«Опытовый бассейн» Нижегородского государственного технического университета имени Р. Е. Алексеева

Библиографическое описание статьи для цитирования:
Краснокутский И. Д. «Опытовый бассейн» Нижегородского государственного технического университета имени Р. Е. Алексеева // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2013. – № 12 (декабрь). – С. 71–75. – URL: http://e-koncept.ru/2013/13255.htm.
Аннотация. В статье кратко описана история создания и современное состояние гидродинамической лаборатории «Опытовый бассейн» Нижегородского государственного университета. Приведены характеристики оборудования и методики выполнения лабораторных работ. Охарактеризована роль лаборатории в формировании компетенций инженера-кораблестроителя. Описаны примеры использования оборудования лаборатории для проведения экспериментальных исследований в составе магистерских, кандидатских и докторских диссертаций, а также примеры выполнения опытно-конструкторских работ.
Раздел: Отдельные вопросы сферы образования
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
~ 1~!wT 13255УДК378.162

КраснокутскийИгорь Дмитриевич,кандидат технических наук, доцент кафедры теории корабля и гидромеханикиФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет имени Р.Е. Алексеева», г. Нижний Новгородngtu_pool@mail.ru

«Опытовый бассейн»Нижегородского государственного технического университетаимениР. Е. Алексеева

Аннотация.В статье кратко описана история создания и современное состояниегидродинамической лаборатории «Опытовый бассейн» Нижегородского государственного университета. Приведеныхарактеристики оборудования и методики выполнения лабораторных работ. Охарактеризованарольлабораториив формировании компетенций инженеракораблестроителя.Описаныпримеры использования оборудованиялабораториидля проведения экспериментальных исследований в составе магистерских, кандидатских и докторских диссертаций, а также примеры выполнения опытноконструкторских работ.Ключевые слова:гидродинамическая лаборатория, опытовый бассейн, модели судов, испытания моделей, остойчивость, ходкость, качка, управляемость, ледовые испытания, водоизмещающие суда, суда с динамическими принципами поддержания, глубоководныеаппараты, буровые суда и установки.

Подготовка инженеровкораблестроителей в Нижнем Новгороде ведётся с 1920 года на материально технической базе и с участием профессорскопреподавательского состава Варшавского политехнического института, эвакуированного в центральную Россиюво время первой мировой войны. Министерство торговли и промышленности Временного правительства приняло 6 июля 1916 года решение о переводе Варшавскогополитехническогоинститута в Нижний Новгород, тем самым заложило фундаментдля создания большинства высших учебных заведений НижнегоНовгорода иНижегородского государственного технического университета имени Р.Е.Алексеева (НГТУ) в том числе[1]. В то время остро ощущалось отсутствие лабораторной базы, что затрудняло подготовкуинженеровисследователей. Студент Ростислав Евгеньевич Алексеев, будущий создатель отечественных судов на подводных крыльях,накануне Великой Отечественной войны начинал испытания моделей своих катеров путём буксировки в открытой акватории за парусной яхтой [2].

Для подготовки инженеровтехнологов использовалась производственная база нижегородских заводов, завода «Красное Сормово»–в первую очередь. В послевоенные годы силами преподавателей и студентов, при материальной и технической поддержке завода «Красное Сормово», в цокольном этаже первого учебного корпуса был удалён грунт и смонтирована чаша опытового бассейна с гравитационной системой буксировки моделей. Проект здания не предусматривал размещения в нём такой лаборатории, поэтому она создавалась на ограниченном пространстве и планировалась для проведения занятий с небольшими группами студентов (не более 12 человек, рис.1).Учебные планы послевоенных лет выделяли на проведение лабораторных работ и практических занятий число часов достаточное для того, чтобы датьстудентамзнания, навыки и опыт, необходимые для инженера исследователя. В лаборатории интенсивно велись не только учебные занятия, но и научноисследовательские работы по хозяйственным договорам с судостроительными заводами и конструкторскими бюро страны, проводились натурные испытания новых судов и плавучих сооружений. ~ 2~!wT 13255УДК378.162

Рис.1.Лаборатория «Опытовый бассейн»

