IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Известно, что традиционные движители судов (винт, гребное колесо и др.) менее эффективны, чем движительные "приспособления" многих гидробионтов. Так, например, в серии наблюдений, проведенных в США, зафиксирована скорость рыбы-парусника 109 км/ч. С моделированием движения морских животных связано большое количество исследований в нашей стране и за рубежом. Известно много примеров создания искусственных «рыб - роботов». Однако их ходовые качества существенно уступают способностям естественных  гидробионтов.  Используем алгоритм решения изобретательских задач для поиска новых предложений по повышению эффективности движения водного транспорта.

Для уточнения постановки задачи рассмотрены некоторые законы развития технической системы «самоходное судно». В результате получены следующие выводы:

• для эффективного решения проблемы ходкости судна необходимо решать не частные задачи совершенствования подсистем (повышения КПД движителей, снижения сопротивления корпуса и др.), а выйти на уровень надсистемы, рассматривая совместную работу движителя и корпуса судна;
• развитие кораблей идет в направлении применения ресурсов с более высоким уровнем организации и управления. Пока управление применяется применительно только к работе движителей (ВРШ, «Азипод» и др.). Управлению гидродинамическими силами на поверхности судна уделяется недостаточное внимание;
• у судов с традиционными движителями динамичность проявляется при движении рабочих поверхностей (лопастей) движителей. Обтекание же всего корпуса судна стационарное. В соответствии с законом увеличения степени динамичности систем необходимо перейти к нестационарному режиму обтекания поверхности судна.

Далее были выявлены противоречия системы.

Углублённые противоречия. Судовые движители включают в себя быстро движущиеся рабочие поверхности, что приводит к снижению эффективности их работы (большие вихревые потери, кавитация). Если уменьшить скорость движения лопастей, то потребуется увеличить их площадь, что приведёт к целому комплексу проблем. Объёмный удлинённый корпус судна при обтекании водой создаёт тормозящий турбулентный пограничный слой. Если длину корпуса уменьшать, то существенно растёт сопротивление формы в результате образования крупных вихрей и волнового следа.

Обострённые противоречия. Упор  сконцентрирован в районе движителя - почти в точке по сравнению с размерами судна. Так как вода не является твёрдой, то эффективно оттолкнуться от неё, прикладывая сосредоточенное усилие, сложно (кавитация и пр.). Таким образом, должна быть большая несущая поверхность движителей (для создания упора). С другой стороны - не должно быть поверхности движителей (для исключения сопротивления движению). Корпус судна мешает движению судна. Но он не может быть исключён, так как определяет основную функцию судна (размещение и транспортировку грузов или пассажиров). Таким образом, корпус судна должен быть и одновременно его не должно быть. Точнее, не должно быть его поверхности, создающей сопротивление трения и формы.

Таким образом, корпус судна сам должен создавать тягу. Для этого он должен совершать изгибные колебания с ускорением и значительной амплитуды. Оптимальные амплитуды, частоты и формы изгибных колебаний поверхности корпуса должны определяться на основе математической модели. В результате продолжения анализа задачи предложено судно с малой площадью ватерлинии (СМПВ) с гибкими подводными корпусами - движителями. Изгибные волновые движения подводных корпусов в горизонтальной плоскости обеспечиваются растягивающимися и сжимающимися горизонтальными телескопическими крыльями (см. рисунок). Изгиб подводных корпусов, работающих в противофазе, обеспечивает стабилизацию надводного корпуса.  Движение автоматически управляется интеллектуальной системой.

 

 

Код для цитирования: Скопировать