Способ определения позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта Российский патент 2020 года по МПК B63H25/00 

Описание патента на изобретение RU2735195C1

Изобретение относится к управлению судами, в частности подводными транспортными средствами, предназначено для определения параметров устойчивости и управляемости подводного объекта и может быть использовано для прогнозирования траекторий подводных транспортных средств, выполняющих сложное маневрирование.

Известен способ определения позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта, основанный на раздельном расчетном определении этих характеристик на голый корпус подводного объекта и оперение с последующим суммированием этих характеристик (см. Пантов Е.Н., Махин Н.Н., Шереметов Б.Б. Основы теории движения подводных аппаратов / Е.Н. Пантов. - Л.: Судостроение, 1973. - стр. 59-67).

Недостатком этого способа является лишь приближенный учет формы корпуса подводного объекта, что приводит к погрешностям.

Известны также экспериментальные способы определения позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта, основанные на испытании физических моделей подводного объекта в водной или воздушной среде (см. Фирсов Г.А. Управляемость корабля / Г.А. Фирсов. - Л.: Издательство ВВМИУ им. Ф.Э. Дзержинского, 1954. стр. 60-67). При испытаниях поток обтекает неподвижно установленную физическую модель подводного объекта. Измерение сил и моментов, действующих на физическую модель в потоке производится с помощью специальных весов.

Недостатком этих способов является наличие погрешностей из-за масштабного эффекта, а также высокая стоимость производства физических моделей подводного объекта.

Известен также «Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля» (пат. RU №2690305, опубл. 31.05.2019, МПК: В63Н 25/00) - взятый за прототип, включающий определение центра вращения корабля, его угловой скорости, демпфирующих гидродинамических характеристик корабля, при этом формируют трехмерную электронную модель корабля, вокруг этой трехмерной электронной модели формируют внутреннюю вычислительную сетку в виде сферического сегмента, внутренняя вычислительная сетка в виде сферического сегмента выполнена с возможностью вращения вместе с трехмерной электронной моделью относительно внешней вычислительной сетки. В расчетной области, занятой внутренней и внешней вычислительными сетками, определяют распределение полей скоростей и давлений потока, скорость движения жидкости на входной по отношению к потоку границе расчетной области задают равной линейной скорости движения корабля, при этом задают колебания трехмерной электронной модели по углу дрейфа, в результате определяют нестационарные гидродинамические воздействия на трехмерную электронную модель: компоненты гидродинамической силы и момента в связанной системе координат, анализируют их и определяют значения гидродинамических воздействий при углах дрейфа равных нулю, затем определяют демпфирующие гидродинамические характеристики корабля, а полученные демпфирующие гидродинамические характеристики используют при выполнении сложного маневра кораблем.

Недостатком этого способа является отсутствие возможности определения позиционных гидродинамических характеристик корабля, что приводит к погрешностям.

Задачей изобретения является повышение безопасности управления подводным объектом при выполнении им сложного маневрирования за счет повышения точности прогнозирования его движения по заданной траектории с использованием компьютерного моделирования на базе рассчитываемых позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта, что снижает погрешность в определении диаметра циркуляции подводного объекта при маневрировании, тем самым, уменьшается вероятность навигационных аварий.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ определения позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта включает определение центра вращения подводного объекта, формирование трехмерной электронной модели подводного объекта, вокруг этой трехмерной электронной модели формируют внутреннюю вычислительную сетку, внутреннюю вычислительную сетку выполняют с возможностью вращения вместе с трехмерной электронной моделью подводного объекта относительно внешней вычислительной сетки. В расчетной области, занятой внутренней и внешней вычислительными сетками, определяют распределение полей скоростей и давлений потока, скорость движения жидкости на входной по отношению к потоку границе расчетной области задают равной линейной скорости движения подводного объекта, при этом в отличие от прототипа внутреннюю вычислительную сетку вокруг трехмерной электронной модели подводного объекта формируют сферической формы, с центром сферы, совпадающим с точкой вращения подводного объекта. При этом последовательно задают угловые перемещения подводного объекта по углам атаки α, дрейфа β и крена θ. В результате определяют стационарные гидродинамические воздействия на подводный объект при разных значениях углов атаки α, дрейфа β и крена θ, анализируют их и затем определяют позиционные гидродинамические характеристики подводного объекта по соотношениям:

