http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/140948 2026-04-26T11:46:11Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/174298 Some ways of hydrodynamic fin application for underwater supercavitating vehicles Semenenko, V.N.; Naumova, O.I. The paper deals with considering the two non-traditional ways of application of hydrodynamic fins for a high-speed underwater supercavitating vehicles. The techniques for active roll stabilization and course control of the moving supercavitating vehicle are developed that use the regulation of the roll angle by means of both the special roll fin, and the automatic error-closing control system. The examples of a computer simulation of the course of maneuvering of the supercavitating vehicle controlled with the vertical hydrodynamic fins having zero roll angle stabilization are given along with the cases of the roll angle regulation. A method for determining the equilibrium motion parameters (balancing) of the supercavitating vehicle is developed for the case when a pair of identical horizontal cavity-piercing fins is used for complete or partial compensation of the vehicle's weight. The examples of a computer simulation of the motion of the supercavitating vehicle with horizontal fins in both the planing avoidance mode, and the combined mode are presented. It is shown that the steady-state longitudinal motion of the balanced supercavitating vehicle in the planing avoidance mode is stable "in the small", in contrast to its motion with planing in the cavity. It is found that, the horizontal fins in the combined motion mode can play a damping role suppressing the supercavitating vehicle motion instability "in the small", however, after a long time interval, the motion loses the global stability. The computer simulation suggests that the activation of the automatic depth stabilization makes the supercavitating vehicle motion stable in general in all the examined cases. Also it is revealed that course maneuverability of the supercavitating vehicle controlled with the vertical fins is maximal when starting the balancing in planing avoidance mode, but it deteriorates dramatically when starting the balancing in the combined mode.; Рассмотрены два нетрадиционных способа применения гидродинамических рулей при движении высокоскоростных подводных суперкавитирующих аппаратов. Разработан метод активной стабилизации движения суперкавитирующего аппарата по крену и метод управления его движением по курсу путем регулирования угла крена с помощью специального руля крена и автоматической системы управления с обратной связью. Приведены примеры компьютерного моделирования маневрирования суперкавитирующего аппарата по курсу при управлении с помощью вертикальных гидродинамических рулей со стабилизацией нулевого угла крена и путем регулирования угла крена. Разработан метод нахождения равновесных значений параметров движения (балансировки) суперкавитирующего аппарата в случае, когда для полной или частичной компенсации его веса используется пара одинаковых горизонтальных рулей, проникающих из каверны в воду. Приведены примеры компьютерного моделирования движения суперкавитирующего аппарата с горизонтальными рулями в режиме без глиссирования и в смешанном режиме. Показано, что установившееся продольное движение сбалансированного суперкавитирующего аппарата без глиссирования, в отличие от его движения в режиме глиссирования в каверне, является устойчивым "в малом". Установлено, что в смешанном режиме движения горизонтальные рули могут играть демпфирующую роль, подавляя неустойчивость движения аппарата "в малом", однако на большом интервале времени движение теряет устойчивость в целом. Моделирование показало, что применение автоматической стабилизации движения по глубине во всех рассмотренных случаях делает его устойчивым в целом. Показано также, что курсовая маневренность такого аппарата при управлении с помощью вертикальных рулей максимальна при начальной балансировке в режиме без глиссирования, но резко ухудшается при начальной балансировке в смешанном режиме.; Розглянуто два нетрадиційні способи застосування гідродинамічних рулів при русі високошвидкісних підводних суперкавітуючих апаратів. Розроблено метод активної стабілізації руху суперкавітуючого апарату за креном і метод керування його рухом за курсом шляхом регулювання кута крену за допомогою спеціального руля крену й автоматичної системи керування зі зворотним зв'язком. Наведено приклади комп'ютерного моделювання маневрування суперкавітуючого апарату за курсом при керуванні за допомогою вертикальних гідродинамічних рулів зі стабілізацією нульового кута крену і шляхом регулювання кута крену. Розроблено метод знаходження рівноважних значень параметрів руху (балансування) суперкавітуючого апарату у випадку, коли для повної чи часткової компенсації ваги апарату використовується пара однакових горизонтальних рулів, які проникають з каверни у воду. Наведено приклади комп'ютерного моделювання руху суперкавітуючого апарату з горизонтальними рулями в режимі без глісування і в змішаному режимі. Показано, що усталений поздовжний рух збалансованого суперкавітуючого апарату без глісування, на відміну від його руху в режимі глісування в каверні, є стійким "в малому". Встановлено, що в змішаному режимі руху горизонтальні рулі можуть грати демпфуючу роль, пригнічуючи нестійкість руху апарату "в малому", однак на великому інтервалі часу рух втрачає стійкість в цілому. Моделювання показало, що застосування автоматичної стабілізації руху по глибині у всіх розглянутих випадках робить його стійким в цілому. Показано також, що курсова маневровість такого апарату при керуванні за допомогою вертикальних рулів максимальна при початковому балансуванні в режимі без глісування, але різко погіршується при початковому балансуванні в змішаному режимі. 