Удосконалення конструкції підводних населених апаратів теплоізолюючими блоками плавучості
| dc.contributor.advisor | Бурдун Є. Т. | uk_UA |
| dc.contributor.author | Юреско, Т. А. | |
| dc.contributor.author | Yuresko, T. A. | |
| dc.date.accessioned | 2021-05-20T12:39:30Z | |
| dc.date.available | 2021-05-20T12:39:30Z | |
| dc.date.issued | 2017 | |
| dc.description | Юреско, Т. А. Удосконалення конструкції підводних населених апаратів теплоізолюючими блоками плавучості : дис. … канд. техн. наук : 05.08.03 / Т. А. Юреско ; наук. кер. Є. Т. Бурдун ; НУК. – Миколаїв, 2017. – 263 с. | uk_UA |
| dc.description.abstract | Юреско Т. А. Удосконалення конструкції підводних населених апаратів теплоізолюючими блоками плавучості. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.03 «Конструювання та будування суден». – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, МОН України, Миколаїв, 2017. В дисертаційній роботі розв’язано актуальну науково-прикладну задачу удосконалення конструкції підводного населеного апарату (ПНА) за рахунок надання додаткової функції теплоізоляції окремим елементам плавучості зі сферопластика з додатковою поруватістю (СДП) у вигляді зовнішнього суцільного облицювання міцного корпусу з призначенням ресурсу роботи блоків в умовах експлуатації: тривалих глибоководних занурень, циклічних глибоководних занурення-спливань на поверхню в районах з температурою повітря нижче 0 ºС. Аналіз елементів плавучості в конструкціях ПНА, що працюють в умовах тривалих і циклічних занурень на глибинах 1500...2000 м та підіймаються на поверхню в районах з низькою температурою повітря, а також розгляд проблем, пов’язаних з підтриманням температурного режиму всередині апарату, особливо, в аварійних ситуаціях, показав, що заміна частини закладних елементів плавучості на блоки зі СДП густиною 450...500 кг/м3 у вигляді суцільного облицювання міцного корпусу зовні, окрім основного призначення – збільшення сили підтримання, перспективна з позиції надання теплоізоляції міцному корпусу. В конструкції ПНА запропонована форма блоків плавучості зі СДП використана вперше. Основне робоче навантаження на блоки зі СДП це – гідростатичний тиск, дія якого супроводжується накопиченням пошкоджень – поступовим руйнуванням повітряних комірок і проникненням води всередину блоку. Це призводить до зменшення сили плавучості блоків, що впливає на баластування всього ПНА та знижує теплоізоляційні властивості СДП, погіршуючи тепловий захист міцного корпусу. Отже, основна увага в дисертаційній роботі приділяється експериментальному дослідженню процесу накопичення пошкоджень в СДП та його впливу на зміну плавучих і теплоізоляційних властивостей блоків в конструкції апарату в умовах експлуатації. Експлуатаційні навантаження, що розглядаються – довготривалі занурення, характерні для стаціонарного режиму роботи ПНА, і кліматичний вплив, який притаманний для циклічного занурення апарату та спливання на поверхню в умовах температур повітря нижче за 0 ºС. Експериментально досліджено механізм накопичення пошкоджень в блоках плавучості зі СДП при тривалих гідростатичних навантаженнях, який полягає у послідовному руйнуванні повітряних комірок і проникненні води з поверхні всередину блоку. Це дозволило побудувати математичну модель накопичення пошкоджень в блоках зі СДП на основі синтезу моделей лінійної в’язко-пружності та механіки руйнування у вигляді логістичного розподілу відносно рівня гідростатичного тиску (глибини) і часу занурення. Обґрунтовано фізичну модель за аналогією з явищем дифузії, яка дозволяє прогнозувати ресурс роботи блоків будь-якої форми та розміру в конструкції апарату при експлуатаційних навантаженнях. Розроблені моделі отримали подальший розвиток для прогнозування ресурсу роботи блоків в конструкції ПНА. Розроблено математичну модель зміни теплоізоляційних властивостей блоків зі СДП з урахуванням накопичених пошкоджень при тривалому зануренні апарату. Експериментально досліджено механізм накопичення пошкоджень в блоках плавучості зі СДП при циклічному зануренні-підйомі апарату на поверхню в умовах від’ємних температур. Встановлено, що такі умови роботи апарату збільшують обсяг пошкоджень в блоках зі СДП вдвічі, в порівнянні з експлуатацією при відсутності кліматичних факторів. Розроблено математичну модель накопичення пошкоджень в блоках зі СДП при циклічному впливі гідростатичного тиску та кліматичного фактору, яка, за аналогією з моделлю тривалого навантаження, побудована на основі логістичного розподілу в залежності від рівня гідростатичного тиску (глибини) та кількості циклів кліматичного впливу. Модель уточнено додатковим параметром для врахування впливу фазового переходу води, що накопичена в блоках при зануренні. Розроблено математичну