Разработка методики гидродинамического расчета подруливающих устройств тоннельного типа

Существующие методики проектирования подруливающих устройств были разработаны в середине XX в. Назрела необходимость разработки современных методик. Целью работы является создание методики расчета гидродинамических параметров подруливающего устройства (ПУ) тоннельного типа. Методика реализована на базе гидравлического расчета ПУ как неразветвленного трубопровода с осевым насосом. В ходе разработки методики решались задачи разработки теоретических положений, определения потерь напора на входе и выходе в канал ПУ, при обтекании гондолы и стоек редуктора, при течении через защитные решетки, также решена задача определения насосной характеристики и ее согласование с характеристикой канала ПУ. Потери напора определялись с помощью массовых CFD-расчетов. На их основе были получены зависимости коэффициентов потерь напора от параметров геометрии элементов ПУ. Методика была верифицирована на экспериментальных данных и результатах CFD-расчетов ПУ. Таким образом, созданная методика может быть успешно использована при проектировании современных ПУ тоннельного типа. Разработка методики выполнена в рамках федерального проекта «Стимулирование спроса на отечественную продукцию судостроительной промышленности» государственной программы Российской Федерации «Развитие судостроения и техники для освоения шельфовых месторождений».

1. Лебедев Э.П. Тяговые характеристики ПУ в ходовом режиме / Э.П. Лебедев, И.Г. Шапошников // Тезисы докладов на Всесоюзной науч.-техн. конф. «Средства и методы улучшения ходкости мореходности судов» (Крыловские чтения 1981 г.). — Л.: Судостроение, 1981.

2. Слижевский Н.Б. Расчет тяговых характеристик подруливающего устройства при наличии скорости судна / Н.Б. Слижевский, М.Г. Соколик // Теория корабля и гидромеханика. — Николаев, 1980. — С. 63–67. — (Труды НКИ. Вып. 163).

3. Ачкинадзе А.Ш. Проектирование подруливающих устройств по диаграммам // Труды ЛКИ. — Л.: ЛКИ, 1981. — С. 17–26.

4. РД 5.076.031-82 Устройства подруливающие с гребными винтами фиксируемого и регулируемого шага. Методика гидродинамического расчета. 1982.

5. Мартиросов Г.Г. Проблемы и пути совершенствования судовых движителей и средств активного управления / Г.Г. Мартиросов // Сборник материалов 8-й Всесоюзной науч.-техн. конф. по судовым движителям и системам управления. — 1990. — С. 11–24.

6. Домнин А.В. Анализ методик расчета и использования подруливающих устройств / А.В. Домнин // Вестник ВГАВТ. — 2012. — Вып. 33. — С. 177–179.

7. Юдин Ю.И. Математическое моделирование работы подруливающего устройства / Ю.И. Юдин, А.Ю. Юдин, Г.И. Мартюк // Вестник МГТУ. — 2006. — Т. 9, № 2. — С. 220–223.

8. Рак А.Н. Эффективность подруливающих устройств при различных скоростях движения судна / А.Н. Рак // Вестник Морского государственного университета. — 2023. — Вып. 93. — С. 46–52.

9. Carlton J.S. Marine propellers and propulsion. 3rd ed. / J.S. Carlton. — Elsevier, 2012.

10. Development of low noise tunnel thrusters // Maritime Research Institute Netherlands. — [Электронный ресурс] URL: http://www.marin.nl.

11. Dang J., Ligtelijn D. Development of tunnel thruster series propellers for low noise and vibration / J. Dang, D. Ligtelijn // Sixth International Symposium on Marine Propulsors (SMP’19), Rome, Italy. — May 1, 2019.

12. Шевцов С.П. Исследование гидродинамических характеристик подруливающего устройства типа «винт в трубе». Уточнение методики проектирования этих устройств, включая установки большой мощности: автореф. дисс. … канд. техн. наук / С.П. Шевцов. — СПб., 2014.

13. Багринцев В.В. Оптимизация геометрии гребного винта подруливающего устройства для снижения периодических сил / В.В. Багринцев, А.А. Коваль, Н.В. Маринич // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2019. — Специальный выпуск 2. — С. 67–72. — DOI 10.24937/2542-2324-2019-2-S-I-67-72.

14. Ермолаев А.А. Проблема вибрации подруливающих устройств и способы ее решения / А.А. Ермолаев, С.П. Шевцов // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2018. — Специальный выпуск 1. — С. 67–74. DOI 10.24937/2542-2324-2018-1-S-I-67-74.

15. Guo J. Multiparameter collaborative optimization and analysis of the non-penetrating tunnel thruster / J. Guo, Y. Yang, C. Wang, Z. Hu et al. // Journal of Marine Science and Engineering. — 2024. — Vol. 12, Issue 11. — P. 1960. — DOI 10.3390/jmse12111960.