2018-01-01T00:00:00Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/174297 Енергетична модель газорідинних течій в ерліфтах Кріль, С.І. У результаті розвитку фундаментальних уявлень про гідродинаміку ерліфтингу запропоновано принципово новий енергетичний підхід до вивчення загальних закономірностей висхідної газорідинної течії у піднімальній трубі ерліфта. В його основу покладено гідравлічні рівняння нерозривності, енергобалансу та стану фаз для стаціонарного одновимірного ізотермічного руху газорідинної суміші у вертикальній трубі. Розроблена математична модель враховує втрати гідродинамічного напору не тільки на тертя, а й на ковзання фаз. У цьому полягає її принципова відмінність від загально прийнятої гідродинамічної моделі течій такого роду, побудованої на основі диференціальних рівнянь збереження маси й імпульсу для двофазних потоків. Показано, що при визначенні втрат напору на тертя слід врахувати не витратну, а ефективну густину газорідинної суміші. Це дозволяє забезпечити рівність між кінетичними енергіями фаз. Уперше отримано вираз для втрат напору на ковзання фаз, який який можна фізично трактувати як відношення питомих (за одиницю часу) роботи сил міжфазної гідродинамічної взаємодії до ваги газорідинної суміші, що протікає через живий переріз. У результаті чисельного дослідження розробленої енергетичної моделі для випадку ерліфта зі снарядною структурою водоповітряної суміші встановлено співвідношення між втратами напору на ковзання фаз і повними втратами напору. Виявлено автомодельну область для гідравлічного опору тертя. Показано, що втрати на ковзання фаз можуть складати від 30 до 90% повних втрат. Розроблено методику розрахунку продуктивності ерліфта, достовірність якої забезпечується хорошим збігом розрахункових витратних характеристик з експериментальними у широкому діапазоні зміни умов ліфтингу для нагнітально-струминного змішувача.; В результате развития фундаментальных представлений о гидродинамике эрлифтинга предложен принципиально новый энергетический подход к изучению общих закономерностей восходящего газожидкостного течения в подъемной трубе эрифта. В его основу положены базовые гидравлические уравнения неразрывности, энергобаланса и состояния фаз для стационарного одномерного изотермического движения газожидкостной смеси в вертикальной трубе. Разработанная на их основе математическая модель учитывает потери гидродинамического напора не только на трение, но и на проскальзывание фаз. В этом заключается ее принципиальное отличие от общепринятой гидродинамической модели течений такого рода, построенной на основе дифференциальных уравнений сохранения массы и импульса для двухфазных потоков. Показано, что при определении потерь напора на трение следует учитывать не расходную, а эффективную плотность газожидкостной смеси. Это позволяет обеспечить равенство между кинетическими энергиями фаз. Впервые получено выражение для потерь напора на проскальзывание фаз, которое может физически трактоваться как отношение удельных (за единицу времени) работы сил межфазного гидродинамического взаимодействия к весу газожидкостной смеси, протекающей через живое сечение. В результате численного исследования разработанной энергетической модели для случая эрлифта со снарядной структурой водовоздушной смеси установлено соотношение между потерями напора на проскальзывание фаз и полными потерями напора. Обнаружена автомодельная область для гидравлического сопротивления трения. Показано, что потери на проскальзывание фаз могут составлять от 30 до 90% полных потерь. Разработана методика расчета продуктивности эрлифта, достоверность которой обеспечивается хорошим совпадением расчетных расходных характеристик с экспериментальными в широком диапазоне изменения условий лифтинга для нагнетательно-струйного смесителя.; An innovative energy approach to studying of general regularities of the ascending gas-liquid flow in airlift's lifting pipe is proposed as a result of developing the fundamental ideas about the airlifting dynamics. It is based on the hydraulic equations of continuity, energy balance and state of phases for steady one-dimensional isothermal motion of gas-liquid mixture in a vertical pipe. The mathematical model is developed considering not only the frictional loss of a hydrodynamic pressure, but also the loss due to phase slip. This is its principal difference from the common hydrodynamic model of