модель зміни теплоізоляційних властивостей блоків зі СДП при цикло-гідростатичних навантаженнях апарату. Експериментально встановлено зв’язок між обсягом накопичених пошкоджень і зміною теплоізоляційних властивостей блоків плавучості зі СДП, який показав, що теплопровідність залежить, в основному, від рівня накопиченої пошкоджуваності, а механізм руйнування блоків зумовлений глибиною, тривалістю занурення, циклами занурення-підйому апарату на зміну теплопровідності істотно не впливає, а визначає тільки різну інтенсивність процесу пошкодження. Вперше, базуючись на аналізі результатів експериментальних і теоретичних досліджень, встановлено, що ПНА зі сферичним міцним корпусом з робочою глибиною 1500...2000 м втрачає силу плавучості за рахунок накопичення пошкоджень в блоках зі СДП від 5 до 13 % при тривалості занурень до 1000 годин, від 8 до 26 % при 1000 циклах занурень-спливань при температурі повітря нижче за 0 ºС, теплопровідність при цих пошкодженнях збільшується від 0,085 до 0,15 Вт/(м∙ºК). Удосконалено методику проектування ПНА з глибиною занурення 1500...2000 м шляхом урахуванням втрати сили плавучості і теплоізолюючих властивостей блоків зі СДП при накопичених пошкодженнях, що дає змогу визначити втрату сили плавучості всього апарату і спрогнозувати зміну температурного режиму всередині житлового відсіку. Модифікація схеми розташування блоків плавучості в ПНА удосконалила його конструкцію шляхом облицювання міцного корпусу теплоізолюючими блоками плавучості зі СДП, що підвищило автономність роботи ПНА у 3 рази. Одними із можливих напрямків подальшого дослідження за тематикою роботи є розробка теоретичних основ створення елементів плавучості з теплоізолюючими властивостями (з композиційних матеріалів) для конструкції ПНА, що експлуатуються на глибинах 2000...5000 м: в районах Північного Льодовитого океану; в Атлантичному океані в зонах гідротермальних джерел. Практичне значення одержаних результатів: удосконалення конструкції блоків плавучості ПНА дозволило отримати додаткову функцію теплоізоляції з метою зменшення теплових витрат на 75 % і забезпечення нормальних умов населеності всередині житлового відсіку; додаткова теплова ізоляція міцного корпусу ПНА дозволила збільшити його живучість до 10...15 годин під час аварійних ситуацій; запропонована нова конструкція блоків плавучості у вигляді суцільного облицювання міцного корпусу апарата блоками зі СДП густиною 450...500 кг/м3 і коефіцієнтом теплопровідності 0,085 Вт/(м∙ºК) забезпечила подвійну експлуатаційну функцію – плавучості та теплоізоляції, що підвищило конкурентоздатність вітчизняного оснащення підводних технічних засобів для глибин експлуатації до 2000 м; доведено можливість використання теплоізолюючих блоків плавучості зі СДП в конструкціях апаратів, які працюють в «жорстких» кліматичних умовах при зануреннях на глибини континентального шельфу з врахуванням впливу від’ємних температур повітря на зміну ресурсу роботи блоків плавучості; запропонований алгоритм прогнозування ресурсу роботи блоків зі СДП дозволяє оцінити втрату плавучості і зміну температури всередині міцного корпусу апарату за вихідними даними: глибина, тривалість занурення, кількість циклів кліматичних навантажень, допустимий рівень пошкоджуваності або скорегувати залишковий ресурс роботи блоків в складі апарату за вказаною у судновому журналі передісторією навантажень. Практичне застосування результатів роботи відображено в розроблених програмах-методиках експериментального дослідження характеристик блоків плавучості зі СДП, методиці проектування ПНА, стандарті підприємства на блоки плавучості підводних технічних засобів. Результати досліджень було використано при виконанні робіт з Державної цільової оборонної програми будівництва кораблів класу «корвет» в ПАТ «ЧСЗ»; при підготовці фахівців Національного університету кораблебудування ім. адм. Макарова. | uk_UA |
| dc.description.abstract1 | Yuresko T. A. The improvement the design of manned submersibles by use of thermal insulating buoyancy blocks. – Manuscript. The dissertation for the scientific degree of the Candidate of Technical Sciences on speciality 05.08.03. – «Design and building of ships». Admiral Makarov National University of Shipbuilding, Nikolaev, 2017. In the dissertation work was solved application task – improvement of the design of manned submersible by installation buoyancy blocks with syntactic foam with additional porosity (SFAP) in the form of outside shell for strength hull. With the designation at the design stage of the resource of the operation of the blocks, taking into account depths and diving time, cyclical dive-surfacing to the surface at air temperature below 0 ºC. Analysis of buoyancy elements in the structure of