Статья

Название статьи ОЦЕНКА ТРЕБОВАНИЙ К ГРЕБНОМУ ЭЛЕКТРОПРИВОДУ АВТОНОМНОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА
Автор В.В. Костенко, Д.Н. Михайлов, В.Д. Нечаев, А.Ю. Толстоногов
Рубрика РАЗДЕЛ IV. ПРИВОДЫ И СИСТЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ
Месяц, год 01-02, 2017
Индекс УДК 629.127
DOI
Аннотация Приведены результаты исследований, направленных на обоснование требований к гребному электроприводу маршевых движителей автономного необитаемого подводного аппарата, которые обусловлены максимальной скоростью его движения по модели использования, гидродинамическими характеристиками корпуса, вариациями остаточной плавучести и компоновкой движительно-рулевого корпуса. Традиционно, выбор параметров электропривода движителей определяется балансом лобового сопротивления аппарата на максимальной скорости с нулевым углом атаки и результирующей тягой ДРК. При этом не учитывается необходимость резервирования ресурсов ДРК для компенсации на ходу остаточной плавучести аппарата, которая изменяется в зависимости от плотности воды и глубины погружения, а также моментных возмущений, обусловленных обтеканием корпуса. Целью статьи является точное определение значений мощности и частоты вращения вала маршевых движителей, обеспечивающих заданную скорость маршевого движения АНПА с гидродинамической компенсацией его остаточной плавучести и угловой стабилизацией. Для этого определена математическая модель установившегося движения аппарата, на основании которой найден баланс позиционных гидродинамических сил и моментов, момента остойчивости, остаточной плавучести и управляющих воздействиями ДРК. С учетом результатов виртуальной продувки 3-D модели АНПА и для выбранной компоновочной схемы ДРК определена требуемая тяга максимально загруженного маршевого движителя и мощность на его валу. В ходе гидродинамического расчета гребного винта (ГВ) найдены его конструктивные параметры для рабочей точки внешней характеристики ГЭП, подтвержденной его нагрузочными испытаниями. Предложенный подход позволяет не только определить основные технические решения при проектировании ДРК, но и сформировать обоснованные требования к энергоустановке аппарата.

Скачать в PDF

Ключевые слова Автономный необитаемый подводный аппарат; режим установившегося движения; гребной электропривод; гидродинамические характеристики; движитель; лобовое сопротивление; остаточная плавучесть.
Библиографический список 1. Allotta B., Pugi L., Bartolini F., Ridolfi A., Costanzi R., Monni N., Gelli J. Preliminary design and fast prototyping of an Autonomous Underwater Vehicle propulsion system // Proc. IMechE. Part M: Engineering for the Maritime Environment 20IX. – 2013. – Vol. XX(X). – P. 1-25.
2. Bradley A.M., Feezor M.D., Singh H., Sorrell F.Y. Power Systems for Autonomous Underwater Vehicles // IEEE Journal of oceanic Engineering. – 2001. – Vol. 26, No. 4. – P. 526-538.
3. Костенко В.В., Михайлов Д.Н. Определение параметров энергосиловой установки автономного необитаемого подводного аппарата по заданной дальности хода // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2013. – № 3 (140). – С. 70-73.
4. Костенко В.В., Михайлов Д.Н. Зависимость параметров автономности подводного аппарата от энергоемкости аккумуляторной батареи // Материалы 6-й научно-технической конференции «Технические проблемы освоения мирового океана», Владивосток, 28 сен-тября – 2 октября 2015. – C. 97-100. – ISBN 978-5-8044-1363-2.
5. Слижевский Н.Б., Король Ю.М., Соколик М.Г. Гидродинамический расчет самоходных подводных аппаратов. – Николаев: УГМТУ, 2008. – 93 с.
6. Агеев М.Д., Касаткин Б.А., Киселев Л.В. и др. Автоматические подводные аппараты.
– Л.: Судостроение, 1981. (Техника освоения океана). – 224 с.
7. Агеев М.Д., Киселев Л.В., Матвиенко Ю.В. и др. Автономные подводные роботы: системы и технологии / под общ. ред. М.Д. Агеева; Ин-т проблем морских технологий. – М.: Наука, 2005. – 398 с.
8. Пантов Е.Н., Махин М.Н., Шереметов Б.Б. Основы теории движения подводных аппаратов. – Л.: Судостроение, 1973. – 209 с.
9. Киселев Л.В., Медведев А.В. О параметрических соотношениях гидродинамики и устойчивости движения автономного подводного робота // Подводные исследования и робототехника. – 2013. – № 1 (15). – С. 17-22.
10. Киселев Л.В., Медведев А.В. Сравнительный анализ и оптимизация динамических свойств автономных подводных роботов различных проектов и конфигураций // Подводные исследования и робототехника. – 2012. – № 1 (13). – С. 24-35.
11. Киселев Л.В., Багницкий А.В. О точности идентификации гидродинамических характеристик автономного подводного робота // Подводные исследования и робототехника.
– 2015. – № 1 (19). – С. 33-39.
12. Yoerger D.R., Slotine J.E. The Influence of Thruster Dynamics on Underwater Vehicle Behavior and Their Incorporation Into Control System Design // IEEE Journal of Oceanic Engineering. – 1990. – Vol. 15, No. 3. – P. 167-178.
13. Войткунский Я.И., Першиц Р.Я., Титов И.А. Справочник по теории корабля. Судовые движители и управляемость. – Л.: Судостроение, 1973. – 511 с.
14. Горнак В.Е., Костенко В.В. Расчетно-экспериментальная методика определения эксплуатационных характеристик гребного электропривода подводного аппарата // Под-водные исследования и робототехника. – 2007. – № 2 (4). – С. 30-33.
15. Костенко В.В., Михайлов Д.Н., Найденко Н.А. Аппаратно-программные средства иден-тификации характеристик движителя подводного аппарата // Материалы восьмой научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». – Таганрог 2013. – С. 63-70.
16. Костенко В.В., Михайлов Д.Н., Найденко Н.А. Определение параметров гребного электропривода по результатам нагрузочных и бассейновых испытаний // Материалы 5-й научно-технической конференции «Технические проблемы освоения мирового океана», Владивосток, 30 сентября – 4 октября 2013. – C. 389-395. – ISBN 978-5-8044-1409-3.
17. Daidola J.C., Johnson F.M. Propeller Selection and Optimization Program. Manual for the Society of Naval Architects and Marine. – NY.: Society of Naval Architects and Marine, 1992. – 258 p.
18. Healey A.J., Rock S.M., Cody S., Miles D., Brown J.P. Toward an Improved Understanding of Thruster Dynamics for Underwater Vehicles // IEEE Journal of oceanic Engineering. – 1995.
– Vol. 20, No. 4. – P. 354-361.
19. Kim J., Chung W.K. Accurate and practical thruster modeling for underwater vehicles // Journal of Ocean Engineering. – 2006. – Vol. 33. – P. 566-586.
20. Fossen T.I., Blanc M. Nonlinear Output Feedback Control of Underwater Vehicle Propellers Using Feedback Form Estimated Axial Flow Velosity // IEEE Journal of oceanic Engineering. – 2000. – Vol. 25, No. 2. – P. 241-255.

Comments are closed.