Варна, 2014

БЪЛГАРСКА АКАДЕМИЯ НА НАУКИТЕ

ИНСТИТУТ ПО МЕТАЛОЗНАНИЕ, СЪОРЪЖЕНИЯ

И ТЕХНОЛОГИИ С ЦЕНТЪР ПО ХИДРО- И

АЕРОДИНАМИКА

СЪВРЕМЕННИ МЕТОДИ ЗА

ХИДРОДИНАМИЧНА ОПТИМИЗАЦИЯ НА

ЕКСПЛОАТАЦИОННИТЕ КАЧЕСТВА НА

КОРАБИ И ПЛАВАЩИ СЪОРЪЖЕНИЯ

Идентификация на елементите на

проекта, основни обекти на

хидродинамични изследвания

Винто-

рулеви

комплекс

Системи

за

стабили-

зация

Корпус

Подрул-

ващи

устройс-

тва

Носова

част на

корпуса

Пасивни

стабилизатори

(скулови килове)

Активни

системи за

стабилизация

Рули

Гребни винтове

Задвижващи

колонки

Водометни

движители

Кронщейни

Форма

Килове

Скегове

Ниши

Тунелен тип

Азимутни

Помпи

Алтернативна

форма и

размери на булба

Дълбоководен

буксировъчен

басейн

Плитководен

буксировъчен

басейн

Кавитационна

тръба

Открита

експериментална

акватория

Маневрено-

мореходен басейн

Аеродинамична

тръба

Обобщена структура на

експерименталните съоръжения на ЦХА

Индекс за енергийна ефективност на

корабите

Една от основните цели на

хидродинамичната оптимизация е

постигането на икономия на мощност

на ГД и резултантно снижение на

вредните емисии при запазени

останали показатели на проекта

SFC –специфичен разход на гориво;

CF - коефициент на конверсията „гориво/СО2“

Иновационни пропулсивни системи за

икономия на енергия

Photo by courtesy of Becker Marine Systems GmbH&Co.KG

Монтирането на пропулсивни устройства от типа на

направляваща потока пред основния движител дюза ,

патент на фирмата Becker Mewis Duct® в съчетание (или

без) със система крилен стабилизатор Becker Twisted

Fin® осигурява икономия на мощност при еднакви други

условия. Това се потвъждава от проведените досега в

ЦХА моделни изпитания на повече от 20 проекти на

кораби по поръчка на фирмата. Понастоящем

изследванията в това направление продължават по

договорена дългосрочна програма.

Иновационни пропулсивни системи за

икономия на енергия

Винто-рулевия комплекс тип “Promas” на фирмата

Rolls-Royce AB© , който редуцира загубите от

завихрянето на потока зад гребния винт дава

възможност за намаляване на потребляемата

мощност на ГД, което също се потвърждава с

резултатите от съответните експерименти в ЦХА.

Photo by courtesy of Rolls-Royce AB©

Иновационни пропулсивни системи за

икономия на енергия

Използването на гребни винтове с усъвършенстван

профил на лопатките, разработен от фирмата Stone

Marine Group е предпоставка за подобряване на

пропулсивните качества на кораба.

Photo by courtesy of Stone Marine Ltd.

Влияние на диферента върху разхода

на гориво

През последните години активно се извършват

хидродинамични изследвания с цел определяне

на изменението на необходимата мощност при

варианти на диферентовка на кораба.

В ЦХА се провеждат систематичи моделни

изпитания в това направление и за

преобладаващата част от изследаните кораби

резултатите потвърждават наличието на подобна

възможност за конкретни режими на плаване.

Хидродинамична оптимизация на

формата на корпуса

Яхта Купа на Америка

Матрицата на изпитанията

се състои от 38 варианта на

физическите модели.

Получените резултати от

измерванията са използвани

във VPP на яхтата.