сх(α,β,θ)=ƒ(Fx(α,β,θ)); mx(α,β,θ)=ƒ(Mx(α,β,θ));

су(α,β,θ)=ƒ(Fy(α,β,θ)); my(α,β,θ)=ƒ(My(α,β,θ));

cz(α,β,θ)=ƒ(Fz(α,β,θ)); mz(α,β,θ)=ƒ(Mz(α,β,θ)), здесь

сх - коэффициент позиционной гидродинамической силы по оси ОХ;

Fx - компонента позиционной гидродинамической силы по оси ОХ;

mx - коэффициент позиционного гидродинамического момента относительно оси ОХ;

Мх - компонента позиционного гидродинамического момента относительно оси ОХ;

су - коэффициент позиционной гидродинамической силы по оси OY;

Fy - компонента позиционной гидродинамической силы по оси OY;

my - коэффициент позиционного гидродинамического момента относительно оси OY;

Му -компонента позиционного гидродинамического момента относительно оси OY;

cz - коэффициент позиционной гидродинамической силы по оси OZ;

Fz - компонента позиционной гидродинамической силы по оси OZ;

mz - коэффициент позиционного гидродинамического момента относительно оси OZ;

Mz -компонента позиционного гидродинамического момента относительно оси OZ, затем эти позиционные гидродинамические характеристики используют при компьютерном моделировании для прогнозирования движения подводного объекта в условиях сложного маневрирования.

Существенность отличий предлагаемого способа от прототипа определяется следующим. Последовательное выполнение операций, направленных на формирование внутренней сферической вычислительной сетки с центром сферы, совпадающим с точкой вращения подводного объекта, с возможностью вращения вместе с трехмерной электронной моделью подводного объекта относительно внешней вычислительной сетки позволяет задавать угловые перемещения подводного объекта по углам атаки α, дрейфа β и крена θ в потоке и, тем самым:

- повысить точность прогнозирования движения подводного объекта по заданной траектории с использованием компьютерного моделирования на базе рассчитываемых позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта,

- снизить погрешность в определении диаметра циркуляции подводного объекта при маневрировании.

Таким образом, совокупность указанных существенных признаков позволяет обеспечить достижение нового технического результата, а именно:

- повысить безопасность управления подводным объектом при выполнении им сложного маневрирования;

- повысить точность управления подводным объектом.

Сущность способа определения позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта поясняется чертежами, где

на фиг. 1 - схема, отражающая задание угловых перемещений подводного объекта по углу атаки;

на фиг. 2 - схема, отражающая задание угловых перемещений подводного объекта по углу дрейфа;

на фиг. 3 - схема, отражающая задание угловых перемещений подводного объекта по углу крена.

Для определения позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта около его трехмерной электронной модели 1 формируют внутреннюю сферическую вычислительную сетку 2 с центром сферы, совпадающим с точкой вращения трехмерной электронной модели подводного объекта. Внутреннюю сферическую вычислительную сетку 2 выполняют с возможностью вращения вместе с трехмерной электронной моделью подводного объекта 1 относительно внешней вычислительной сетки 3. В расчетной области, сформированной внутренней и внешней вычислительными сетками, определяют распределение полей скоростей и давлений потока. Скорость движения жидкости на входной по отношению к потоку границе расчетной области задают равной линейной скорости движения подводного объекта. Вводят поточную систему координат с началом в точке вращения подводного объекта (точка О). Ось ОХ направлена параллельно вектору скорости набегающего потока в нос, OY - вверх, OZ - на правый борт. При этом последовательно задают угловые перемещения подводного объекта по углам атаки α, дрейфа β и крена θ. В результате определяют стационарные гидродинамические воздействия на подводный объект при разных значениях углов атаки α, дрейфа β и крена θ, анализируют их и затем определяют позиционные гидродинамические характеристики подводного объекта по соотношениям:

сх(α,β,θ)=ƒ(Fx(α,β,θ)); mx(α,β,θ)=ƒ(Mx(α,β,θ));

су(α,β,θ)=ƒ(Fy(α,β,θ)); my(α,β,θ)=ƒ(My(α,β,θ));

cz(α,β,θ)=ƒ(Fz(α,β,θ)); mz(α,β,θ)=ƒ(Mz(α,β,θ))