similar flows derived from the differential equations of mass and momentum conservation for two-phase flows. It is shown that when determining the pressure loss, the effective density of gas-liquid mixture should be used instead of the flow density. This approach ensures equality among phase kinetic energies. For the first time, an expression is obtained for pressure loss due to phase slip that may be interpreted from a physics perspective as a ratio of specific (per unit of time) work of inter-phase hydrodynamic interaction forces and weight of gas-liquid mixture flowing through actual cross-section. The relation between the pressure loss due to phase slip and total hydrodynamic loss is obtained in the result of numerical studying of the developed energy model for the case of airlift with shell structure of air-water flow. The loss due to phase slip are shown to make 30 to 90% of the total loss. A methodology for calculating the airlift efficiency is developed, the reliability of which is validated by good coincidence of the estimated and experimental flow characteristics in a wide range of lifting conditions for an injection jet mixer. 2018-01-01T00:00:00Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/174296 Течения около двумерного горизонтального клина в устойчиво стратифицированной жидкости Димитриева, Н.Ф. Изучены течения непрерывно стратифицированной жидкости, которые характеризуются широким диапазоном значений внутренних масштабов, отсутствующих в однородной жидкости. Задача решена численными методами в двумерной нестационарной постановке для покоящейся и равномерно движущейся жидкости. Для математического описания проблемы выбрана система дифференциальных уравнений механики неоднородных многокомпонентных жидкостей в приближении Буссинеска, когда малые изменения плотности учитываются только в членах, описывающих действие силы тяжести. Поставленная задача решена методом конечных объемов в открытом пакете OpenFOAM.; Досліджено течії безперервно стратифікованої рідини, які характеризуються широким діапазоном значень внутрішніх масштабів, відсутніх в однорідній рідині. Задачу розв'язано чисельними методами у двовимірній нестаціонарній постановці для рідини, яка перебуває в станах спокою чи рівномірного руху. Для математичного опису досліджуваної проблеми обрано систему диференціальних рівнянь механіки неоднорідних багатокомпонентних рідин у наближенні Буссінеска, коли малі зміни густини враховуються лише в членах, які описують силу тяжіння. Поставлена задача розв'язувалась методом скінченних об'ємів у відкритому пакеті OpenFOAM.; The paper deals with studying of the flows of continuously stratified fluid characterized by a wide range of values of internal scales that are absent in a homogeneous fluid. The problem is solved by numerical methods in a 2D unsteady formulation for a fluid at rest and uniform motion. For the mathematical description of the problem, a system of differential equations of mechanics of inhomogeneous multicomponent fluids was chosen in the Boussinesq approximation with considering the small density variations only in terms describing the gravity force. The problem is solved by the method of finite volumes in a free software package OpenFOAM. 2018-01-01T00:00:00Z http://dspace.nbuv.gov.ua:80/handle/123456789/174295 Формирование угла откоса несвязного грунта в двумерном случае Горбань, И.Н.; Котельникова, А.С.; Никишов, В.И.; Соколовский, Г.П. Уменьшение рисков, связанных с оползневыми процессами, обвалами и другими негативными последствиями интенсивного строительства в прибрежной зоне, а также неконтролируемого забора воды и песка, невозможно без понимания физики разрушения гранулированной среды. Вместе с тем, количественные характеристики процессов такого рода остаются на сегодняшний день недостаточно изученными. Исходя из этого, в статье представлены результаты модельных экспериментальных исследований, связанных с формированием угла откоса несвязного грунта в двумерном случае.; Зменшення ризиків, пов'язаних зі зсувними процесами, обвалами й іншими негативними наслідками інтенсивного будівництва в прибережній зоні, а також неконтрольованого забору води й піску, неможливо без розуміння фізики руйнування гранульованого середовища. Разом з тим, кількісні характеристики процесів такого роду залишаються наразі недостатньо вивченими. Виходячи з цього, у статті представлено результати модельних експериментальних досліджень, пов'язаних з формуванням кута укосу незв'язного ґрунту в двовимірному випадку.; It is impossible to reduce the risks associated with landslide processes, collapses and other negative consequences of intensive construction in the coastal zone, as well as the uncontrolled collection of water and sand without understanding the physics of the destruction of granular media. At the same time, the quantitative characteristics of such processes remain understudied. For this reason, the paper presents the results of the model experimental studies related to the formation of the inclination angle of the cohesionless soil in the two-dimensional case. 2018-01-01T00:00:00Z