Аэродинамическая и ландшафтная труба Крыловского центра. Репортаж

Корреспондент Sudostroenie.info отправился в Крыловский научный центр для изучения комплекса бассейнов предприятия, а также аэродинамической и ландшафтной трубы.

Часть 1 — Бассейны Крыловского центра. Репортаж



Часть 2 — Бассейны Крыловского центра. Ледовый

Часть 3 — Бассейны КГНЦ. Циркуляционный и маневренно-мореходный



 
Аэродинамическая труба

Предназначена для определения аэро-динамических характеристик кораблей и судов, полей скоростей над вертолетными площадками судов, распределения давлений по поверхности тел, исследований структуры потока, задымленности, использования для продувки архитектурных сооружений.

Она представляет собой замкнутый канал с открытой рабочей частью, имеющей эллиптическое сечение размерами 4×2,3 м.

Длина рабочей части трубы составляет 5 м.

Максимальная скорость потока достигает 75 м/с.
 
В рабочей части располагаются различные макеты. Максимальная проектная скорость до 100 м/c, но так как труба построена в далеком 1952 году стараемся ограничиваться 70 м/с. В качестве макетов у нас испытывалась большая серия различных газовозов с разными типами баков и емкостей для хранения СПГ. Исследуются надводные части кораблей и судов, чтобы понять, какое у них сопротивление и парусность.

«Эти характеристики служат основой для математических моделей движения корабля. В последнее время проводилось большое количество испытаний ледоколов.   Для этих объектов, помимо определения аэродинамических характеристик надводной части, требуется детальное изучение потока воздуха над вертолетной площадкой, здесь очень важно понимать насколько он будет однородным при разных направлениях ветра. На основе этих данных  выдаем рекомендации по наиболее безопасным направлениям и траекториям посадки вертолета», — заявил корреспонденту Sudostroenie.info Сергей Юрьевич Соловьев, заместитель начальника отделения гидроаэродинамики КГНЦ .

«За последние 10 лет у нас было испытано большое количество буровых платформ, одна из них — знаменитая платформа ледового класса «Приразломная». Недавно был иностранный заказ на испытание трубоукладчика. Для них характерно наличие достаточно высоких мачт и кранового оборудованиях, которое при сильных ветрах может начать вибрировать. Надо очень подробно исследовать ветровые режимы и правильно выбирать ограничения по скорости на работу этого кранового оборудования», — добавил он.
 
Ландшафтная аэродинамическая труба

В последние годы, в связи с широким освоением морских нефтяных и газовых месторождений в различных районах Мирового океана возросла потребность в сложных инженерных морских объектах: буровые платформы, газовозы, ледоколы, порты, регазификационные терминалы.

Главное правило строительства этих сложных ландшафтных сооружений – учитывать до мелочей все факторы окружающей среды, которые будут воздействовать на объект при эксплуатации. В международных и российских нормативных документах по проектированию отмечается, что один из главных внешних факторов – аэродинамическая нагрузка, для правильной оценки которой необходимо проводить модельные эксперименты в специализированных аэродинамических трубах.

Для корректного исследования всех аэродинамических эффектов необходимо проводить испытания ландшафтных объектов на макетах крупного масштаба с одновременным моделированием приземного пограничного слоя. Эти обстоятельства предъявляют дополнительные требования к экспериментальной установке. Она должна обладать следующими характеристиками

• ширина рабочей части не менее 10 м для размещения макета сооружения в крупном масштабе с элементами окружающего ландшафта, например макет регазификационного терминала с окружающей портовой инфраструктурой;

• длина рабочей части не менее 15 метров для моделирования столь важного приземного пограничного слоя.
 
В настоящее время в Крыловском центре завершается строительство уникальной экспериментальной установки – Ландшафтной аэродинамической трубы, которая позволит проводить испытания макетов ландшафтов местности, портов, причальных сооружений, морских платформ, газовозов, ледоколов, а также жилых кварталов и мостовых переходов. Она крайне необходима для испытания таких сложных объектов, как большепролетные мосты.

Параметры экспериментальной установки:

• замкнутая аэродинамическая труба с закрытой рабочей частью;

• сечение рабочего участка – прямоугольник 11 х 2 м;

• длина рабочего участка – 18 м;

• скорость набегающего потока – до 14 м/с.

• шаг регулировки скорости потока – 0,1 м/с;

• возможность моделировать приземный пограничный слой.

В полу Ландшафтной аэродинамической трубы расположен поворотный круг диаметром 10 метров, с возможностью поворота на любой угол, точность поворота 0.2˚. На нем будут размещаться исследуемые макеты, за счет поворота макета относительно потока моделируются все возможные направления ветра. В потолке установки расположено трехкоординатное устройство для перемещения измерительных зондов и сканирования потока вокруг исследуемого макета. Область перемещения координатного устройства 10 х 10 х 2 метра, точность позиционирования 0.5 мм.

Благодаря внушительным размерам рабочего участка и особо точному оборудованию, в Ландшафтной аэродинамической трубе возможно проводить исследования на крупных макетах, моделируя при этом столь важный приземный пограничный слой. Это сочетание позволит существенно повысить точность получаемых в эксперименте ветровых нагрузок, что особенно важно при проектировании уникальных ландшафтных объектов. В качестве примера рассмотрим некоторые из основных исследований, проводимых в Крыловском центре по данному направлению.

Экспериментальные исследования аэродинамики морских платформ и ледоколов.
Морские платформы и ледоколы имеют схожий набор проблемы, возникающие при взаимодействии ветра с надводными частями этих объектов.

В первую очередь к этим проблемам относятся неоптимизированная с точки зрения аэродинамики надстройка. В результате обтекания такой надстройки ветровым потоком образуются чрезмерно интенсивные вихревые структуры и отрывные циркуляционные зоны, что приводит к существенным ограничениям на взлетно-посадочные операции, работу кранового оборудования, а также ухудшению условий работы и обитания экипажа платформы и ледокола.

Отдельной проработки требуется определение мест расположения выхлопных труб и забора воздуха системы вентиляции. Следует отметить следующие основные виды экспериментальных исследований, проводимых в аэродинамических трубах на этапе проектирования морских платформ и ледоколов:

• Определение суммарных коэффициентов аэродинамических сил и моментов;

• Исследование структуры потока над взлетно-посадочной площадкой;

• Разработка устройств для управления зонами отрыва потока вокруг надстройки для выравнивания потока над взлетно-посадочными площадками с целью снижения ограничений на применение вертолетной техники и кранового оборудования.

• Разработка рекомендаций по оптимальному расположению выхлопных труб, мест забора и выброса системы вентиляции
 
Экспериментальные исследования аэродинамики портов и причалов.

По мнению экспертов, в будущем на мировом рынке газа будет доминировать сжиженный природный газ (СПГ). Это обусловлено, в первую очередь, постоянным снижением себестоимости технологии сжижения и высокой, по сравнению с газопроводами, гибкостью сетей снабжения СПГ, позволяющей успешно обеспечивать обслуживание множества рынков. Поэтому в ближайшие годы потребность в строительстве терминалов для приемки и отгрузки СПГ будет нарастать.

Для уменьшения времени простоя терминалов из-за плохих погодных условий, необходимо особенно тщательно подходить к выбору места строительства и компоновки всего порта, на основе экспериментального моделирования ветровых условий. Благодаря внушительным размерах новой Ландшафтной аэродинамической трубы и ее оборудованию Крыловский центр имеет возможность проводить уникальные по точности и объему экспериментальных данный испытания макетов портов с моделированием окружающего ландшафта местности.

Из последних проведенных исследований по данному направлению следует отметить испытания макета губы Орловка в Териберском заливе. Целью испытаний являлось подробное исследование ветровых режимов в заливе для выбора наиболее рационального расположения причалов для газовозов, которое приведет к сокращению простоев при погрузочных работах во время сильных ветров.

Отдельным направлением аэродинамических исследований является решение экологических проблем ландшафтных объектов:

• Разработка методов снижения объемов уноса сыпучих веществ с протяженных открытых складов.

• Выбор наиболее рационального места расположения причалов и выработка рекомендаций по проведению погрузочно-разгрузочных операций сыпучих веществ.

По мере появления новых конструкционных материалов и развития технологий строительства в мире появляются все более масштабные и уникальные сооружения. Для их успешного проектирования и строительства требуется моделирование и учет внешних ветровых нагрузок на совершенно новом уровне.

Подобные исследования требуют проведения модельного эксперимента в специализированных аэродинамических трубах. Крыловский научный центр обладает всеми необходимыми экспериментальными установками, включая единственную в России Ландшафтную аэродинамическую трубу, многолетним опытом и высококвалифицированным персоналом для решения всех возможных проблем в области аэродинамики морских объектов.

Автор: Вадим Аданин