здесь

сх - коэффициент позиционной гидродинамической силы по оси ОХ;

Fx - компонента позиционной гидродинамической силы по оси ОХ;

mx - коэффициент позиционного гидродинамического момента относительно оси ОХ;

Мх - компонента позиционного гидродинамического момента относительно оси ОХ;

су - коэффициент позиционной гидродинамической силы по оси OY;

Fy - компонента позиционной гидродинамической силы по оси OY;

my - коэффициент позиционного гидродинамического момента относительно оси OY;

Му -компонента позиционного гидродинамического момента относительно оси OY;

cz - коэффициент позиционной гидродинамической силы по оси OZ;

Fz - компонента позиционной гидродинамической силы по оси OZ;

mz - коэффициент позиционного гидродинамического момента относительно оси OZ;

Mz -компонента позиционного гидродинамического момента относительно оси OZ.

Полученные позиционные гидродинамические характеристики подводного объекта используют при компьютерном моделировании для прогнозирования движения подводного объекта в условиях сложного маневрирования.

Заявителем были проведены исследования рассматриваемого технического решения «Способ определения позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта», направленные на повышение безопасности управления судном, где в качестве объекта моделирования выбрано подводное транспортное средство, обладающее определенными гидродинамическими характеристиками.

Анализ полученных данных показал, что снижается погрешность в определении диаметра циркуляции подводного объекта при маневрировании, тем самым, уменьшается вероятность навигационных аварий.

Точность управления подводным объектом увеличивается за счет учета стационарных гидродинамических воздействий, возникающих при угловых перемещениях подводного объекта в потоке.

Таким образом, технический результат изобретения заключается в повышении безопасности управления подводным объектом при выполнении им сложного маневрирования, а также в повышении точности управления подводным объектом.

Похожие патенты RU2735195C1

название год авторы номер документа
Способ учета влияния работающего водометного движителя на позиционные гидродинамические характеристики подводного объекта 2020
  • Каверинский Андрей Юрьевич
  • Сухоруков Андрей Львович
  • Чернышев Игорь Александрович
RU2746552C1
Способ определения позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта 2020
  • Сухоруков Андрей Львович
  • Титов Максим Александрович
RU2746488C1
Способ определения позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта 2022
  • Сухоруков Андрей Львович
  • Титов Максим Александрович
RU2784549C1
Способ определения позиционных гидродинамических характеристик корабля 2022
  • Сухоруков Андрей Львович
  • Титов Максим Александрович
RU2784551C1
Способ определения позиционных гидродинамических характеристик корабля 2020
  • Сухоруков Андрей Львович
  • Титов Максим Александрович
RU2746472C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ И НЕСТАЦИОНАРНЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДНЫХ МОДЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2013
  • Жук Анатолий Николаевич
  • Колинько Константин Анатольевич
  • Храбров Александр Николаевич
RU2531097C1
Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик подводного объекта 2020
  • Сухоруков Андрей Львович
  • Чернышев Игорь Александрович
RU2731817C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СВАЛИВАНИЯ И ШТОПОРА САМОЛЕТА (ВАРИАНТЫ) 2005
  • Дмитриев Владимир Григорьевич
  • Вождаев Евгений Семенович
  • Головкин Михаил Алексеевич
  • Святодух Виктор Константинович
  • Демченко Олег Федорович
  • Долженков Николай Николаевич
  • Драч Дмитрий Калистратович
  • Матвеев Андрей Иванович
RU2297364C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ И МОМЕНТОВ ПРИ УСТАНОВИВШЕМСЯ ВРАЩЕНИИ МОДЕЛИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2011
  • Виноградов Юрий Александрович
  • Жук Анатолий Николаевич
  • Колинько Константин Анатольевич
  • Храбров Александр Николаевич
  • Гоман Михаил Гиршевич
RU2477460C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЗДУШНЫХ СУДОВ 2011
  • Кухаренко Николай Иванович
  • Гордеев Тимур Евгеньевич
  • Гордеева Елена Евгеньевна
  • Евстратов Анатолий Романович
  • Собов Алексей Николаевич
  • Рухлядко Андрей Николаевич
RU2460982C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 735 195 C1

Реферат патента 2020 года Способ определения позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта

Изобретение относится к созданию подводных транспортных средств и может быть использовано для прогнозирования траекторий подводных транспортных средств, выполняющих сложное маневрирование. Для определения позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта включают определение центра вращения подводного объекта, формирование трехмерной электронной модели подводного объекта и вокруг этой трехмерной электронной модели формируют внутреннюю вычислительную сетку. Внутреннюю вычислительную сетку выполняют с возможностью вращения вместе с трехмерной электронной моделью подводного объекта относительно внешней вычислительной сетки. В расчетной области, занятой внутренней и внешней вычислительными сетками, определяют распределение полей скоростей и давлений потока, скорость движения жидкости на входной по отношению к потоку границе расчетной области задают равной линейной скорости движения подводного объекта. При этом внутреннюю вычислительную сетку вокруг трехмерной электронной модели подводного объекта формируют сферической формы, с центром сферы, совпадающим с точкой вращения подводного объекта, последовательно задают угловые перемещения подводного объекта по углам атаки, дрейфа и крена. В результате определяют стационарные гидродинамические воздействия на подводный объект при разных значениях углов атаки, дрейфа и крена, анализируют их и затем определяют позиционные гидродинамические характеристики подводного объекта. Достигается повышение безопасности и точности управления подводным объектом. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 735 195 C1

Способ определения позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта, включающий определение центра вращения подводного объекта, формирование трехмерной электронной модели подводного объекта, вокруг этой трехмерной электронной модели формируют внутреннюю вычислительную сетку, внутреннюю вычислительную сетку выполняют с возможностью вращения вместе с трехмерной электронной моделью подводного объекта относительно внешней вычислительной сетки, в расчетной области, занятой внутренней и внешней вычислительными сетками, определяют распределение полей скоростей и давлений потока, скорость движения жидкости на входной по отношению к потоку границе расчетной области задают равной линейной скорости движения подводного объекта, отличающийся тем, что внутреннюю вычислительную сетку вокруг трехмерной электронной модели подводного объекта формируют сферической формы, с центром сферы, совпадающим с точкой вращения подводного объекта, при этом последовательно задают угловые перемещения подводного объекта по углам атаки α, дрейфа β и крена θ, в результате определяют стационарные гидродинамические воздействия на подводный объект при разных значениях углов атаки α, дрейфа β и крена θ, анализируют их и затем определяют позиционные гидродинамические характеристики подводного объекта по соотношениям:

cx(α,β,θ)=ƒ(Fx(α,β,θ)); mx(α,β,θ)=ƒ(Mx(α,β,θ));

cy(α,β,θ)=ƒ(Fy(α,β,θ)); my(α,β,θ)=ƒ(My(α,β,θ));

cz(α,β,θ)=ƒ(Fz(α,β,θ)); mz (α,β,θ)=ƒ(Mz (α,β,θ)),

здесь

сх - коэффициент позиционной гидродинамической силы по оси ОХ;

Fx - компонента позиционной гидродинамической силы по оси ОХ;

mx - коэффициент позиционного гидродинамического момента относительно оси ОХ;

Мх - компонента позиционного гидродинамического момента относительно оси ОХ;

су - коэффициент позиционной гидродинамической силы по оси OY;

Fy - компонента позиционной гидродинамической силы по оси OY;

my - коэффициент позиционного гидродинамического момента относительно оси OY;

Му - компонента позиционного гидродинамического момента относительно оси OY;

cz - коэффициент позиционной гидродинамической силы по оси OZ;

Fz - компонента позиционной гидродинамической силы по оси OZ;

mz - коэффициент позиционного гидродинамического момента относительно оси OZ;

Mz - компонента позиционного гидродинамического момента относительно оси OZ, затем эти позиционные гидродинамические характеристики используют при выполнении сложного маневра подводным объектом.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2735195C1

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕМПФИРУЮЩИХ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОРАБЛЯ 2018
  • Сухоруков Андрей Львович
  • Титов Максим Александрович
RU2690305C1
Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик подводного аппарата 2019
  • Сухоруков Андрей Львович
  • Лускин Борис Анатольевич
RU2707017C1
CN 101707016 A, 12.05.2010
JP 2001101447 A, 13.04.2001.

RU 2 735 195 C1

Авторы

Каверинский Андрей Юрьевич

Сухоруков Андрей Львович

Титов Максим Александрович

Даты

2020-10-28Публикация

2020-01-27Подача