ИСТИНА

Волновая энергетика моря весьма велика - среднегодовая мощность волнения оценивается величиной 40 – 100 кВт на метр волнового фронта. Исследование путей использования энергии волн развивается по двум главным направлениям: а) создание генераторов электроэнергии и б) создание волновых движителей судов. Цель настоящего проекта – решение задач использования энергии морских волн для движения судов, создание принципиально новых типов волновых движителей (ВД), определение оптимальных условий их эксплуатации, исследование возможности использования судов с ВД для буксировки несамоходных объектов. Планируемые направления работы в рамках проекта: 1) испытание в волновом канале модели судна, оборудованного принципиально новым (разработка авторов, подана заявка на патент) прямоточным волновым движителем, использующим эффект опрокидывания волн и превращения потенциальной энергии волн в кинетическую, 2) изучение движения судов с гибким волновым движителем типа подводный парус (данный движитель не уступает по эффективности крыльевому волнодвижителю с эквивалентной площадью крыла, при этом отличается компактностью, легкостью и простотой изменения параметров). С помощью динамометрической тележки планируется провести исследования в диапазоне параметров, где целесообразно одновременное применение традиционных и волновых движителей. Будет изучена эффективность буксировки различных объектов судном-буксиром, оборудованным волновым движителем. Экспериментальные исследования эффективности работы различных ВД будут проведены с помощью самоходных и буксируемых моделей судов на гидроканале НИИ Механики МГУ длиной 50м и сечением 1.5х1.5 м, снабженным волнопродуктором и динамометрической тележкой, с использованием систем измерения динамических и кинематических параметров движения модели корабля и регистрации параметров волн. Экспериментальные работы планируется существенно дополнить численными исследованиями. Для оценки эффективности работы прямоточного волнодвижителя в широком диапазоне параметров волн будет применяться разработанная авторами математическая модель опрокидывания волн на наклонной поверхности. Кроме того, успешный опыт авторов, полученный при моделировании прямоточного движителя в бессеточном вычислительном комплексе XFlow, будет применен для расчета общей задачи взаимодействия волн с судном, снабженным волновым движителем. Тестирование расчетов планируется провести путем сравнения с описанными выше экспериментами.

Экспериментально и численно изучен эффект движения погруженной в жидкость жесткой наклонной пластины навстречу набегающим волнам. Проведен двумерный нестационарный расчет взаимодействия бегущих волн с пластиной, имеющей одну поступательную степень свободы вдоль горизонтальной оси. Проанализирована зависимость эффекта движения против волн от параметров, варьировавшихся в натурном эксперименте. Показано, что с уменьшением глубины канала средняя скорость движения пластины уменьшается. Обнаружен и исследован эффект глиссирования: пластина на тележке под действием набегающих волн разгоняется до некоторой постоянной скорости и движется в направлении распространения волн по практически невозмущенной жидкости. Cоздана и испытана в канале на волнении модель свободно плавающего судна-катамарана с расположенной между корпусами наклонной пластиной. При тех же соотношениях геометрии волн и пластины эффект выражен сильнее, чем для жестко закрепленной по вертикали пластины на тележке: преимущество достигает двукратного для некоторых длин волн. На гидроканале Института механики МГУ введена в действие динамометрическая буксировочная тележка, которая будет использована для буксировочных испытаний судов с волновыми движителями. Для проверки возможности использования наклонной пластины в качестве волнового движителя реального судна, на гидроканале Института механики МГУ проведено исследование движения против (и в направлении) волн, катамарана, оборудованного волновым движителем – пластиной. Волнодвижитель устанавливался в средней части катамарана между корпусами. Были проведены исследования зависимости скорости движения катамарана против волн в зависимости от параметров волнодвижителя и самих волн. Оказалось, что величина эффекта движения против волн не меньше, чем в проведенных ранее экспериментах с волнодвижителями, прикрепленными к тележке. Показано, что имеется немонотонная зависимость скорости движения от длины набегающих волн. В зависимости от длины волн характер движения катамарана различен – судно движется против волн, периодически увеличивая скорость, причем, период либо совпадает с периодом волн, либо в два раза больше. Для достаточно коротких волн имеет место монотонное движение. Показано, что те же волнодвижители при измененных параметрах установки пластины могут весьма эффективно использоваться для обеспечения хода катамарана по волнам. С помощью вычислительного пакета XFlow было проведено численное моделирование процесса образования волн в канале с помощью клиновидного волнопродуктора и, одновременно, воздействия этих волн на наклонную пластину, с плавучестью, равной плавучести катамарана. Сравнение рассчитанных параметров волн и параметров движения катамарана с экспериментальными данными показало удовлетворительное согласование. В гидроканале на модели реального судна проведены экспериментальные исследования эффективности волнодвижителей типа «Подводный парус» в зависимости от размещения волнодвижителей по длине корабля. Исследования проводились для свободно плавающей модели и для модели, прикрепленной к подвижной тележке. В обоих случаях получены зависимости скорости корабля от параметров волнения. Наиболее эффективным оказалось размещение волнодвижителя в район носовой оконечности судна. В гидроканале, снабженном волнопродуктором, проведены исследования движения вблизи поверхности воды модели конкретного подводного судна, снабженного волновыми движителями типа «Подводный парус». Результаты показали целесообразность использования волнодвижителей в некоторых режимах плавания подводных судов. Начата экспериментальная работа восстановленной динамометрической тележки на гидроканале Института механики МГУ. Изготовлена буксируемая модель и экспериментально поставлена задача о качении негладкого цилиндра по свободной поверхности воды. Проведено моделирование создания подъемной силы, возникающей при движении вращающегося колеса по поверхности воды, дан анализ размерностей определяющих параметров и получены безразмерные комбинации, описывающие это явление.