Зарабатываемые средства вкладывались в совершенствование технического оснащения лаборатории: появились новые системы буксировки, волнопродуктор и волногаситель, гидролоток, современные преобразователи измеряемых физических величин (датчики), усилители, системы измерения и регистрации параметров, были приобретены станки и инструменты для изготовления моделей, проводились плановые ремонты и техническое обслуживание оборудования. Количество штатных сотрудников лаборатории «Опытовый бассейн» в 1985 году доходило до 25 человек. Персонал имел высокую степень научной и технической подготовки: 1 доктор технических наук, 8 кандидатов технических наук, 5 инженеров исследователей, 5 инженеров электронщиков, 3 высококвалифицированных рабочих и 3 лаборанта.В настоящее время лаборатория сохранила в рабочем состоянииуникальноеоборудование(табл.1), которое было спроектировано, изготовлено и смонтировано в период с 1950 по 1990 годы. Демонтажу был подвергнут только гидролоток в связи с его моральным и физическим износом. Техническое оснащение лабораториислужит надёжной базой для подготовки бакалавров, специалистов, магистров и кандидатов технических наук по специальности «Кораблестроение и океанотехника». При этом количество сотрудников сократилось до 8человек, а степень научной и технической подготовки возросла: 2 доктора технических наук, 3 кандидата технических наук,2 инженера электронщика и 1 лаборант.Таблица1

Перечень основного оборудования лаборатории «Опытовый бассейн» НГТУ и его технические характеристики

Наименование оборудованияТехнические характеристики оборудованияЧаша опытового бассейна (рис.2)Изготовлена из стали Ст.3СП путём сварки. Размеры LxBxT: 18000 х 3200 х 1000 (мм)Гравитационная система буксировки моделей (рис.3)Наибольшее допустимое усилие буксировки30 Н. Длина разгонного участка5 м.Длина мерного участка 5 метровЭлектромеханическая система буксировки моделей на основе коллекторного электродвигателя и трёхступенчатой коробки передач (рис.4)Обеспечивается два способа закрепления модели на пилоне буксировочной тележки:–две степени свободы модели относительно тележки в диаметральной плоскости чаши для определения буксировочной кривой на прямом курсе или позиционных гидродинамических характеристик при ходе с дрейфом (вертикальное перемещение и угол дифферента или крена);~ 3~!wT 13255УДК378.162

Наименование оборудованияТехнические характеристики оборудования–одна степень свободы относительно вращающегося пилона для определения вращательных характеристик корпуса (вертикальное перемещение).Мощность привода650Вт. Привод оборудован трёхступенчатой коробкой передач и обратной связью по скорости движения.Диапазон скоростей буксировки: от 0 до 1,5 м/сЭлектромеханическая система система буксировки моделей на основе асинхронного линейного электродвигателя и тиристорого преобразователя частоты (рис.5)Возможные способы закрепления модели (см.п.3).Мощность привода15 кВт. Привод оборудован обратной связью по скорости движения, системой электрического и механического торможения.Диапазон скоростей буксировки: от 0,3 до 3,5 м/с.Ускорение при разгоне и торможении не более 2 м/с2 Волнопродуктор (рис.6)Волнопродукторна основе качающихся водоизмещающих клиньев. Позволяет создавать регулярное волнение высотой до 0,15м и круговой частотой вращения от 3,2 до 7,0 рад×с1. Амплитуда волны зависит от эксцентриситета кулачкового механизма привода и уровня воды в чаше опытового бассейна. Частота волны зависит от напряжения на обмотках якоря и статора приводного электродвигателяВолногаситель (рис.2)Волногаситель на основе пакета неподвижных перфорированных пластин из нержавеющей стали обеспечивает поглощение энергии волнения от 80 до 90 процентов в зависимости от частоты и амплитуды волненияВинтовой динамометр (рис.7)Электромеханический комплекс для экспериментального определения гидродинамических характеристик моделей гребных винтов(открытых и в насадке), рулей (не более двуходновременно) и движительнорулевых комплексов. Диаметр модели гребного винта D=200мм, скорость вращения до 1000 об/мин. Привод от коллекторного электродвигателя мощностью 1000Вт.Измеряемые параметры: –упор гребного винта;–момент на валу гребного винта;–компоненты главного вектора и главного момента гидродинамических сил на руляхи винтовой насадкеРегистрационноизмерительный комплексКомплекс преобразователей (датчиков) физических величин в электрические сигналы, кабельных трасс, коммутирующей аппаратуры, усилителей, аналоговоцифровых преобразователей и компьютеров, предназначенный для измерения и регистрации параметров состояния модели.Измеряемые и регистрируемые параметры:–линейные и угловые перемещения модели;–угловые скорости вращения модели;–ускорения заданных точекмодели;–аппликаты взволнованной поверхности;–скорость буксировки;–компоненты главного вектора и главного момента сил взаимодействия модели с буксировочной тележкой;–упор гребного винта;–скорость вращения гребного винта;–силы и моменты на рулевом устройстве;–усилия в дополнительных связях(якорные и другие).Кроме этого ведётся кино и фото документирование исследуемого процесса.Регистрационноизмерительный комплекс во время испытаний моделей подвергается процедуре градуировки два раза в день (перед началом записей и после окончания записей измеряемых параметров). ~ 4~!wT 13255УДК378.162