16. Kinnas Sp.A. Performance prediction of a cavitating rim driven tunnel thruster / Sp.A. Kinnas, Sh.-H. Chang, L. He, J.T. Johannesse // First International Symposium on Marine Propulsors (SMP’09), Trondheim, Norway. — June 2009.

17. Яковлев А.Ю. Численное проектирование и экспериментальная проверка подруливающих устройств с кольцевым приводом / А.Ю. Яковлев, М.А. Соколов, Н.В. Маринич // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. — 2013. — № 73(357). — С. 17–32.

18. Lu P. Investigation of ventilation and current effect of tunnel thruster for DP applications / P. Lu, S. Wang // Proceedings of the ASME 2015, OMAE 2015, May 31 — June 2015. St. John's, Newfoundland, Canada. — Paper No. OMAE2015-42127.

19. Ермолаев А.А. Расчетная оценка влияния оформления входа в канал подруливающего устройства на величину силы, возникающей на борту / А.А. Ермолаев, Т.И. Сайфуллин, С.П. Шевцов // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2015. — № 88(372). — С. 109–116.

20. Palmer Al. Experimental testing of an autonomous underwater vehicle with tunnel thrusters / Al. Palmer, Gr. E. Hearn, P. Stevenson // First International Symposium on Marine Propulsors (SMP’09), Trondheim, Norway. — June 2009.

21. Юрканский А.В. Исследование эффективности подруливающих устройств автономных необитаемых подводных аппаратов / А.В. Юрканский, И.И. Ремизов, С.А. Половко, Н.А. Щур // Робототехника и техническая кибернетика. — 2024. — № 4. — С. 305–314. — DOI 10.31776/RTCJ.12408.

22. Юрканский А.В. Об особенностях изменения тяги носовых подруливающих устройств подводных аппаратов / А.В. Юрканский, И.И. Ремизов // Морской вестник. — 2023. — № 4(88). С. 22–24.

23. Юрканский А.В. Особенности работы подруливающих устройств вблизи кормового конуса подводного аппарата / А.В. Юрканский, И.И. Ремизов, Н.А. Щур, С.А. Половко // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2025. — № 3(413). — С. 69–75.

24. Афремов А.Ш. Средства активного управления судами / А.Ш. Афремов, Г.Г. Мартиросов, А.И. Немзер, А.А. Русецкий и др. СПб.: ФГУП КГНЦ, 2016.

25. Лобачев М.П. Проектирование и гидродинамический расчет водометных движителей / М.П. Лобачев, A.A. Русецкий, А.Ю. Яковлев. — СПб.: ФГУП КГНЦ, 2014.

26. Общие сведения о государственной программе. [Электронный ресурс] URL: https://www.sudprom2030.ru/about (дата обращения 26.03.2026).

27. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. 3-е изд., перераб. и доп. / И.Е. Идельчик; под ред. М.О. Штейнберга. –– М.: Машиностроение, 1992.

28. Ким Ю.В. Исследование гидравлического сопротивления малогабаритных судовых обратных клапанов / Ю.В. Ким, А.Ю. Пономарева, А.В. Шайтанов // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2023. — № 72/73. — C. 87–92.

29. Подволоцкий Н.М. Регулирование подачи насосов объемного типа / Н.М. Подволоцкий // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2020. — № 58/59. — C. 80–88.

30. Подволоцкий Н.М. Сравнение эффективности регулирования подачи перепуском центробежного и винтового насосов / Н.М. Подволоцкий // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2022. — № 68/69. — C. 71–76.

31. Яковлев А.Ю. Метод расчета гидродинамических характеристик осевых рабочих колес / А.Ю. Яковлев // Морские интеллектуальные технологии. — 2019. — №3(45), т. 2. — С. 25–30.

32. Белая А.Б. Новая форма диаграмм и метод проектирования осевых рабочих колес, работающих в составе водометных движителей и подруливающих устройств / А.Б. Белая, А.Ю. Яковлев // Морские интеллектуальные технологии. — 2024. — № 4, ч. 1. 79–88. DOI 10.37220/MIT.2024.66.4.008.

33. The OpenFOAM Foundation. [Электронный ресурс] URL: http://www.openfoam.org (дата обращения 26.03.2026).

34. White Fank M. Fluid mechanics. 5th ed. McGraw Hill, 2011.

35. Ванифатьев А.В. Гидродинамические методы снижения вибронагруженности подруливающих устройств / А.В. Ванифатьев, А.С. Ионкин // Всероссийская молодежная конференция «Научно-технологическое развитие судостроения — 2019»: тезисы докладов. — СПб.: ФГУП КГНЦ, 2019. — С. 62–63.