Хидродинамична оптимизация на

формата на корпуса

Ветроходен кораб „Royal Helena”, построен от МТГ

„Делфин“-Варна

Разпределение на налягането по корпуса Вълнова картина на обтичането на

корпуса

1

Области на корекция на формата

Хидродинамична оптимизация на

формата на корпуса

Компютърни симулации и моделни изпитания, осъществени за оптимизация на

подводната част и на системата за стабилизация на бордовотом клатене на мега-яхта

Район на активния стабилизатор на бордовото клатене

Проектиране и оптимизация на

характеристиките на водометни движители

Числени и моделни изследвания Проектиране на водометен движител

и изработване на моделен прототип

Тягови характеристики

Профили на осевите скорости

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40y, mm

Vx, m

/s

20 25 30

35 40

Скоростно поле зад

дюзата

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42n, rps

FD, N

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

T, N

Fn=0.4 Fn=0.45 Fn=0.5

Fn=0.55 fn=0.6 Fn=0.65

Fn=0.7

Кавитация на рули и

измерване на налягането по

хордата на профила

Определяне на режимите

на кавитация на ГВ

Cavitation-inception Diagram

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95 1.05 1.15 1.25Js

sn

TipVortex cavitation Suction side-sheet cavitation Pressure side cavitation Test condition

Диаграма на зоните на

кавитация на ГВ

Изследване на условията на работа на

корабни движители, рули и стърчащи части

Изследване на случаите

на кавитационна ерозия

Изследване на условията на

работа на ГВ зад корпуса Експериментално определяне на момента на

вала на ГВ в аксиален и в кос поток

1

2

3

5

6

4

Измерване на налягането по корпуса в район на движителите

PS CL

0

50

100

150

200

250

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5

m

Pq

,Pa A

B

C

S

h

a

f

t

c

n

t

e

r

l

i

n

e

P

3

P

1

P

5

P

6

Изследване на условията на работа на

корабни движители, рули и стърчащи части

Моделиране на токовите линии в близост

до корпуса Определяне на упора и момента на вала

Изчисляване на упора и момента на ГВ и

характеристиките на обтичане на корпуса

Моделиране на вълнообразуването

Изследване на управляемоста на кораба

на дълбока и плитка вода

I. Маневрени изпитания със

самоходни модели

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 20 40 60 80 100 120 140

Time [s]

Ro

ll a

ng

le [

deg

]

100%_UKC

35%_UKC

20%_UKC

10%_UKC

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

y [m]

x [

m]

35%_UKC

20%_UKC

10%_UKC

100%_UKC

II. Маневрени изпитания с помощта на

планарен механизъм РММ

Експеримент

Компютърна симулация на

маневрите на кораба

Влияние на

плитководието

върху

циркулацията

на кораба

Изследване на управляемоста на речни

тласкаеми състави и тласкачи

Измерена тяга на модел на състав в конфигурация

„Т+Б“ във функция от дълбочината и оборотите на ГД

Напречна сила на рулите на модел на

тласкач на БРП в зависимост от ъгъла на

прикладване и от оборотите на ГД

Модел на состава „Т+Б“ на БРП в плитководния басейн

на ЦХА

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

-30 -20 -10 0 10 20 30

X[kg]

RPS

h/T=5.75

h/T=2.0

h/T=1.5

h/T=1.2

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

-10 0 10 20

Y ]N]

RPS

-40-30-200.0-1010203040

H/T=5.75 Main rudders [deg]

Моделни изпитания за определяне

поведението на сондажни платформи на

вълнение Полупотопена сондажна

платформа на Keppel

FELS

Изследвани дълбоководни платформи за добив на

нефт и газ

Моделни изпитания за определяне

поведението на сондажни платформи на

вълнение

Полупотопена платформа на фирмата Exmar

Offshore Company, США - числено и физическо

моделиране

Tension in most loaded lines

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25

Significant wave height, m

MP

M L

ine f

orc

e, N

Line 1

Line 12

Theory

Сила в максимално натоварената

котвена връзка във функция на

значимата височина на вълната

Моделни изпитания по проекти за

преустройсто на съществуващи кораби

Изходна форма на кораба:

- тип Ро-Ро

След преустройството:

- С добавени спонсони в

средната част за изпълнение

фукциите на ферибот

Хидродинамични изпитания на научно-

изследователски кораби

Изследователски кораб за

университета XMU, Китай

Изследователски кораб тип RCRV, САЩ

1

2

3

4

5

6

Изследователски кораб тип OCRV

AGOR , САЩ

Точки на впръскване на

емулсия за визулизиране на

обтичанато на сонарната

ниша зад носовата част

Модифициране на кила с цел постигане

на необходимата курсова устойчивост

Кавитация на руля, J=0.5

Управляемост на катамарани

I. Маневреност на тиха вода

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25 30

time [s]

Head

ing

& s

teerin

g a

ng

les

[d

eg

]

12.512.5221.51.5

Вълни-солитони,

генерирни при критични

скорости и дълбочини

Изследване на влиянието на плитководието

II. Маневреност и курсова

устойчивост на вълнение

lambda 5.8m

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1

y [m]

x [m

] Циркулация на

катамарана на

насрещно

вълнение

-10

-5

0

5

10

0 4 8 12

Time [s]

Steering angle [deg] Yaw rate [deg/s] Course [deg]

Поддържане на курса на

насрещно вълнение

Управляемост на катамарани

III. Числено изследване на управляемостта на катамарани

steering angle 20 deg

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-4 1 6 11 16

yg [m]

xg[m]exp sim

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

steering angle [deg]

yaw rate

[-]h/T=1.5

h/T=2.0

h/T=12.5

FnL

Fnh

Rt[N

]

E%

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

D

S

E%

Експеримент

Симулация

Вълнобразуване при движение с големи ъгли на

дрейф на плитка вода

Неконвенционални моделни изпитания

Възстановка на

възможните условия за

авария на м/к “Хера”

Изпитания на ново счално

устройство на морски

ATB тласткаем състав

Изследване на условията на

авария на супертанкер на

пределно плитководие

Определяне на оптималните

характеристики на

течението в рибна ферма

Изследване на ефективността на

възобновяеми източници на енергия

Устройство за утилизация

на енергията на течение в

р.Дунав

Пасивно устройство за

утилизация на енергията

на вълнението на

фирмата VICUS

Активно устройство за

усвояване на енергията

на вълнението

Корабни програмни системи

ERS система за действия в

аварийни ситуации

Настолен маневрен

тренажор

Проектиране и изследване на подводни

апарати

Числено изследване на обтичането на

корпуса на подводен апарат

Проектиране на системата за

задвижване и управление на

подводен мини-ROV

Rx

Rz

U

∞

CAD/CAM системи за проектиране и

изработване на модели

5-координатен център с

ЦПУ за производство на

модели на гребни

винтове, дюзи, рули и

стърчащи части

2-координатна фрез-

машина с ЦПУ за

производство на корабни

модели с дължина до

12м

VISIR

- програмен пакет за

проектиране на модели

корабни движители и на

стърчащи части

Rhino MarineTM

и Orca 3D

- програмни пакети за

генериране на 3D модел на

корпуса

Разпределение на научно-

изследователската дейност по държави

( Статистика за периода 2004 -2014г.)

КНР 4.41% Канада 0.05%

Финлaндия 0.17% Израел 1.70%

Испания 0.38%

Холандия 0.58%

Сингапур 5.77%

ЮАР 3.50%

Германия 16.59%

Великобритания 1.62%

Франция 2.44%

Белгия 5.54%

САЩ 29.02%

България 4.50%

Дания 5.91%

Турция 12.54%

Ю.Корея 4.22%

Норвегия 0.42%

Швеция 0.62%

БЪЛГАРСКА АКАДЕМИЯ НА НАУКИТЕ

ИНСТИТУТ ПО МЕТАЛОЗНАНИЕ, СЪОРЪЖЕНИЯ

И ТЕХНОЛОГИИ С ЦЕНТЪР ПО ХИДРО- И

АЕРОДИНАМИКА

Благодаря за вниманието !