потока акустической мощности, что позволяет обеспечить защиту измерительной информации от сигналов помехи, направление распространения которых не совпадает с направлением на измеряемый объект. Заключение. Полученные результаты в виде реализованных проектов методик имеют значение для создания нормативно-правовой документации по регламентированию техногенного подводного шума в акваториях российской юрисдикции, снижения интенсивности шумового загрязнения и пагубного влияния на морские экосистемы, акустического сопровождения на этапах проектирования, строительства и эксплуатации морских промышленных сооружений и судов различных типов, акустического мониторинга соответствия объектов морской техники международным стандартам по подводному шуму.