manned submersibles operating under conditions of long and repetitive diving at depths of 1500...2000 m and rising to the surface at air temperature below 0 º C and consideration of problems associated with maintaining the temperature regime inside the apparatus, especially in emergency situations, showed that the replacement of a part of the elements by buoyancy SFAP blocks with a density of 450...500 kg /m3) in the form of outside shell for strength hull except for the main purpose – an increase in the maintenance force, is promising in terms of providing thermal insulation to a durable housing. The proposed form buoyancy SFAP blocks in the design of the underwater-inhabited device is used for the first time. The main workload on the buoyancy SFAP blocks is hydrostatic pressure. The action of which is accompanied by the accumulation of damage – the gradual destruction of air cavities and the penetration of water into the block. Damage leads to a decrease in the buoyancy of the blocks, which affects to the ballasting system of the whole manned submersibles, and reduces the heat-insulating properties of the SFAP blocks, which worsens the thermal protection of the strength hull. So, the main attention in the dissertation work is given to the experimental study of the damage accumulation in SFAP blocks and its effect on the change in the floating and heat-insulating properties of the blocks in the structure of manned submersibles under operating conditions. Operational loads long-term dives typical for the stationary operating mode of the underwater-inhabited device and climatic tests that are inherent for cyclic immersion of the underwater- device and ascent to the surface in conditions of air temperatures below 0 °C were considered. Mechanism of damage accumulation in buoyancy SFAP blocks under longterm hydrostatic loads is experimentally investigated. The mechanism consists in the consequent destruction of air cavities and the penetration of water from the surface into the block. This allowed building a mathematical model of damage accumulation in buoyancy SFAP blocks on the basis of the linear viscoelasticity equation in the form of a logistic distribution with respect to the hydrostatic pressure level (depth) and the immersion time. The mathematical model of change insulating properties in the SFAP blocks was developed taking into account the accumulated damage during a long immersion of the apparatus. The physical model of accumulation damages in the SFAP blocks based on the analogy with the phenomenon of diffusion was developed. The model allows taking into account the scale factor and it estimating the damageability of blocks of any shape and size. The developed models had further development for predicting the resource life of the blocks in the design of manned submersible . The Mechanism of damage accumulation in buoyancy SFAP blocks cycles of submergence-ascent of the manned submersible on the surface at air temperature below 0 ºC is experimentally researched. It is established that such operating conditions of the underwater vehicle increase the volume of damages in the SFAP blocks units by 2 times in comparison with operation in the absence of climatic factor. The mathematical model of damages accumulation in the SFAP blocks under cyclic action of hydrostatic pressure and climatic factor is developed. The model is analogous to long-term loading, created on the basis of the logistic law, only depending on the level of hydrostatic pressure (depth) and the number of cycles of climatic influence. The model is complicated by additional parameters to take into account the effect of the water phase transition accumulated in the blocks upon immersion. The model is complicated by additional parameters to take into account the effect of phase transition the water, which was accumulated in the blocks upon immersion. The mathematical model of change insulating properties in the SFAP blocks was developed for the cyclic hydrostatic loads. The relation between the volume of damage accumulation and change in the SFAP blocks insulation properties is experimentally established. This showed that the thermal conductivity depends mainly on the level of accumulated damage. The mechanism of the destruction of blocks, stipulated to the depth and duration of immersion or the cycles of submergence-ascent of the apparatus, does not significantly affect, but determines only the different intensity of the process. The technique is improved which, at the design stage of underwater-inhabited device with immersion depth 1500...2000 m, predicts a loss of buoyancy force and a change of temperature inside strength hull as a result of damage accumulation