Наименование оборудованияТехнические характеристики оборудованияГрадуировка базируется на измерениях, выполняемых с помощью измерительных инструментов и устройств, прошедших метрологическую поверку: индикатор перемещенийчасового типа, линейка 0–300мм; линейка 0–500мм; линейка 0–1000мм, штангенциркуль 250мм; весы с пределами измерения 2кг и 20 кг, гири массой от 1 до 100 грамм; динамометр эталонный на сжатие ДОС1, динамометр эталонный на растяжения ДОР0,5; квадрант оптический; секундомер двух стрелочныйБалластная системаБалластная система для заполнения и опорожнения чаши опытовогобассейна. Состоит из центробежного насоса с приводом от асинхронного электродвигателя и системы трубопроводов, кранов и фильтров, соединённой с системой водоснабжения и ливневой канализации 1гоучебного корпуса НГТУСтенд гребных винтов (рис.8)Модели судовых гребных винтов (наглядное пособие)Стенд для измерения геометрии гребного винтаНа стенде установлен лопастной гребной винт от СПК «Ракета» и механическая система измерения и регистрации геометрии лопастиПроизводственный участок (рис.9)На производственном участке установлены станки для механической обработки древесины и металла, используемые для изготовления моделей и технологических устройств:–деревообрабатывающий станок;–токарный металлообрабатывающий станок;–токарный металлообрабатывающий станок;–фрезерный металлообрабатывающий станок;–сверлильный станок;–сверлильный станок;–станки для заточки инструмента;

–разметочные плиты;–гильотина для резки металла толщиной до 2 мм (сталь).Кроме этого имеется необходимый ручной инструмент и электроинструмент

В лаборатории используются общепринятые в теории корабля методики проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных [3,4].Проводятся лабораторные работы и практические занятия по основным дисциплинам, способствующим формированию профессиональных компетенций инженеракораблестроителя (механика жидкости и газа, аэромеханика и гидромеханика, основы кораблестроения, статика корабля, качка корабля, сопротивление воды движениюсудов, судовые движители, управляемость судна). Новомодное слово «компетенция» есть всего лишь заимствованный термин, обозначающий комплекс показателей, по которым оценивается эффективность работы специалиста. Дляинженераглавнейшими показателями, определяющими уровень его компетенции, как это и было ранее, являются специальные знания, умения и опыт! В лаборатории «Опытовыйбассейн» обучающиеся по магистерским программам, аспиранты и преподаватели создают модели новых плавучих сооружений, проводят эксперименты по определению их гидродинамических характеристик и мореходных качеств, готовят материалы для публикаций и заявок наизобретения. Тему исследований они выбирают самостоятельно по критериям «актуальность» и «новизна». В этом ключ к мотивации инициативной и результативной работы, в ходе которой ими приобретаются не только профессиональные, но и общие компетенции.~ 5~!wT 13255УДК378.162



Рис. 2 Чаша опытового бассейна, Рис.3.Гравитационная система буксировкибуксировочная тележкас ЛАДи волногаситель



Рис.4.Электромеханический привод Рис.5.Линейный асинхронный электродвигатель

малых скоростей (ЛАД)набуксировочной тележке



Рис.6.Волнопродуктор~ 6~!wT 13255УДК378.162



Рис.7.Винтовой динамометр Рис.8.Стенд гребных винтов

Рис.9.Производственныйучасток

Малые размеры чаши опытовогобассейна (см.табл.1) ограничивают размеры моделей в пределах 1–1,5 метров и отношение ширины бассейна к длине модели лежит в диапазоне от 3 до 2. Это приводит к значительному влиянию стенок бассейна вследствие интерференции системы волн генерируемых судном (см.рис.5.1 в [3]). Кроме этого, для обеспечения развитого турбулентного режима в пограничном слое необходимо проводить испытания при Re>105 в сочетании с мероприятиями искусственной турбулизациипограничного слоя (установка проволочного турбулизатора на первом теоретическом шпангоуте). Перечисленные факторы являются источником масштабного эффекта, который необходимо оценивать припересчётеданных модельного эксперимента на натурное судно.Тем не менее, физическое моделирование гидродинамики судна даже в таких стеснённых условиях позволяет выявлять качественные характеристики новых технических средств, а в ряде случаев, получать количественные характеристики с допустимой погрешностью. Метрологическая экспертиза измерительнорегистрационного комплекса оценивает относительную погрешность буксировочного сопротивления в пределах 5%, параметров волнения и качки в пределах 15%. Измерительнорегистрационный комплекс лаборатории используется и для проведения натурных испытаний судов и плавучих технических средств освоения шельфа. Данные натурного эксперимента служат надёжной основой для оценки адекватности математических моделей динамики плавучих сооружений [5,6].

~ 7~!wT 13255УДК378.162

В лаборатории определяется дополнительное сопротивление судов при движении в битом льду. Для этого применяются модели битогольда изготовленного из полиэтилена. Размер и форма пластин, а также сплочённость выбираются в соответствии с ледовыми условиями предполагаемого района эксплуатации судна [7,8].Выполняются в лаборатории и опытноконструкторские разработки, в том числе и с участием студентов [9].В заключение хочется заметить, что возврат к капиталистической системе в девяностые годы и последовавший за этим упадок судостроительной промышленности в России привели к утрате бюджетного финансирования материально технической базы лаборатории.Тем не менее, финансирование государством учебного процесса позволило сохранить коллектив лаборатории, авыполняемыесотрудниками на договорной основе научноисследовательские и опытноконструкторские работы материально обеспечивают сохранение и развитие технического потенциала лаборатории «Опытовый бассейн» НГТУ.

Ссылки на источники1.РыбьевВ.Б.,ПолянскаяТ.Ю.Бывший Варшавский, ныне Нижегородский политехнический институт.Документальное повествование, 1889–1934 годы. Опыт исторического исследования.–Н.Новгород: Издво НГТУ, 2007. –241с.

2.Алексеева Т.Р. Технология проектирования Р.Е.Алексеева–«Взгляд из прошлого в будущее»//Материалы Всероссийской конференции «Современные технологии в кораблестроительном и энергетическом образовании, науке и производстве».–Н.Новгород, 2006.–С.179–190.3.Благовещенский С.Н.,Холодилин А.Н.Справочник по статике и динамике корабля. В двух томах. Том 2. Динамика (качка) корабля.–Л.: Судостроение, 1975. –176с.4.Войткунский Я.И.идр.Справочник по теории корабля.В трех томах. Том 2.Статика судов, качка судов. –Л.:Судостроение, 1985. – 440с.5.Ваганов А.Б. Разработка методов расчёта позиционирования плавучих технических средств освоения шельфа в сложных эксплуатационных условиях: дис. …докторатехн. наук.–Н. Новгород: НГТУим. Р.Е.Алексеева, 2004. –346с.6.Краснокутский И.Д. Метод расчёта удержания полупогружной буровой установки с комбинированной системой позиционирования в море: дис. …канд. техн. наук.–Николаев: НКИ, 1985. –346с.7.Ионов Б.П.,ГрамузовЕ.М.Ледовая ходкость судов.–СПб.: Судостроение, 2001. –512 с.8.Зуев В.А.,ГрамузовЕ.М., Семенов Д.А.Моделирование ледового сопротивления судов//Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. –2011. –№ 3.–С. 190–195.9.Краснокутский И.Д., Семёнов Д.А. Динамометр для измерения воздействия потока жидкости на модель судна/Патент на полезную модель №92184, Россия, 13 июля 2009.Патентообладатель: ГОУ ВПО НГТУ им. Р.Е.Алексеева.

KrasnokutskyIgor,CandidateofEngineeringSciences, AssociateProfessoratthechairofshiptheoryandhydromechanics, Nizhny Novgorod State Technical University named by R.E.Alekseyev, Nizhny Novgorodngtu_pool@mail.ru“Towing tank” of Nizhny Novgorod State Technical University named by R.E.AlekseyevAbstract.The author briefly describes the history of creation and the current state of the hydrodynamic laboratory "towing tank" of Nizhni Novgorod State University. There are the characteristics of the equipment and techniques of laboratory work. The author describesthe role of the laboratory in the formation of naval engineer competencies; the examples of using laboratory equipment for experimental studies in the master's and doctoral theses, as well as examples of the development work. Keywords:hydrodynamic laboratory, towing tank, model ships, model tests, stabilityresistance of the water, pitching, maneuverability, ice tests, displacement vessels, dynamically supported, submersibles, drill ship and unit.

Рекомендовано к публикации:Горевым П.М., кандидатом педагогических наук, главным редактором журнала «Концепт»