in the SFAP blocks units at specified operational loads. As a result, was found that the apparatus with a depth of operation 1500...2000 m, loses its buoyancy due damage accumulation in the SFAP blocks from 5 to 13 % with a dive time of up to 1000 hours, from 8 to 26 % at 1000 cycles of diving-spill at temperatures air below 0 °C, the thermal conductivity increases with these damages from 0,085 to 0,15 W/(m∙ºK). The technique has been developed that allows predicting the loss of buoyancy and the change the thermal insulation properties of SFAP blocks under given operating conditions at the design stage of underwater vehicle. Modification of buoyancy bloks arrangement units in the manned submersible improved its design, by cladding the strength hull the heat-insulating buoyancy blocks from the SFAP which allowed to increase the autonomy operation the manned submersible in 3 times. One of the possible directions for further research on the subject of work is the use heat insulating buoyancy blocks (from composite materials) in the design of manned submersible for operation at depths 2000...5000 m: in the Arctic Ocean regions; in the Atlantic Ocean in the zones of hydrothermal sources. Practical significance of the results: – the use of buoyancy blocks in the form of a continuous shell made it possible to obtain an additional function of thermal insulation, to reduce heat losses by 75 %, and to ensure normal habitation conditions within a strength hull; – additional thermal insulation of the strength hull allowed increasing its survivability to 10...15 hours and reducing the probability of crew death in emergency situations; – the proposed design of buoyancy blocks with SFAP density of 450...500 kg /m3 and coefficient of thermal conductivity of 0,085 W/(m∙ºK) in the form of outside shell for strength hull ensured a dual operational function – buoyancy and thermal insulation. This was increased the competitiveness of domestic equipment for underwater technical facilities with depth of operation up to 2000 m; the possibility of using heat-insulating buoyancy blocks with SFAP in the constructions of devices operating in «hard» climatic conditions during immersions to the depths of the Continental Shelf is proved; the proposed algorithm for predicting the life resource of buoyancy blocks with SFAP makes it possible to estimate the loss of buoyancy and the temperature change inside the strength hull of the manned submersible from the initial data: depth, duration of the dive, the number of climatic loads cycles, the permissible level of damage or adjust the residual life of buoyancy blocks in the apparatus as per the log of the loads indicated in the logbook; practical application of the results work is reflected in the developed programs-methods of experimental study the characteristics of buoyancy blocks with SFAP, the design methodology of the manned submersible, the enterprise standard on the buoyancy blocks of underwater technical means. The results of the research were used for: the implementation of the State Targeted Defense Program for the construction of ships of the corvette class in the Smart Maritime Groupe; training specialists of the Admiral Makarov National University of Shipbuilding. | uk_UA |
| dc.identifier.uri | https://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/4175 | |
| dc.language.iso | uk | uk_UA |
| dc.relation.ispartofseries | 629.5.01:629.584 | uk_UA |
| dc.subject | підводний населений апарат | uk_UA |
| dc.subject | конструкція | uk_UA |
| dc.subject | блоки плавучості | uk_UA |
| dc.subject | сферопластик з додатковою поруватістю | uk_UA |
| dc.subject | пошкоджуваність | uk_UA |
| dc.subject | гідростатичний тиск | uk_UA |
| dc.subject | кліматичний фактор | uk_UA |
| dc.subject | 05.08.03 «Конструювання та будування суден» | uk_UA |
| dc.subject | manned submersible | uk_UA |
| dc.subject | design | uk_UA |
| dc.subject | buoyancy blocks | uk_UA |
| dc.subject | damaging | uk_UA |
| dc.subject | syntactic foam of additional porosity | uk_UA |
| dc.subject | hydrostatical pressure | uk_UA |
| dc.subject | climatic factor | uk_UA |
| dc.title | Удосконалення конструкції підводних населених апаратів теплоізолюючими блоками плавучості | uk_UA |
| dc.title1 | The improvement the design of manned submersibles by use of thermal insulating buoyancy blocks | uk_UA |
| dc.title2 | 2017 | |
| dc.type | Other | uk_UA |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Вантажиться...
- Назва:
- dis Yuresko.pdf
- Розмір:
- 8.97 MB
- Формат:
- Adobe Portable Document Format
- Опис:
- дисертація
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 7.05 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: