Article

Experimental investigation of wing-in-ground effect with a NACA6409 section

Authors:
To read the full-text of this research, you can request a copy directly from the authors.

Abstract

The aerodynamic characteristics of NACA6409 in the vicinity of the ground were experimentally studied in a wind tunnel. Lift and drag forces, the pitching moment, and the center of pressure were measured with respect to various major aerodynamic parameters, such as the ground clearance, the angle of attack, the aspect ratio (AR), and the endplate type, which resulted in a total number of 420 conditions. In addition, a smoke trace test was conducted to visualize the flow pattern around NACA6409 in the vicinity of the ground. As a result of the ground effect and the influence of the endplate, the lift-to-drag ratio increased at low ground clearance and the center of pressure moved forward to the leading edge; that is, the endplate and ground effects were equivalent to the aerodynamic advantage that results from increasing the AR of the wing. Extended experimental results are useful for understanding the aerodynamic characteristics influenced by each aerodynamic parameter during ground effect as well as for verifying numerical simulation.

No full-text available

Request Full-text Paper PDF

To read the full-text of this research,
you can request a copy directly from the authors.

... Furthermore, the center of pressure shifted forward toward the leading edge. This shift demonstrated that the aerodynamic benefits resulting from increasing the AR of the wing are equivalent to the endplate and ground effects [29]. Park and co-authors conducted a numerical analysis to explore the aerodynamic properties and static height stability of an aspect-ratioone wing's endplate in the ground effect. ...
... A literature review further reveals that over the years, a lot of researchers highlighted the flow characteristics of the AIG effect with lift gain. In most of these studies, the influence of the BLB factor on aerodynamic coefficients was not considered [29]. According to Rozhdestvensky [29], a slight deviation in wing shape and kinematics of the lifting system could result in substantial flow perturbations causing aerodynamic performance variations in any aircraft with low ground clearance. ...
... In most of these studies, the influence of the BLB factor on aerodynamic coefficients was not considered [29]. According to Rozhdestvensky [29], a slight deviation in wing shape and kinematics of the lifting system could result in substantial flow perturbations causing aerodynamic performance variations in any aircraft with low ground clearance. V.R.S. Kumar et al. [6] reported (2014) the aerodynamics and propulsion aspect of EFC in the AIG effect and emphasized the importance of negating the EFC at the ground effect for the performance enhancement of aircraft. ...
... In this study, the wing models are prepared the same as the designs that were previously tested in the closed-type wind tunnel at Pusan National University which are presented in (Jung et al., 2008). The models are generated on the general public licensed XFLR5 program using NACA6409 airfoil section and having various aspect ratios (AR) that are presented in Figure 2. Chord length (c) of the designs is 0.2 m, while wing-span (b) and wing area (S) are varied with respect to alteration in wing aspect ratios as given in Table 1. ...
... It is believed to be one of the suitable airfoil options for WIG craft which operate at low speed compared to normal aircraft. However, the previous studies of NACA6409 in ground effect by Jung [3], Tahani [4], Jamei [5] indicated that the aerodynamic characteristics in ground effect are different from free stream flight. The flat-bottom airfoils, NACA4412 and Clark-Y, are also widely used due to their simplicity and ease of construction. ...
Article
Full-text available
When a wing gets closer to the ground, the distortion of the flow and the dynamic air cushion have a positive influence on the aerodynamic characteristics. The vessels that utilize the advantage of this phenomenon in its operation are known as "Wing-in-ground effect craft" or WIG. However, the aerodynamic forces in ground effects are different from free stream flight, especially close to the ground. The center of pressure movement was found to be more complicated and varies with the ground clearance, angle of attack, and the airfoil profile which results in pitching instability in some cases. In this study, a numerical study comparing the aerodynamic characteristics of three commonly used airfoils and one reflexed airfoil in ground effect was carried out with the ground clearance ratio varying from 5% to 100% of the chord at a Reynolds number of 3×10 6 over a wide range of angles of attack from 0° to 20°. As expected, the high-cambered airfoil has the highest lift-to-drag ratio, but the stall occurs at a smaller angle of attack, especially at low ground clearance. It also has a greater center of pressure travel with a strong nose-down moment. The expected reduction of the movement of the center of pressure was obtained in the reflexed airfoil, resulting in better pitching stability at the expense of performance. The performance of the flat-bottom airfoils is compromised between the high-cambered and reflexed airfoil.
... Ahmed and Sharma [1] performed wind tunnel measurements to investigate the aerodynamics of a wing in ground proximity. Jung et al. [2] conducted an experimental study to examine the performance of the NACA6409 wing section in ground effect for varying ground clearances and AoAs. Suh et al. [3] utilized both experimental and numerical tools to study the effect of ground proximity on the DHMTU wing. ...
Article
Full-text available
Present paper covers the numerical modelling of a 3D wing operating near a solid surface using Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) and Detached Eddy Simulation (DES). The characteristics of the flow over a wing near a surface is significantly different from the free flight. Capturing the changing aerodynamics of an object moving close to a surface have importance for flight and vehicle aerodynamics. This study aims to investigate the reliability of RANS and DES turbulence modelling approaches on the numerical solution of the challenging ground effect flow physics of the downforce generating (or inverted) wings. For this purpose, a 3D symmetrical wing moving in the close proximity of a solid surface is numerically modelled in fully turbulent flow conditions. The results show that, DES approach predicts the lift force slightly better than RANS. On the other hand, tip leakage flow capturing and the separating vortex field modelling of the DES approach is clearly superior. Comparison of velocity, vorticity and the vortex visualization results are presented for the better understanding of the performance of the two modelling approaches.
... This shows that the increase in demand on airfoil winglet dihedral design research has been taken a step further to suit the appropriate purposes. [14][15][16][17]. ...
Article
Full-text available
Wing-in-ground (WIG) craft is a marine vehicle designed to fly over the sea using the interaction between the wings and ground, known as ground effect. WIG has the benefits in terms of cost and operations. However, in spite of these benefits, WIG has weaknesses including the large vortex formed at the wing tip that affect the overall drag and fuel consumption. To compensate these drawback, this study was conducted to investigate a variation of winglet design to increase the performance of the WIG in terms of Lift-to-Drag Ratio (CL/CD). Experiments were carried out in the subsonic wind tunnel, Longwin LW-9300R located at Wind Tunnel Lab, Faculty of Engineering UPNM. The winglet was investigated using different dihedral angles, which were 30°, 45°, 60°, 85° and 90°. The model was tested in two conditions; without ground as the baseline case and with Ground Effect (GE) condition. In addition, three different winglet heights were also tested. From the results, it was found that the best winglet configuration was h/c = 0.09, dihedral angle of δ=90° and winglet height of s/c = 0.09, with an improvement of nearly 65% from the baseline case.
Article
Full-text available
Agricultural aircraft play a pivotal role in crop dusting and aerial applications of fertilizers, pesticides, and herbicides, where their close proximity to crop surfaces during operations has significant implications. These interactions affect not only crop safety and treatment efficacy but also environmental impact and operational optimization. This study investigates the aerodynamic interactions between an airfoil and a rough surface, representing crops, focusing on the dual effects of airfoil proximity on surface flow dynamics and the influence of the rough wall on airfoil aerodynamics. A computational framework employing overset (Chimera) mesh for a movable airfoil is developed and rigorously validated against experimental data. Using this validated model, we examine the aerodynamic consequences of proximity, revealing that the rough wall substantially modifies the flow field around the airfoil, altering lift and drag characteristics. Conversely, the airfoil's motion significantly influences wall shear stress and surface flow patterns on the rough wall. These findings provide new insights into the coupled dynamics of airfoil aerodynamics and wall effects, offering a basis for optimizing agricultural aircraft operations while mitigating environmental and crop impacts.
Article
Full-text available
The camber morphing of an aerofoil in ground effect was investigated using the FishBAC method and Detached Eddy Simulations with the k-omega SST turbulence model at a Reynolds number of 320,000. The aerofoil was periodically morphed at a start location of 25% chord from the leading edge with a trailing edge deflection range of 0.1% to 3% and morphing frequencies between a Strouhal number of 0.45 to 4 at a constant ground clearance of 10%. Periodically morphing the aerofoil using a sinusoidal function showed that lift and drag increased on the downstroke and decreased on the upstroke in the cycle, resulting in periodic values of lift and drag throughout the cycle. The amplitude of lift and drag increased as the morphing frequency and/or trailing edge deflection increased. It was found that the wake characteristics varied as a function of trailing edge deflection and morphing frequency. For small trailing edge deflections below 0.4% and frequencies below a 2.2 Strouhal number, Kelvin Helmholtz shedding was observed, and above this the wake became chaotic. Large trailing edge deflections showed Von-Karman shedding, where the interaction between the lower counter-clockwise vortex and the ground plane resulted in a jet-like flow that caused forward thrust. For the maximum deflection and morphing frequency tested in this study, reversed Von-Karman shedding was observed, which caused forward thrust from the interaction of the two-shedding counter-rotating vortices. Von-Karman or reversed Von-Karman shedding shows positive thrust generation, however, chaotic shedding should be avoided due to large drag gains. Varying the Reynolds number caused the Strouhal number to change as they depend on the same variables. It was found that the Strouhal number variation had a large effect on the wake, however, the Reynolds number had a minimal effect.
Article
A CFD investigation was carried out on a three-dimensional NACA6409 wing in ground effect at a Reynolds number of 320,000. Using a Multi-Objective-SHERPA algorithm, a root angle of 4 degrees angle of attack, a tip angle of 6 degrees, a forward sweep and a tip chord of 20% of the root chord produced an optimum aerodynamic efficiency across all ground clearances. Optimisation showed a gain in aerodynamic efficiency of 41% at h/c = 0.05 ground clearance and a 31% gain at h/c = 0.2 compared to a rectangular planform wing. Next FishBAC camber morphing was applied to the optimised wing varying the morphing start locations along the chord at both the tip and root. A later start location produced the highest aerodynamic efficiency but increased manufacturing complexity. Extendable span morphing was also tested and was found increasing the span from 1c to 1.5c increased the aerodynamic efficiency of the optimised wing by 27.4% at h/c = 0.1. Varying the span from 0.8c to 1.2c in ground effect had a small effect on the drag for small ground clearances, for large ground clearances the total drag decreased as the span increased. Smaller gains were seen when the span morphing was applied to the rectangular wing. The FishBAC morphing was applied in the spanwise direction to morph the wing tip, sealing the flow beneath the wing. Also, the proportion of the morphing wing tip caused the trailing edge to be closer to the ground further enhancing ground effect.
Article
Full-text available
Based on the NACA4412 airfoil, by solving a two-dimensional unsteady Reynolds-averaged N-S equation and using the k-ωSST model, this paper analyzes the influence of near-ground altitude change on different configuration flow fields under moving ground conditions and explores the variation law of wing pressure coefficient at different near-ground altitudes. The results show that the attraction of the upper airfoil is weakened by the GE (ground effect), the pressure of the lower airfoil is increased, and the upper and lower airfoils influence the lift change of the airfoil. With the decrease of near-ground altitude, at a certain AOA (angle of attack), the greater the flap angle is, the faster the suction loss on the upper wing surface is and the slower the pressure increases on the lower wing surface, and the lower the near-ground altitude corresponding to the minimum lift coefficient is. With the decrease of near-ground altitude, at a certain flap angle, the greater the AOA is, the faster the suction loss on the upper wing surface is and the slower the pressure increases on the lower wing surface, and the lower the near-earth altitude corresponding to the minimum lift coefficient is.
Article
For wing-in-ground vehicles, ground effect increases lift force, which is mostly affected by wingspan. Four rectangular NACA4412 wings with varied aspect ratios were chosen to explore the influence of wingspan on aerodynamic properties in ground effect, and their aerodynamics were studied using CFD modeling. To simulate the flow around the wing in ground effect, SST k–ω\omega model was utilized. The overset technique was used to achieve varied pitch angle and altitude states where the wing operates. Results demonstrate that as wingspan increases, the variation rate of lift coefficient with respect to pitch angle or altitude increases, especially when pitch angle is less than 2^\circ and relative altitude is less than 0.3. While a smaller wingspan causes a greater varying rate of downwash angle with pitch angle or altitude, when a wing has a smaller span and its relative altitude is less than 0.3, the development of the wingtip vortex becomes a stronger restriction for the block of ground, significantly reducing the downwash angle. The distance between the aerodynamic centers of altitude and pitch angle decreases as the wingspan expands, and the maximum magnitudes of change in chord length reach 0.045 and 0.2749 of chord length when the aspect ratio shifts from 1 to 4. The aspect ratio has no discernible effect on the boundary of static stability. When the aspect ratio increases from 1 to 4, the center of gravity must be moved upstream to ensure motion stability, and the maximum distance is 0.098 of the chord length.
Article
In order to investigate the resistance performance of an ultra-high-speed aerodynamically alleviated marine vehicle (AAMV), finite volume method (FVM)-based computational fluid dynamics (CFD) software STAR CCM+ is used to simulate the forward motion of this vehicle. The calculated results are validated as they reach good agreement with experimental data. Comparing the motions of models with and without aero-wings, the hybrid aerodynamic and hydrodynamic mechanism of this novel hull is discussed. Study is subsequently performed that how step configuration, spray rail and deadrise angle act on hull behavior and resistance. The results show that models with double steps and spray rail possess better resistance characteristics at high speeds, and planing surface with variable deadrise angle could further improve the overall navigation performance.
Article
Перспектива совмещения морской и железнодорожной инфраструктуры в прибрежной зоне Российской Арктики путем формирования универсальных перегрузочных комплексов на базе крупных морских портов Северного морского пути требует адекватного масштаба исследований экологических факторов, одним из которых является шумовое загрязнение прибрежной зоны. Суть проблемы заключается в сложности оценки параметров шумоизлучения, распространяемого действующими перегрузочными комплексами. Такая сложность обусловлена разнородностью шумоизлучения (совмещение потоков постоянного, переменного, импульсного и инфразвукового шума), неоднородностью и большой площадью шумового фона, что делает невозможным использование существующих методик оценки и нормирования шумозагрязнения. В этой связи возможным решением проблемы может стать структурная оптимизация шумоизлучения универсальных перегрузочных комплексов с разработкой программ локализации зон шумоизлучения для каждого конкретного случая на предварительных этапах проектирования. То есть, выбор лучшего с позиций близости к естественному уровню шума варианта структурного построения перегрузочного комплекса и исключения из рассмотрения экологически опасных вариантов. Авторами предложен подход к формализации механизма структурной оптимизации шумоизлучения универсальных перегрузочных комплексов на основе представления его в виде модели однокритериальной задачи выбора. The prospect of combining marine and railway infrastructure in the coastal zone of the Russian Arctic by forming universal transshipment complexes based on large seaports of the Northern Sea Route requires an adequate scale of research on environmental factors, one of which is noise pollution of the coastal zone. The essence of the problem lies in the complexity of estimating the parameters of noise emission propagated by operating overload complexes. This complexity is due to the heterogeneity of noise emission (the combination of streams of constant, alternating, pulsed and infrasound noise), heterogeneity and a large area of noise background, which makes it impossible to use existing methods for assessing and normalizing noise pollution. In this regard, a possible solution to the problem may be the structural optimization of noise emission of universal overload complexes with the development of programs for localization of noise emission zones for each specific case at the preliminary design stages. That is, the choice of the best option for the structural construction of the transshipment complex from the standpoint of proximity to the natural noise level and exclusion from consideration of environmentally hazardous options. The authors propose an approach to formalizing the mechanism of structural optimization of noise emission of universal overload complexes based on its representation as a model of a single-criteria selection problem.
Article
Выполнен анализ существующих методов исследования металлов в морской воде, включающий патентный поиск. Для проведения потенциостатических исследований зависимости потенциала судостроительных сталей от условий морской среды разработан комплекс для исследования электрохимического потенциала поверхностного слоя стали в условиях непрерывного погружения в модельный раствор морской воды и в районе переменной ватерлинии при катодной поляризации. Результаты эксперимента, проведенного с помощью разработанного комплекса, показали стабильность значения потенциала судостроительной стали вне зависимости от условий проведения опыта – в модельном растворе или во влажной среде с использованием пиафлора. Авторами были предложены основные технологические аспекты экспериментального исследования зависимости потенциала судостроительных сталей при катодной поляризации от различных условий морской среды (постоянное погружение, район переменной ватерлинии). An analysis of existing methods for researching metals in seawater was carried out, including a patent search. To conduct potentiostatic researches of the dependence of the potential of shipbuilding steels on the conditions of the marine environment, a complex was developed to study the electrochemical potential of the steel surface layer under conditions of continuous immersion in a model solution of seawater and in the area of the variable waterline during cathodic polarization. The results of the experiment conducted using the developed complex showed the stability of the value of the potential of shipbuilding steel regardless of the conditions of the experiment - in a model solution or in a humid environment using a piaflor. The authors proposed the main provisions of the methodology for researching the dependence of the shipbuilding steels potential under cathodic polarization on various conditions of the marine environment (constant immersion, variable waterline area).
Article
В статье показаны основные сложности борьбы с авариями и представлены основные пользователи системы поддержки принятия решения. Рассмотрены основные этапы, на которых программное обеспечение интеллектуальной системы поддержки принятия решения должно вырабатывать рекомендации при борьбе за живучесть судна, а также основные требования, которым оно должно удовлетворять. Представлено архитектурно-конструктивное построение судна для программного обеспечения и основные вопросы при тестировании программного обеспечения. Показан состав основных документов, необходимых для правильного функционирования программного обеспечения интеллектуальной системы поддержки принятия решения. Рассмотрены основные концептуальные модели, заложенные в программное обеспечение, такие как модели организационной системы, модели технических средств и средств борьбы за живучесть судна, модели объемно-пространственных сооружений, модели структурных элементов помещения и модели структурных элементов ограждающих конструкций. Показаны основные направления использования программного обеспечения. Приведен возможный перечень алгоритмов при борьбе с пожаром, при борьбе с водой и при борьбе за живучесть технических средств. The article shows the main difficulties in dealing with accidents while ensuring the operability of equipment complexes. The main users of the decision support system are presented. The main stages at which the software of the intelligent support and decision-making system should develop recommendations in the fight for the survivability of the vessel, as well as the main requirements that it must satisfy, are considered. The architectural and constructive construction of the vessel for software and the main issues in software testing are presented. The composition of the main documents necessary for the correct functioning of the system is shown, which contains the software of the intelligent support and decision-making system. The main conceptual models embedded in the software, such as models of the organizational system, models of technical means and means of fighting for the survivability of the vessel, models of three-dimensional structures, models of structural elements of the premises and models of structural elements of enclosing structures, are considered. The main directions of using the software are shown. A possible list of algorithms for fighting fire, fighting water and fighting for the damage of technical means is given.
Article
В работе рассматриваются вопросы построения системы мультиагентной сети автономного судовождения в порту Новороссийск. В исследовании решается задача безэкипажного судовождения и буксирного обеспечения в порту на основе мультиагентного подхода. В статье описывается система, состоящая из интеллектуального агента (швартуемое судно), группы смышлёных агентов, которыми являются статические навигационные точки, привязанные к причалу и существующим маякам и действительно интеллектуальных агентов – это буксиры-автоматы, которые имеют интеллектуальную управляющую систему. В состав интеллектуальной управляющей системы входят: сервер, инерциальная навигационная система, система спутниковой навигации и лазерная дальномерная система, обеспечивающая точное позиционирование каждого из буксиров относительно интеллектуального агента. Мультиагентная сеть решает задачу позиции каждого из участвующих в процессе автономного судовождения агентов (смышлёных, интеллектуальных, действительно интеллектуальных) по критериям минимума ошибок определения расстояний с триангуляцией по координатам спутниковой навигационной системы, с уточнением по счислениям лазерной дальномерной системы действительно интеллектуальных агентов. Учёт расстояний сближения между агентами и прохождение по заранее рассчитанной траектории производится в непрерывном режиме с коррекцией команд управления автономной навигационной системой. Критериями триангуляции принят алгоритм триангуляция Делоне, с проверкой соответствия противолежащих углов смежных треугольников. Целью исследования является разработка мультиагентной сети управления группой автономных морских подвижных объектов, которая определяет позиции других агентов относительно стационарных точек с использованием триангуляции Делоне в системе полярных координат. In the paper deals with the issues of building a multi-agent network of autonomous navigation in the port of Novorossiysk. A group of intelligent agents are static navigation points tied to the tip of the berths and existing lighthouses. By an intelligent agent we mean a moored vessel, controlled in the traditional way, on which there is a crew. Truly intelligent agents we consider automatic tugs that have a control system that includes a server, an inertial navigation system, a satellite navigation system and a laser ranging system that provides accurate positioning of each of the tugs relative to the intelligent agent. The autonomous navigation system considers the positions of each of the agents participating in the process of autonomous navigation (smart, intelligent, really intelligent) according to the criteria for the minimum errors in determining distances according to the calculated coordinates of the satellite navigation system, with refinement according to the reckoning of the laser ranging system of truly intelligent agents. Accounting for approach distances between agents, passing along a pre-calculated trajectory is carried out in a continuous mode with correction of commands to control the autonomous navigation system. Triangulation criteria adopted Delaunay triangulation, with checking the correspondence of opposite angles of adjacent triangles. Operational control of a multi-agent system occurs in a local polar coordinate system built on a network of intelligent agents. The aim of the study is to develop a methodology for a multi-agent control network for a group of autonomous marine mobile objects, which determines the positions of other agents relative to stationary points using Delaunay triangulation in the polar coordinate system.
Article
В статье рассмотрена проблема выбора узла автоматизированного швартовного устройства при внедрении МАНС во время выполнения морских операций. Описано преимущество электромагнитных решений перед вакуумными устройствами, путём построения графика зависимостей тягового усилия, от общего коэффициента усилия, благодаря которому было выявлено, что при относительно равных исходных данных тяговое усилие в магнитных системах на 200-300% эффективней вакуумных устройств. Были разработаны в виртуальной среде моделирования экспериментальные модели для оценки конструктивных особенностей как единично, так и в рамках пластины, на которой размещено 12-ть узлов. Модели были испытаны разными значениями нагрузок с имитацией оттяжки и прижима для получения спектральных карт с целью анализа распределения напряжения, тепла и прочих физических параметров. По результатам имитационного моделирования установлено, что узел с электрически-управляемым постоянным магнитом (ЭУПМ) а также с электромагнитом являются необходимым решением для выполнения задач швартовки. Проведено исследование прочности пластины, итогом которого стал вывод, что основную нагрузку на себе несет конструкция швартовного устройства. The article considers the problem of choosing a node of an automated mooring device when introducing MASS during offshore operations. The advantage of electromagnetic solutions over vacuum devices is described by plotting the dependence of traction force on the total force coefficient, due to which it was found that with relatively equal initial data, traction force in magnetic systems is 200-300% more efficient than vacuum devices. Experimental models were developed in a virtual simulation environment to evaluate design features both individually and within a plate on which 12 nodes are placed. The models were tested with different load values, simulating pulling and pressing, to obtain spectral maps in order to analyze the distribution of stress, heat and other physical parameters. According to the results of simulation modeling, it was found that an assembly with an electrically controlled permanent magnet (ECPM) as well as an electromagnet is a necessary solution for performing mooring tasks. A study of the strength of the section was carried out, the result of which was the conclusion that the main load is borne by the design of the mooring device.
Article
В статье обоснована необходимость дополнительного учета требований жизненного цикла проектируемых систем разработчиками продукции в дополнение к традиционным параметрам контроля. На сегодняшний день актуальной является задача создания автономной, информационной системы проектирования и технического обслуживания судовых установок, в рамках которой можно было бы собирать, систематизировать, анализировать и управлять всей информацией о моделируемых системах, особенностях их эксплуатации для поддержки принятия решений. В статье рассмотрены особенности построения распределенных информационных систем с нечеткой кластеризацией для проектирования и контроля за эксплуатацией судового двигателя. Для формализации этого процесса необходимо разработать распределенную информационную систему судового двигателя, узлы которой смогут одновременно функционировать в пределах рабочего пространства, - так называемого, подхода нечеткой кластеризации относительно способа проектирования, с нахождением нового знания о двигателе с высокоэффективными показателями эксплуатации. Основу этой системы составляет блочно-модульный принцип построения. Модули системы будут опираться на математические модели разного уровня сложности и иерархии. Отдельный акцент сделан на необходимости использования блочно-модульного принципа построения информационных систем и применения математических моделей, которые должны удовлетворять критериям дивергенции, трансформации и конвергенции. The article substantiates the need for additional consideration of the requirements of the life cycle of designed systems by product developers in addition to the traditional control parameters. To date, the task of creating an autonomous, information system for the design and maintenance of ship installations, within which it would be possible to collect, systematize, analyze and manage all information about the simulated systems, the features of their operation to support decision making, is relevant. The article discusses the features of building distributed information systems with fuzzy clustering for designing and monitoring the operation of a marine engine. To formalize this process, it is necessary to develop a distributed information system of a marine engine, the nodes of which can simultaneously operate within the working space, the so-called fuzzy clustering approach regarding the design method, with finding new knowledge about the engine with highly efficient operation indicators. The basis of this system is the block-modular construction principle. The modules of the system will be based on mathematical models of different levels of complexity and hierarchy. A separate emphasis is placed on the need to use the block-modular principle of building information systems and the use of mathematical models that must meet the criteria of divergence, transformation and convergence.
Article
В статье рассматриваются вопросы обеспечения эксплуатационной надёжности серверного комплекса судовой автоматической навигационной системы в аспекте внедрения концепции a-Navigation. Предложена математическая модель оценки влияния качества контроля технического состояния рассматриваемого оборудования на комплексный показатель его эксплуатационной надежности (коэффициент готовности), с учетом структурного резервирования и неидеальности функционирования средств контроля. Разработан граф состояний рассматриваемой сложной технической системы, предложена аналитическая модель оценивания показателей готовности отказоустойчивой вычислительной системы автономного судна и c применением программной среды MathCAD построены зависимости коэффициента готовности резервированной системы от метрологических характеристик (ошибок контроля первого и второго рада) применяемых средств контроля технического состояния. Также показано существенное влияние качества функционирования встроенных систем контроля оборудования МАНС на его надежность и безопасность мореплавания в целом. The article deals with the issues of ensuring the operational reliability of the server complex of the ship's automatic navigation system in the aspect of the implementation of the a-Navigation concept. A mathematical model is proposed for assessing the influence of the quality of monitoring the technical condition of the equipment under consideration on a complex indicator of its operational reliability (availability factor), taking into account structural redundancy and non-ideal functioning of control facilities. A graph of the states of the considered complex technical system has been developed, an analytical model for estimating the readiness indicators of a fault-tolerant computing system of an autonomous vessel has been proposed, and using the MathCAD software environment, dependences of the redundant system availability factor on the metrological characteristics (control errors of the first and second range) of the technical condition control means used have been constructed. It also shows a significant impact of the quality of functioning of the built-in control systems of the MASS equipment on its reliability and safety of navigation in general.
Article
В данной работе рассматривается автоматический обнаружитель шумового сигнала движущегося источника шумоизлучения, работающий непрерывно во времени и переходящий в режим обнаружения, когда источник входит в телесный угол главного максимума характеристики направленности приемной антенны. Обнаружитель содержит индикаторное устройство, состоящее из двух последовательно включенных селекторов сигнала: первого – по уровню, второго – по длительности. Получена вероятностная характеристика обнаружения сигнала в виде зависимости вероятности обнаружения от отношения сигнал/помеха на выходе приёмного тракта. Выполнен анализ влияния движения источника сигнала на параметры вероятностной характеристики и обосновано упрощение её выражения при обнаружении слабого сигнала. Введено понятие "аппаратная" чувствительность обнаружителя как пороговое отношение сигнал/помеха по мощности на выходе приёмного тракта. Введён количественный критерий режима обнаружения слабого сигнала и предложена упрощённая методика оценки аппаратной чувствительности в этом случае. Показана прямая зависимость аппаратной чувствительности от эквивалентной относительной длительности проходной характеристики источника по выходу приёмного тракта. This article considers an automatic detector of a noise signal from a moving source, which operates continuously in time and switches to the detection mode when the source enters to the solid angle of the main directivity beam of the receiver’s antenna. The detector contains an indicator block consisting of two signal selectors connected one after another: the first one by level, the second one by time. The probabilistic characteristic of detection signal from a moving noise source in the form depended on the detection probability and the signal-to-noise ratio at the receiver’s output is proposed. Also we have done the influence analysis of the signal source motion on the probabilistic characteristic parameters, and as particular result the simplification is proposed for the weak signals case. The concept of detector’s "system" sensitivity is introduced as a threshold signal-to-noise ratio in terms of power at the receiver’s output. A quantitative criterion of the weak signal detection mode is introduced and a simplified method for evaluating system sensitivity for this case is proposed. The direct dependence of the system sensitivity on the equivalent relative duration of the receiver’s transmission characteristic is shown.
Article
Рациональность решения, которое принимается при проектировании морского порта, определяется возможностью рассмотреть как можно большее количество возможных сочетаний различных вариантов. Трудоемкость выполнения большого количества проектных расчетов приводит к необходимости ограничивать вариативность проработки решений. Для повышения эффективности проектной деятельности необходимо использовать современные методы компьютерных наук. В данной работе рассматривается задачу определения пропускной способности морского терминала на основании данных о границах территории терминала. Авторы предлагают использовать алгоритм, который строит различные варианты расположения склада терминала, параллельного или перпендикулярного к границам терминала. Результатами расчета алгоритма являются различные варианты расположения штабелей склада, их общая вместимость и пропускная способность всего терминала. Авторы рассматривают применение описанного алгоритма для формирования вариантов расположения склада контейнерного терминала. В работе доказывается, что предложенный метод может быть использован на предпроектных стадиях для определения наиболее рационального варианта расположения склада. The rationality of a solution that is to be taken during a seaport’s design is defined by the capability to study as many different variants as possible. However, the labourness of the design calculations leads to the necessity to limit the number of variants. In order to increase the effectiveness of design calculations it is necessary to apply modern methods of computer science. The paper considers the task of automatic calculations of seaport’s throughput calculations based on its limits. The authors suggest a new algorithm to build different variants of storage yard configuration parallel or perpendicular to its limits. The results of the computation are different plans of container terminal storage yard, its total capacity and terminal’s throughput. The authors apply the suggested method to generated different plans of container yard. It is proved in the paper that the suggested method can be applied on the early stages of seaport’s design as a tool for definition of the most rational configuration of container yard.
Article
В статье приведены результаты исследований на основе анализа и структурно-компоновочного синтеза высоконадежного электроинструмента для сверления глубоких отверстий, а также устройств для внутреннего резьбонарезания в условиях судостроения и судоремонта. Недостаточная надежность такого оборудования для работы в закрытых и труднодоступных зонах вызывает необходимость оптимизации подсистем электроинструмента на базе обоснованной методики синтеза систем. Методика создания высоконадёжной системы базируется на последовательном выполнении мероприятий морфологического анализа, структурно-компоновочного и параметрического синтеза технологической системы электроинструмента. Электроинструмент рассматривается как дискретная система, переход которой из одного состояния в другое соответствует марковскому процессу. Вводятся исходные данные по потокам отказов функционирования и потокам восстановления для каждого структурного варианта.Решение полученной системы уравнений финальных вероятностей позволяет выявить наименее надежную подсистему электроинструмента.Особенностью новой конструкции является то, что для повышения надежности при сверлении глубоких отверстий между патроном и сверлом размещается дополнительное устройство, предохраняющее инструмент от поломок путем устранения его раскручивания по длине рабочей части при различных заглублениях. Синтезированная головка для резьбонарезания при использовании с высоконадежным инструментом в виде сборного пластически деформирующего метчика и специального компенсирующего патрона позволяет повысить стойкость инструмента за счет предохранения его от поломки и обеспечить качество резьбы путем обеспечения принудительной подачи и компенсации осевых и радиальных смещений. The article presents the results of research based on the analysis and structural-layout synthesis of a highly reliable power tool for drilling deep holes, as well as devices for internal threading in shipbuilding and ship repair. The insufficient reliability of such equipment for operation in closed and hard-to-reach areas makes it necessary to optimize the subsystems of power tools based on a well-founded methodology for system synthesis. The methodology for creating a highly reliable system is based on the consistent implementation of measures of morphological analysis, structural-layout and parametric synthesis of the technological system of a power tool. The power tool is considered as a discrete system, the transition of which from one state to another corresponds to a Markov process. Initial data are entered on the flows of failures of operation and restoration flows for each structural option. The solution of the resulting system of equations of final probabilities allows us to identify the least reliable subsystem of the power tool. A feature of the new design is that in order to increase reliability when drilling deep holes, an additional device is placed between the chuck and the drill, which protects the tool from breakage by eliminating its unwinding along the length of the working part at various depths.The synthesized threading head, when used with a highly reliable tool in the form of a prefabricated plastically deforming tap and a special compensating chuck, makes it possible to increase tool life by protecting it from breakage and ensure thread quality by providing forced feed and compensation of axial and radial displacements.
Article
В статье рассматривается определение нелинейных сил второго порядка и соответствующих амплитуд вторых гармоник различных видов качки на основании применения трехмерной потенциальной теории. Выполнено сравнение расчетов амплитудно-частотных характеристик второго порядка с расчетами по двумерному методу. Показано хорошее согласование результатов между собой в большинстве случаев. Проведено исследование влияния изменения относительной глубины на амплитуды второго порядка и на суммарные амплитуды качки. Показано их значительное увеличение в зоне низких частот при уменьшении относительной глубины. Приведены результаты расчетов амплитуд вторых гармоник на различных курсовых углах. Показано, что наибольшие амплитуды вторых гармоник поперечных видов качки имеют место при расположении судна лагом, продольных – на косых углах или на встречном волнении. Проведено исследование влияния скорости хода на амплитуды вторых гармоник в условиях мелководья. Показано значительное снижение амплитуд бортовой качки в зоне супергармонического резонанса при увеличении скорости хода. The article considers the definition of second-order nonlinear forces and the corresponding amplitudes of the second harmonics of various types of ship's motions based on the application of three-dimensional potential theory. The calculations of the amplitude-frequency characteristics of the second order are compared with the calculations by the two-dimensional method. In most cases, there was good agreement between the results. A study was made of the influence of a change in relative depth on the amplitudes of the second order and on the total amplitudes of motions. Their significant increase in the low-frequency zone with decreasing relative depth is shown. The results of calculations of the amplitudes of the second harmonics at different heading angles are presented. It is shown that the largest amplitudes of the second harmonics of the transverse types of ship's motions occur when the ship is in beam waves, and longitudinal motions occur at oblique angles or in head waves. A study was made of the influence of ship velocity on the amplitudes of the second harmonics in shallow water conditions. A significant decrease in the roll amplitudes in the superharmonic resonance zone with an increase in velocity is shown.
Article
Цель настоящей работы – определение уровня и характера влияния расчетного значения степени реактивности, задаваемой на начальном этапе проектирования, на геометрические характеристики и эффективность радиально-осевой турбины. На основе метода расчета турбинной ступени проведены исследования на среднем радиусе меридионального сечения (в обратной постановке). В статье представлены полученные расчетным путем геометрические характеристики турбин для режимного параметра И1/Сад =0,7 при следующих значениях степени реактивности (р ): 0,40; 0,45; 0,50; 0,55 и 0,60. Анализ выявил необходимость увеличения высоты лопаток рабочего колеса во входном сечении и ее уменьшения на выходе при увеличении расчетного значения степени реактивности. Для выявления уровня эффективности рассмотренных турбин применен метод расчета на среднем радиусе в прямой постановке. Система уравнений дополнена (замкнута) эмпирическими зависимостями, которые позволяют определять уровень потерь кинетической энергии потока в проточной части турбин. Результаты расчета, представленные в статье, показали, что наилучшим уровнем KПД обладает турбина, спроектированная на расчетное значение степени реактивности р = 0,4. С учетом этого аналогичное исследование произведено для следующего ряда значений режимного параметра: И1/Сад = 0,65; 0,60 и 0,55. Установлено, что и в этих случаях наибольшей эффективностью обладают турбины, которые имеют расчетные значения степени реактивности меньше 0,4 в сравнении со значениями, указанными выше, а именно для параметра И1/Сад , она составляет 0,35; 0,30 и 0,25 соответственно. Адекватность метода расчета турбинной ступени на среднем радиусе и правомочность использования эмпирических зависимостей для определения потерь кинетической энергии потока в проточной части турбин были подтверждены сравнением рассчитанных результатов с экспериментальными характеристиками турбины турбокомпрессора TKP-14С-27. The purpose of the work is to determine the degree and nature of influence of the calculated value of reactivity degree, set at the initial stage of design, on the geometrical characteristics and efficiency of the radial-axis turbine. The research was conducted based on the method of calculating the turbine stage, on the average radius of meridional section in the inverse formulation. The paper presents the results in the form of calculated geometric characteristics of turbines for the following values of the mode parameter И1/Сад =0,7 at the following values of reactivity degree ( р ) - 0,40; 0,45; 0,50; 0,55 and 0,60. The analysis has revealed the necessity to increase the height of impeller blades in the inlet section and to decrease it at the outlet at increase of calculated value of reactivity degree. In order to reveal efficiency level of the considered turbines the method of calculation on average radius in direct statement has been applied. The system of equations was supplemented (closed) by empirical dependencies, which allow determining the level of losses of kinetic energy of the flow in the flowing part of the turbines. The calculation results, presented in the article, showed that the best level of efficiency has the turbine, designed for the calculated value of reactivity degree р =0.4. Taking this into account, a similar study was made for the following series of values of the mode parameter И1/Сад = 0.65; 0.60 and 0.55. It has been found that in these cases, too, the turbines that have calculated reactivity degree values less than 0.4 in comparison with the values specified above, namely, for the parameter И1/Сад , specified earlier, it is 0.35; 0.30 and 0.25, respectively, have the greatest efficiency. The adequacy of the method of calculation of the turbine stage at the mean radius and the eligibility of using empirical dependencies for determining the loss of kinetic energy of the flow in the turbine flow area have been confirmed by comparing the calculated results with the experimental characteristics of the turbine of turbocharger TKP-14C-27.
Article
Мероприятия, направленные на повышение эффективности подводного поиска роботехническими комплексами представляют важность не только для исследовательских целей, но и для обеспечения суверенитета Российской Федерации и охраны национальных интересов. В данный момент опыт проектирования и эксплуатации подводных аппаратов приводит к выводу, что поиск объектов, расположенных на грунте и во взвешенном состоянии, осуществляется с недостаточной эффективностью. Это заключение вытекает из анализа возможностей бортовых поисковых средств по их тактическим и техническим возможностям. В статье изложены актуальные задачи подводного поиска и их решения, направленные на повышение дальности видимости подводных телевизионных средств и обеспечение возможности визуального просмотра объектов, обнаруженных гидролокаторами бокового обзора, без изменения курса подводного аппарата. Так же предложен расчет эффективности поисковых мероприятий, на основании которого сформированы и выдвинуты практические рекомендации по созданию интегрированной системы оценки подводной обстановки подводных аппаратов, которые позволят обеспечить возможность сравнительно простой модернизации поисковых средств подводных аппаратов, унифицировать оконечную аппаратуру и ее программное обеспечение, а так же продлить сроки службы подводных аппаратов за счет возможности модернизации их средств поиска. Measures aimed at improving the efficiency of underwater search by robotic complexes are important not only for research purposes, but also to ensure the sovereignty of the Russian Federation and the protection of national interests. At the moment, the experience of designing and operating underwater vehicles leads to the conclusion that the search for objects located on the ground and in a suspended state is carried out with insufficient efficiency. This conclusion follows from the analysis of the capabilities of on-board search engines according to their tactical and technical capabilities. The article describes the current tasks of underwater search and their solutions aimed at increasing the visibility range of underwater observation facilities and providing the possibility of visual viewing of objects detected by side-view sonars without changing the course of the underwater vehicle. The calculation of the effectiveness of search activities is also proposed, on the basis of which practical recommendations are formed and put forward for the creation of an integrated system for assessing the underwater situation of underwater vehicles, which will allow to unify the terminal equipment and its software, and also to extend the service life of underwater vehicles due to the possibility of relatively simple modernization of the search facilities.
Article
В работе выполнен анализ методики проведения теплотехнических испытаний современных электронно-управляемых высокооборотных двигателей, применяемых в качестве главных и вспомогательных двигателей, отвечающих за движение судна и входящих в состав основной и аварийной электростанции, грунтонасосных и подруливающих устройств. Теплотехнические испытания входят в состав приемо-сдаточных испытаний, и являются неотъемлемой частью проверки инспектором Регистра, а также входят в ежегодное, очередное и внеочередное освидетельствование судовых главных двигателей. Выполнен анализ условий проведения теплотехнических испытаний применительно к современным системам контроля и управления судовых современных высокооборотных двигателей. На примере главного двигателя фирмы "Caterpillar" С32 ACERT представлен весь объем испытаний, включая инструментарий, обработку и нормирование теплофизических параметров, полученных во время эксперимента. Проводимые исследования показали, что во время испытаний были выявлены нехарактерные повышения температуры отработавших газов и давление наддува при минимальной нагрузке на двигатель, которые могли привести к отказу элементов систем двигателя. Проводимые исследования судовых энергетических установок, на основе применения безразборных методов диагностики морских судов в эксплуатации, лежат в основе системы управления автономных судов. The paper analyzes the methods of thermal engineering tests of modern electronically controlled high-speed engines used as main and auxiliary engines responsible for the movement of the vessel and included in the main and emergency power plants, ground pumps and thrusters. Thermal engineering tests are part of the acceptance tests, and are an integral part of the inspection by the Register inspector, and are also included in the annual, regular and extraordinary inspection of ship's main engines. The analysis of the conditions of thermal engineering tests in relation to modern control and control systems of modern high-speed marine engines is carried out. Using the example of the Caterpillar C32 ACERT main engine, the entire scope of tests is presented, including instrumentation, processing and normalization of thermophysical parameters obtained during the experiment. The conducted studies have shown that during the tests, uncharacteristic increases in exhaust gas temperature and boost pressure were detected with minimal load on the engine, which could lead to failure of engine system elements. The ongoing research of marine power plants, based on the use of non-selective methods of diagnostics of marine vessels in operation, are the basis of the control system of autonomous vessels.
Article
В статье раскрываются актуальные вопросы, связанные с созданием эффективных и надежных систем управления судовыми двигателями на базе технологии интеллектуальных агентов, что позволит повысить эффективность эксплуатации оборудования, даст возможность снизить расход топлива и затраты на техническое обслуживание. Концепция интеллектуального судового двигателя расширяет возможности бесперебойной работы традиционных узлов и агрегатов для облегчения внедрения прорывных технологических решений и инноваций. Интеллектуальная система управления двигателем сочетает в себе систему моделирования его узлов и агрегатов на основе нейронных сетей и ядро нечеткого управления. Основу интеллектуальной системы составляет единая конвергентная сеть, соединяющая гребные винты и двигатели в машинном отделении вплоть до пункта управления и мостика. С помощью этой конвергентной сети операторы судов могут достичь более высокой интеграции подсистем и быстро регулировать управление ходом, движением и расходом топлива даже в быстро меняющейся морской среде. Представлена архитектура системы аппаратно-программного комплекса управления судовым двигателем. Предложена структурная схема интеллектуального агента. Отдельное внимание в процессе исследования уделено самообучению интеллектуальных агентов, которое осуществляется на базе нечеткого классификатора. Задача нечеткого классификатора заключается в определении параметров управления судовым двигателем в зависимости от сигналов, поступающих из внешней среды. Описанный в статье подход к управлению судовым двигателем на основе самообучающихся интеллектуальных агентов обладает рядом несомненных преимуществ благодаря тому, что он обеспечивает необходимую основу для мониторинга, обнаружения и принятия мер в отношении любых аномалий, возникающих в системе. Кроме того, каждый агент содержит знания о своей области, а архитектура агентов способствует модульности и повторному использованию. The article reveals topical issues related to the creation of efficient and reliable marine engine control systems based on intelligent agent technology, which will improve the efficiency of equipment operation, will make it possible to reduce fuel consumption and maintenance costs. The concept of an intelligent marine engine enhances the smooth operation of traditional components and assemblies to facilitate the implementation of breakthrough technological solutions and innovations. An intelligent engine control system combines a system for modeling its components and assemblies based on neural networks and a fuzzy control core. The basis of the intelligent system is a single converged network connecting propellers and engines in the engine room up to the control room and the bridge. With this converged network, ship operators can achieve higher subsystem integration and quickly adjust propulsion, propulsion and fuel management even in a rapidly changing marine environment. The architecture of the system of the hardware-software complex for ship engine control is presented. A block diagram of an intelligent agent is proposed. Special attention in the process of research is paid to self-learning of intelligent agents, which is carried out on the basis of a fuzzy classifier. The task of the fuzzy classifier is to determine the ship engine control parameters depending on the signals coming from the external environment. The self-learning intelligent agent approach to marine engine control described in the article has a number of undoubted advantages due to the fact that it provides the necessary basis for monitoring, detecting and taking action against any anomalies that occur in the system. In addition, each agent contains domain knowledge, and the agent architecture promotes modularity and reusability.
Article
Рассмотрены вопросы, связанные с конструктивными особенностями пассажирских лайнеров и гидросамолётов, приведены их основные характеристики. Описаны группы гидросамолетов по характеру посадочно-взлетного устройства. Показано, что при аварийном приводнении пассажирских лайнеров и гидросамолётов возникает опасность для пассажиров и экипажа, если в течение некоторого времени не будут проведены спасательные работы. Рассмотрены наиболее опасные режимы аварийного приводнения пассажирских самолетов. Приведены основные причины аварийного приводнения авиалайнеров и гидросамолетов. Приведены примеры «успешных» аварийных приводнений авиалайнеров, при которых все пассажиры выжили. Рассмотрены авиационные катастрофы, случившиеся за последние 20 лет, при приводнении пассажирских самолётов. Приведены требования по оснащению авиалайнеров, совершающих полёты над большими акваториями, средствами для спасения в случае аварийного приводнения. Рассмотрены требования Воздушного кодекса Российской Федерации к действиям экипажа, при принятии решения об аварийном приводнении и покидании приводнившегося воздушного судна. Показаны особенности действий спасательных служб при приводнении самолета. Предложены технические решения, направленные на обеспечение возможности проведения спасательной операции при большом удалении от берега за счёт увеличения времени нахождения авиалайнера на плаву. The issues related to the design features of passenger liners and seaplanes are considered, their main characteristics are given. Described are groups of seaplanes by the nature of the landing and take-off device. It is shown that in case of emergency splashdown of passenger liners and seaplanes, there is a danger to passengers and crew if rescue operations are not carried out for some time. The most dangerous modes of emergency splashdown of passenger aircraft are considered. The main reasons for the emergency splashdown of airliners and seaplanes are given. Examples are given of "successful" emergency airliners, in which all passengers survived. Also considered are aviation disasters with human losses that occurred over the past 20 years, during the splashdown of passenger aircraft. The requirements for equipping airliners flying over large waters with rescue equipment in the event of emergency splashdown are given. The requirements of the Air Code of the Russian Federation to the actions of the crew when deciding on emergency splashdown and leaving the splashdown aircraft are considered. The features of the rescue services during aircraft splashdown are shown. Technical solutions are proposed aimed at ensuring the possibility of a rescue operation at a great distance from the coast due to an increase in the time of the airliner afloat.
Article
Выполнение швартовных операций в условиях открытого моря сопряжено с рядом трудностей, основными причинами которых являются внешние факторы, неизбежно присутствующие в районе выполнения, например, швартовной операции или динамического позиционирования. Тем не менее, освоение природных ресурсов шельфовой зоны прибрежных морей требует выполнения таких операций в достаточном количестве. В этом случае необходимо разрабатывать безопасные способы управления движением судов, участвующих в швартовных операциях или динамическом позиционировании в условиях открытого моря, а также совершенствовать существующие способы, проводя необходимые научные исследования. Сложность технического оснащения, трудоемкость процесса управления судами и надводными объектами выявляет необходимость использования динамических систем управления для обеспечения безопасной эксплуатации. В настоящее время судно представляет собой объект, содержащий целый ряд систем управления судовыми энергетическими и технологическими процессами. Для исключения вероятности возникновения аварийных ситуаций, связанных с особенностями эксплуатации специализированных судов, алгоритмы управления систем должны обеспечивать высокие показатели качества и функционирования при любых видах управляющих и возмущающих воздействий на судно и его оборудование. Данная статья является публикацией отдельных результатов исследований в направлении решения указанных выше задач. Локальные исследования посвящены анализу динамики движения танкера с использованием подруливающих устройств при действии волнения. Материалы статьи базируются на результатах ряда исследований, выполненных автором при сотрудничестве с учеными и аспирантами. Результаты исследований опубликованы в форме научных статей и монографий. The execution of mooring operations in open sea conditions is associated with a number of difficulties, the main reasons for which are external factors that are inevitably present in the area of execution, for example, mooring operations or dynamic positioning. Nevertheless, the development of natural resources of the shelf zone of the coastal seas requires the implementation of such operations in sufficient quantities. In this case, it is necessary to develop safe methods for controlling the movement of ships involved in mooring operations or dynamic positioning in high seas, as well as improve existing methods by conducting the necessary scientific research. The complexity of technical equipment, the complexity of the process of managing ships and surface objects reveals the need to use dynamic control systems to ensure safe operation. At present, a ship is an object containing a number of ship energy and technological process control systems. To eliminate the likelihood of emergencies associated with the peculiarities of the operation of specialized ships, the system control algorithms must ensure high quality and performance indicators for any type of control and disturbing effects on the ship and its equipment. This article is a publication of individual research results in the direction of solving the above problems. Local studies are devoted to the analysis of the dynamics of the movement of the tanker with the use of thrusters under the action of waves. The materials of the article are based on the results of a number of studies carried out by the author in collaboration with scientists and graduate students. The research results are published in the form of scientific articles and monographs.
Article
Full-text available
Одной из самых спорных и плохо объяснимых формул, содержащихся в нормах технологического проектирования морских торговых портов, является формула расчёта объёма склада насыпного груза. В данной работе предпринята попытка интерпретировать эту формулу, а также внести в неё необходимые исправления. Для определения вместимости складской зоны идентифицированы методики вычислений, использующие средние значения (формула Уилсона, выведенная в рамках статьи формула-интерпретация норм технологического проектирования) и экстремумы максимальных значений (формула из норм технологического проектирования морских портов). Предлагается расширить расчётную методику, основанную на использовании этой формулы, для получения более адекватных оценок важнейшего инфраструктурного параметров - объёма склада морского перегрузочного комплекса. Целесообразно продолжить исследования об оптимальном размере склада на навалочных терминалах, в том числе используя накопленный эксплуатационных опыт и фактическую статистику терминалов (сроки и высота хранения угля, эксплуатационная производительность погрузки в суда, вместимости судов и др.). One of the most controversial and poorly explained formulas contained in the norms of technological design of commercial seaports is the formula for calculating the volume of a bulk cargo warehouse. In this paper, an attempt is made to interpret this formula, as well as to make the necessary corrections to it. To determine the capacity of the storage area, calculation methods are identified that use average values (Wilson's formula, the formula-interpretation of technological norms derived within the framework of this paper) and extreme values of maximum values (formula from the technological norms of seaports). It is proposed to expand the calculation method based on the use of this formula in order to obtain more adequate estimates of the most important infrastructure parameters - the volume of the warehouse of the marine terminals. It is advisable to continue research on the optimal size of the warehouse at bulk terminals, including using the accumulated operational experience and actual statistics of the terminals (duration and height of coal storage, operational performance of ship loading, ship capacities, etc.).
Article
Сформулирован комплекс технических, технологических, логистических, нормативно-правовых и прочих проблем мультимодальных грузоперевозок отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Разработан состав обязательных компонентов (функций) интеллектуальной системы транспортировки ОЯТ, таких, как идентификация опасностей и оценка рисков, оценка влияния на окружающую среду, навигационная поддержка, связь и координация действий персонала, проектирование и строительство средств транспортировки, профессиональная подготовка и обучение, планирование и оптимизация маршрутов, управление качеством транспортировки и т.п. Приведена характеристика инструментария расчётного анализа, моделирующего ядерно-физические характеристики отработавшего топлива, а также выполняющего анализ потенциальных рисков транспортировки. Показаны перспективы использования искусственного интеллекта при мультимодальной перевозке ОЯТ. Представлена характеристика перспективных алгоритмов маршрутизации транспортных средств, разработанных для оптимизации маршрутов и расписаний. В контексте мультимодальных грузоперевозок алгоритмы маршрутизации могут использоваться также для минимизации затрат и повышения эффективности грузоперевозок различными видами транспорта. Намечены пути повышения безопасности и эффективности транспортировки ОЯТ. Показано, что использование современных конструкционных материалов, датчиков и систем мониторинга обеспечивает безопасную и надежную транспортировку отработавшего топлива сводя к минимуму риски грузоперевозок. Внедрение интеллектуальной системы экологической безопасности и навигационного обеспечения мультимодальных перевозок ОЯТ требует комплексного подхода, включающего в себя реализацию стратегий и технологий, обеспечивающих безопасную транспортировку ОЯТ при сведении к минимуму рисков для окружающей среды и общественной безопасности. The complex of technical, technological, logistical, regulatory, etc. problems of multimodal cargo transportation of spent nuclear fuel (SNF) is formulated. The composition of mandatory components (functions) of an intelligent SNF transportation system has been developed, such as hazard identification and risk assessment, environmental impact assessment, navigation support, communication and coordination of personnel actions, design and construction of means of transportation, vocational training and training, route planning and optimization, transportation quality management, etc. The characteristic of the tools is given computational analysis that simulates the nuclear physical characteristics of spent fuel, as well as performing an analysis of potential transportation risks. The prospects of using artificial intelligence in multimodal transportation of SNF. The characteristics of promising routing algorithms of vehicles designed to optimize routes and schedules are presented. In the context of multimodal cargo transportation, routing algorithms can also be used to minimize costs and increase the efficiency of cargo transportation by various modes of transport. Ways to improve the safety and efficiency of SNF transportation are outlined. It is shown that the use of modern structural materials, sensors and monitoring systems will ensure safe and reliable transportation of spent fuel, minimizing the risks of cargo transportation. The introduction of an intelligent environmental safety system and navigation support for multimodal SNF transportation requires an integrated approach that includes the implementation of strategies and technologies that ensure the safe transportation of SNF while minimizing risks to the environment and public safety.
Article
В статье рассмотрены существующие подходы к описанию динамики кавитационных пузырьков и кавитационного облака и проблемы, которое возникают при моделировании высокоэнергетических кавитационных процессов, таких как ударные волны, кавитационная эрозия, свечение из пузырьков (сонолюминесценция), и т.д., в акустическом поле высокой интенсивности. Показано, что известная модель, основанная на уравнениях Келлера – Миксиса и Бъеркнеса, не соответствует целому ряду экспериментальных данных, полученных при исследовании «одиночного» кавитационного пузырька, неподвижно пульсирующего в пучности стоячей волны и «обычного» пузырька, движущегося в кавитационном облаке. Для устранения этих несоответствий предложена новая система уравнений, дополнительно учитывающая неравновесность процессов испарения и конденсации пара и неидеальность парогазовой смеси в пузырьке, а также поступательное движение пузырька. Показано, что при быстром сжатии пузырька пар внутри него не успевает конденсироваться и сильно демпфирует это сжатие. Полученное уравнение объясняет сильную зависимость интенсивности свечения «одиночных» пузырьков от температуры жидкости. Устранены противоречия при описании поступательного движения пузырьков, связанные с применением уравнения Бъеркнеса. Показано, что поступательно движущийся пузырек сжимается значительно слабее неподвижного, поскольку в фазе сжатия энергия радиального движения пузырька перетекает в энергию поступательного движения. Это позволяет объяснить причину различия в механизмах свечения пузырьков разных типов. «Одиночный» пузырек излучает свет в момент наибольшего сжатия вследствие нагрева парогазовой смеси до 5 000–10 000 К. Пузырьки в кавитационном облаке движутся поступательно, а их свечение, в отсутствие сильного сжатия, обусловлено микроразрядами в парогазовой фазе при деформации поверхностей пузырьков. The article discusses the existing approaches to the description of the dynamics of cavitation bubbles and cavitation clouds and the problems that arise during modeling of high-energy cavitation processes, such as shock waves, cavitation erosion, bubble glow (sonoluminescence), etc., in a high-intensity acoustic field. A well–known model based on the Keller-Miksis and Bjerknes equations does not correspond to several experimental data obtained in the study of a "single" cavitation bubble pulsating motionlessly in the antinode of a standing wave and an "ordinary" bubble moving in a cavitation cloud. To eliminate these inconsistencies, a new system of equations is proposed, which additionally considers the nonequilibrium processes of vapor evaporation and condensation and the imperfection of the vapor-gas mixture in the bubble, as well as the translational motion of the bubble. It is shown that with rapid compression of the bubble, the vapor inside it does not have time to condense and strongly damps this compression. Resulting equation demonstrates the strong dependence of the intensity of "single" bubble glow on the temperature of the liquid. Contradictions in the description of the translational motion of bubbles associated with the application of the Bjerknes equation are eliminated. Translationally moving bubble is compressed much weaker than a stationary one, since in the compression phase the energy of the radial motion of the bubble flows into the energy of translational motion. It helps explain the reason for the difference in the mechanisms of light emission from bubbles of different types. A "single" bubble emits light at maximal compression due to heating of the vapor-gas mixture up to 5000–10000 K. Bubbles in a cavitation cloud move progressively, and their glow, in the absence of strong compression, is caused by micro-discharges in the vapor-gas phase during deformation of the bubble surfaces.
Article
Работа посвящена электродуговой сварке с предварительным подогревом кромок пластин движущимся источником. Исследуется влияние ширины источника предварительного нагрева на распределение интенсивности остаточных напряжений. Материал пластины принимается упруго пластическим, деформации малыми. В качестве математической модели используется модель Прандтля-Рейса, где закон Гука заменен законом Дюамеля-Неймана. Упругие постоянные и предел текучести полагаются зависимыми от температуры. В качестве условия пластического течения используется видоизменённое условие Мизиса, в котором учитываются вязкие свойства материала. Источник тепла от электродуговой сварки моделируется с помощью двойного эллипсоида, предложенного Голдаком. Решение задачи находится численно с помощью итерационных методов. В результате анализа интенсивности остаточных напряжений материале пластины, полученных при помощи автоматической электродуговой сварки с предварительным подогревом движущимся источником тепла, делается вывод эффективного использования подогрева с обратной стороны пластины, при этом ширина источника должна быть 20 мм. The work is devoted to electric arc welding with preheating of the edges of the plates by a moving source. The influence of the width of the preheating source on the intensity distribution of residual stresses is investigated. The plate material is assumed to be elastic-plastic, and the deformations are small. As a mathematical model, the Prandtl-Reis model is used, where Hooke's law is replaced by the Duhamel-Neumann law. Elastic constants and yield strength are assumed to be temperature dependent. As a plastic flow condition, a modified Mises condition is used, which takes into account the viscous properties of the material. The heat source from arc welding is modeled using the double ellipsoid proposed by Goldak. The solution of the problem is found numerically using iterative methods. As a result of the analysis of the intensity of residual stresses in the plate material obtained by automatic arc welding with preheating by a moving heat source, it is concluded that heating from the reverse side of the plate is effectively used, while the width of the source should be 20 mm.
Article
Одним из этапов планирования поисково-спасательных операций на море является определение подрайонов поиска для участвующих поисково-спасательных средств. Задачу распределения подрайонов поиска между поисково-спасательными средствами можно сформулировать в виде оптимизационной задачи. В связи с этим возникает вопрос о получении критериев оптимальности распределения подрайонов поиска между поисково-спасательными средствами. Критерии оптимальности должны отражать цели лица, принимающего решения. В поисково-спасательной операции таким лицом является координатор операций. В имеющихся работах по вопросу распределения подрайонов поиска между поисково-спасательными средствами прослеживается один общий недостаток — критерий оптимальности выбирается исходя из авторских представлений о том, каким должен быть результат решения этой задачи. Вопрос о том, в какой степени такое представление и предложенный критерий оптимальности соответствуют требованиям практики, остается открытым. В данной работе предлагается набор частных критериев, реализующий естественное стремление учесть как можно больше потенциально полезной информации при анализе работы экспертов в процессе решения данной задачи. Предложенные критерии являются основой для построения модели экспертных предпочтений распределений подрайонов поиска между поисково-спасательными средствами, которая используется для поиска оптимального решения задачи распределения подрайонов поиска между поисково-спасательными автоматизированными средствами. One of the steps in maritime search and rescue planning is the assignment of search sub-areas to individual search and rescue facilities. The problem of assignment of search sub-areas to individual search and rescue facilities can be formulated as an optimization task. This poses the question about obtaining optimality criteria of assignment of search sub-areas to individual search and rescue facilities. Optimality criteria should mapping the objectives of the decision maker The decision maker in search and rescue operation is a coordinator operations. Most most existing works about the assignment of search sub-areas to individual search and rescue facilities have one common shortcoming. This common shortcoming is based on the subjective assumption their authors about what should be the result of solving this problem. The question of the extent to which such these assumptions and the proposed optimality criterion meets the requirements of practice is open. This article presents multiple criteria that implement the natural desire to take into account as much potentially useful information about this problem as possible. These multiple criteria are the basis for design a model of expert preferences. This model is used to find the optimal solution to the problem of assignment of search sub-areas to individual search and rescue facilities.
Article
В статье исследуется облик перспективного робототехнического комплекса, предназначенный для проведения регламентных операций по очистке корпусов судов от обрастаний. Крупные современные верфи и судоремонтные заводы все чаще внедряют в свои технологические процессы мобильные робототехнические комплексы (МРК), которые помогают автоматизировать периодические регламентные операции по обслуживанию корпусов судов. Был проведен анализ различных типов конструкций МРК, способных проводить регламентные работы по обслуживанию корпусов судов. Стоит отметить, что практически все разработанные и уже реально применяемые МРК могут функционировать либо только в воздушной, либо только в водной среде, что накладывает существенные ограничения к их применению. Те немногие МРК, которые способны работать в различных средах, в своем большинстве могут перемещаться только по ферромагнитным поверхностям, что также ограничивает их использование. Предлагается к разработке МРК корабельного базирования, который можно было бы использовать для очистки корпусов судов вне зависимости от свойств материала корпуса, как в воздушной, так и в водной среде без необходимости захода судна в порт и его размещения в сухом доке. The article suggests the appearance of a promising robotic complex for routine operations to clean the hulls of ships from fouling. Large modern shipyards and small shipyards are increasingly integrating mobile robotic systems (MRS) into their technological processes, which help automate periodic scheduled maintenance operations for ship hulls. The analysis of various types of MRS capable of carrying out routine maintenance of ship hulls. It is worth noting that almost all developed and already actually used MRS can function either only in the air or only underwater environment, which imposes significant restrictions on their use. The few MRS that are able to work in various environments, for the most part, can only move on ferromagnetic surfaces, which also limits their use. Proposed for development a ship-based MRS, which could be used to clean the hulls of ships, regardless of the properties of the hull material, both in the air and underwater environment without the need for the ship to enter the port and place it in dry dock.
Article
Определение аэродинамических характеристик компоновочных вариантов экранопланов на стадии предварительного проектирования является весьма ресурсоемким процессом. Подходы к определению аэродинамических характеристик экраноплана можно классифицировать по двум категориям: на основе экспериментальных исследований и с использованием методов математического моделирования. Данная работа посвящена исследованию возможностей подхода к определению аэродинамических характеристик проектируемого экраноплана на основе связанного применения методов численного моделирования аэродинамики и машинного обучения. В работе построена математическая модель, с использованием которой возможно прогнозирование значений коэффициента подъемной силы и коэффициента сопротивления крыла в зависимости от формы крыла в плане, варианта исполнения законцовки и параметров установки крыла. Результаты апробации разработанной математической модели показывают удовлетворительное согласование с опорными данными. Представляется, что разработка представленной математической модели может способствовать повышению эффективности процесса проектирования экранопланов. Determining the aerodynamic characteristics of aircraft (LA) layout options at the preliminary design stage is a very resource-intensive process. Approaches to determining the aerodynamic characteristics of an aircraft can be classified into two categories: based on experimental studies and using mathematical modeling This work is devoted to the study of the possibilities of an approach to determining the aerodynamic characteristics of an aircraft based on the associated application of numerical aerodynamic modeling and machine learning methods. A mathematical model has been built in the work, using which it is possible to predict the values of the lift coefficient and the drag coefficient of the wing, depending on the shape of the wing in plan, the variant of the wingtip and the installation parameters of the wing. The results of approbation of the developed mathematical model show a satisfactory agreement with the reference data. It seems that the development of similar models can improve the efficiency of the design process and the quality of design solutions.
Article
Область применения турбин, имеющих проточную часть с критически малыми размерами из-за ограниченного массового расхода газа – приоритетное направление развития науки, техники и технологий в Российской Федерации, относится к так называемым критическим технологиям. Именно поэтому, мы полагаем, что результаты исследования, приведенные в статье, представляют большой интерес для конструкторов, участвующих в разработке турбин, массогабаритные свойства которых строго лимитированы. Цель настоящего исследования – разработать рекомендации для определения оптимального значения углов установки входных кромок лопаток рабочего колеса в зависимости от угла натекания потока на них, а также числа Маха при выходе из него газа, вычисленного по теоретическим параметрам. Впервые разработана математическая модель для прогнозирования показателя эффективности рабочих колес (коэффициент скорости), которая позволяет не только определять текущие значения коэффициента скорости в области проведенного исследования, но и выполнять оптимизационные вычисления. В работе применен феноменологический подход, включающий экспериментальные исследования и численный эксперимент. Основной результат настоящей статьи – получена математическая модель и определены оптимальные сочетания исследованных параметров, а также предпочтительное значение степени реактивности. Погрешности определения коэффициента скорости: 8,3 % (относительная) и 0, 051 (абсолютная). The field of application of turbines with flow part with critically small dimensions due to the limited mass flow rate of gas belongs both to the priority directions of development of science, engineering and technology in the Russian Federation, and to the critical technologies. In this regard, the results of the study presented in the article are of great interest for designers involved in the development of turbines, the mass-size properties of which are strictly limited. The aim is to develop recommendations for determining the optimum value of installation angles of inlet edges of impeller blades depending on the flow inlet angle and Mach number at the outlet, calculated according to theoretical parameters. The novelty can be attributed, developed a mathematical model for predicting the efficiency indicator of impellers (speed factor), which allows to determine (in the area of the study) not only the current values of the speed factor, but also to carry out optimization calculations. The work applies a phenomenological approach, including experimental research and numerical experiment. As a result of the work, a mathematical model and certain optimal combinations of the studied parameters, as well as the preferred value of the reactivity degree were obtained. The error in determining the rate coefficient is 8.3 % (relative) and 0, 051 (absolute).
Article
Комбинированные установки на базе газотурбинных двигателей (ГТД) и установок органического цикла Ренкина (ОЦР) наземного, морского и подводного базирования часто работают на переменных нагрузках в зависимости от условий эксплуатации. Поэтому необходимо оценить их энергоэффективность для различных схем ГТД, ОЦР и рабочих тел на частичных нагрузках при различных способах нагружения. Предметом рассмотрения в статье является исследование влияния схем микрогазотурбинных двигателей (МГТД), ОЦР и рода рабочего тела на эффективность комбинированных микрогазотурбинных установок. Показано, что наиболее эффективной комбинированной микрогазотурбинной установки для всех режимов нагружения и во всем диапазоне мощностей является комбинация МГТД на базе простого цикла с турбокомпрессорным утилизатором и регенерацией, а также регенеративной установки ОЦР. Установлено, что наиболее предпочтительным рабочим телом ОЦР для большинства схем ГТД является R-123. Combined units based on gas turbine engines (GTE) and Rankine organic cycle units (ROCU) of land, sea and submarine basing often operate at variable loads depending on the operating conditions. Therefore, it is necessary to evaluate their energy efficiency for different schemes of GTEs, ORC and working bodies at partial loads at different methods of loading. The subject of the article is a study of the influence of schemes of microgas turbine engines (MGTE), OTRs and the type of working body on the efficiency of combined microgasturbine plants. It is shown that the most efficient combined microgasturbine unit for all loading modes and in all power range is a combination of a simple cycle MGTE with a turbocharger utilizer and regeneration, as well as a regenerative ORC unit. It is established that the most preferable working body of the ORC for the majority of GTE schemes is R-123.
Article
В настоящее время процесс поиска морских судов небольшого водоизмещения не учитывает внешние факторы, специфичные для мелководья Арктической зоны РФ, например, непредсказуемость и изменчивость направления ветра, сложного характера течений и волнения моря, перемещения больших скоплений льда и т.д., которые оказывают существенное влияние на итоговый результат обнаружения объекта. На сегодняшний момент при планировании и реализации поисковых мероприятий морских судов малого водоизмещения аварийно-спасательные службы руководствуются регламентирующими международными документами по поиску и спасению на море, которые не позволяют обеспечить оптимальный вариант поиска, так как не учитывают климатических и гидрометеорологических особенностей мелководья Арктической зоны РФ, вызывающих дрейф судна по сложным и непредсказуемым траекториям. При этом усугубляющий фактор отсутствия на объекте технической возможности оповещения о своём местоположении не позволяет локализовать район поиска и делает поисковые мероприятия крайне затратными и малоэффективными. В статье приводятся результаты теоретического, модельного и экспериментального исследования особенностей дрейфа и поведения судов небольшого водоизмещения, терпящих бедствие на мелководье Арктической зоны РФ, и выявляются закономерности их поиска. Целью публикации является определение оптимального, научно обоснованного подхода к планированию поиска морских судов небольшого водоизмещения, в котором могут быть учтены особенности их поведения во время дрейфа на мелководье под влиянием различных гидрометеорологических факторов. Currently, the search process for small displacement vessels in the Arctic region of the Russian Federation does not take into account external factors specific to shallow waters, such as the unpredictability and variability of wind direction, complex ocean currents and waves, the movement of large ice floes, and so on, which significantly affect the final result of detecting the object. At present, when planning and implementing search and rescue operations for small displacement vessels, emergency services are guided by international regulations on search and rescue at sea, which do not provide an optimal search option, as they do not consider the climatic and hydrometeorological features of the Arctic zone of the Russian Federation, which cause the ship to drift along complex and unpredictable trajectories. Furthermore, the absence of technical means for alerting the ship's location exacerbates the problem, making search and rescue operations costly and inefficient. The article presents the results of theoretical, model, and experimental research on the characteristics of drift and behavior of small displacement vessels that are in distress in the shallow waters of the Arctic zone of the Russian Federation, and identifies the regularities of their search. The publication aims to develop an optimal, scientifically based approach to planning the search for small displacement vessels, which takes into account the peculiarities of their behavior during drift in shallow waters under the influence of various hydrometeorological factors.
Article
Применение современных методов передачи и анализа видеоизображений для решения задач мониторинга на морском транспорте, учитывая неоднородный характер морской поверхности − фона исследуемого изображения, является важной, актуальной и сложной задачей. В данной статье рассмотрены различные методы обнаружения границ морских объектов на изображениях, включая методы Прюитта, Робертса, Собеля и Кэнни. Рассматривая преимущества и недостатки каждого метода, авторы оценили эффективность этих алгоритмов в задаче распознавания морских объектов. Было проведено исследование на основе анализа результатов вычислительных экспериментов с использованием различных методов. Авторы установили, что метод Кэнни является наиболее точным и эффективным в обнаружении границ объектов на изображениях. В целом, данная работа может быть полезна для исследователей, работающих в области обработки изображений и компьютерного зрения, а также для разработчиков систем мониторинга за движением морских судов и других подобных приложений. Applying modern methods of video image transmission and analysis for solving monitoring tasks in maritime transport, taking into account the heterogeneous nature of the sea surface as the background of the analyzed image, is an important, relevant, and complex task. This article discusses various methods for detecting the boundaries of maritime objects in images, including the methods of Prewitt, Roberts, Sobel, and Canny. Evaluating the advantages and disadvantages of each method, the authors assessed the effectiveness of these algorithms in the task of recognizing maritime objects. Research was conducted based on the analysis of the results of computational experiments using different methods. The authors found that the Canny method is the most accurate and effective in detecting object boundaries in images. Overall, this work can be useful for researchers working in the field of image processing and computer vision, as well as for developers of systems for monitoring the movement of ships and other similar applications.
Article
В данной работе рассматривается влияние метеорологических условий в порту на эффективность работы морского терминала и флота, работающего по линейному расписанию. При проектировании морских портов влияние метеорологических условий закладывается в расчеты, чтобы обеспечить запас технических и технологических ресурсов на непредвиденные обстоятельства. Однако, при комплексном анализе взаимодействия морского порта и флота, когда необходимо определить эффективность работы каждой из систем при различном сочетании параметров, такой подход невозможен. В моделях подобного рода необходимо узнать, как метеорологические факторы повлияют на время работы морского флота и на эффективность использования технических и технологических ресурсов морского порта. В работе доказывается, что метеорологические факторы имеют существенное влияние на вместимость склада морского порта, а также на качество сервиса, предоставляемого линейным оператором. Исследование взаимодействия морского порта и флота становится актуальным в связи с развитием морских портов в Арктике, где влияние метеорологических условий имеет огромную роль. Вместе с тем, неопределенность сочетания этих условий требует внесения дополнительных корректировок в принимаемые решения. В работе приводится одна из моделей взаимодействия морского порта и флота, которая может быть использована для оценки времени обработки судов в порту при различных характеристиках терминала и различных метеорологических условиях, а также для оценки необходимых технических и технологических характеристик морского порта. Авторы доказывают, что модель может быть использована для определения параметров терминала, а также для определения необходимого количества судов, работающих по линейному расписанию. The current paper considers the influence of meteorological factors in a port on the effectiveness of sea terminal and fleet effectiveness. Particularly, the linear shipping is taken into account. The methods of seaports’ design include the influences of meteorological conditions as coefficients in order to provide sufficient reserve of technical and technological resources. However, when the complex analysis of interactive seaports and shipping fleet is provided and it is necessary to define the effectiveness of each system effectiveness, such approach is unreliable. In the models of such type, it is necessary to reveal how the meteorological factors influence the time of sea fleet activity and the effectiveness of utilization of technical and technological resources of sea port. The authors prove that the meteorological factors can significantly influence a sea terminal capacity and the quality of linear shipping service. The research of interactive port and fleet become actual with the development of Artic ports infrastructure, where the influence of meteorological conditions plays a great role. At the same time, the uncertainty of the combinations of this condition requires additional correctives in the decisions. The paper reviews of such models of interaction of seaport and fleet, which can be used to evaluate the service time of ships in different meteorological conditions and in the port with different technical parameters, and also to evaluate the necessary technical and technological characteristics of seaport. Authors shows that the model can be used to define sea terminals’ parameters and also to define the necessary number of linear ships.
Article
В статье обосновывается необходимость создания системы автоматического контроля и обнаружения нарушителей правил использования голосовых каналов связи для УКВ радиоустановок ГМССБ и УКВ радиостанций для 16-го канала связи в морской подвижной службе. Для УКВ-маркера судна нарушителя обосновывается выбор в качестве идентификатора судна позывного сигнала (как приоритетного) или MMSI номера. При этом учтены все существующие варианты сочетаний букв и цифр в позывных сигналах для мирового флота. Для создания УКВ-маркеров выбрана трёхзначная логика Клини в двадцатисемиричном представлении в виде тритов. Предложено электронное представление тритов в виде двухполярной логики. Предложен простейший радиокомпонент в виде набора предохранителей для прошивки одиночного трита и принципиальная электрическая схема для прошивки всех тритов, составляющих УКВ-маркер судна. Предложено представление тритов в радиоканале в виде девяти тонов на базе технологии системы кодового шумоподавления с непрерывным тоном (CTCSS), транслируемого вместе с голосовым сигналом. Оценивается возможный результат работы системы автоматического контроля и обнаружения нарушителей использования голосовых каналов, если в качестве кодера/декодера CTCSS применить микросхему CMX808A (от компании CML Microcircuits). The necessity of creating a system of automatic control and detection of violators of the rules for the use of voice communication channels is substantiated for VHF GMDSS radio installations and VHF radio stations for channel 16 in Maritime Mobile Service. For the VHF marker of the intruder's vessel, the choice is justified as Call Sign (as a priority) or MMSI. At the same time, all existing variants of combinations of letters and numbers in call signs for the world fleet are taken into account. To create VHF markers, the three-digit logic of the Kleene is selected as trits in heptavintimal notation. Electronic representation of trits in the form of bipolar logic is proposed. The simplest radio component is proposed in the form of a set of fuses for memorizing a single trit and the schematic diagram for the firmware of all trits, combined in completed VHF marker, is proposed too. The representation of trits in the radio channel in the form of nine tones is proposed on the base of Continuous Tone Coded Squelch System (CTCSS) technology. These tones are broadcast together with the voice signal. The expected result of the system of automatic detection of violators of the use of voice channels is evaluated, if a chip CMX808A (produced with CML Microcircuits) is used as a CTCSS encoder/decoder as a key of system.
Article
Статья посвящена решению одной из важных задач прикладной газовой динамики – повышению энергетической эффективности сопловых аппаратов, в которых сопла установлены под углами менее 9° (а именно от 5 до 9°) для увеличения дуги подвода газа к лопаткам рабочего колеса. Качество преобразования энергии в сопловых аппаратах (особенно при сверхкритических разностях энтальпии) оказывает решающее влияние на уровень КПД турбины в целом, именно поэтому целью настоящей работы стал поиск возможности увеличить коэффициент скорости сопловых аппаратов (отношение фактической скорости потока при выходе последнего из сопел к максимально возможной – теоретической скорости). Работа опирается на возможности математического моделирования газодинамических процессов, исходные данные – результаты физического эксперимента. Исследуемая функциональная зависимость приведена в виде формализованной математической регрессионной модели коэффициента скорости соплового аппарата как функции от следующих факторов: степень расширения сопла (отношение площадей – выходной к критической); угол установки сопел; угол выполнения входных кромок лопаток рабочего колеса; число Маха, вычисленное по теоретическим параметрам; приведенная окружная скорость. Такое представление результатов позволяет проводить численный анализ и физическую интерпретацию комплексной оценки влияния на коэффициент скорости сопловых аппаратов в зависимости от изучаемых факторов и выполнять оптимизационные расчеты. The paper is devoted to solving one of the important problems of applied gas dynamics to increase the energy efficiency of nozzle apparatuses with nozzles installed at angles less than 9° (namely from 5° to 9°) to increase the gas supply arc to the impeller blades. Given the decisive importance on the efficiency of turbines, the quality of energy conversion in nozzle apparatuses (especially at supercritical differences in enthalpy), the work is aimed at obtaining the possibility of increasing the nozzle apparatus speed factor (the ratio of the actual flow velocity at the last exit from nozzles to the maximum possible – theoretical speed). The work is based on the possibilities of mathematical modeling of gasdynamic processes, the initial data for which are the results of physical experiment. The investigated dependences are given in the form of formalized mathematical regression model of nozzle velocity coefficient type function depending on the following factors – nozzle expansion degree (ratio of areas – outlet to critical); nozzle installation angle; angle of inlet edges of impeller blades; Mach number, calculated from theoretical parameters; dimensionless circumferential velocity. Such presentation of the results allows numerical analysis and physical interpretation of the complex evaluation of the effect of the studied factors on the coefficient of velocity, and to carry out optimization calculations.
Article
Движение водоизмещающего судна по курсу в линейных районах и акваториях внутренних водных путей (ВВП) осуществляется обычно в стесненных навигационных условиях (СНУ). К ним, например, относятся участки с регулируемым движением и всевозможные помехи. В силу наличия таких ограничений движению судна по курсу судоводитель должен уметь в сжатые промежутки времени, на коротких дистанциях принимать решения, обусловливаемые текущей эксплуатационной ситуацией. Ошибочное прогнозирование траектории движения судна с последующим принятием не вполне корректного решения может привести к нештатным ситуациям таким, как посадка судна на мель, касание затопленных предметов, навал, столкновение с гидротехническими сооружениями и т.п. Один из возможных путей совершенствования способов управления движением судна по курсу в СНУ заключается в реализации технологии дополненной реальности при отображении на мониторе ходового мостика в реальном масштабе времени прогнозной траектории движения судна вкупе с цифровым двойником видимой панорамы текущей судоходной обстановки. Статья посвящена обсуждению такого подхода, реализованного на основе теоретического исследования, последующей разработки модельно-алгоритмического обеспечения и его экспериментального апробирования. The movement of a displacement vessel along the course in linear areas and waters of inland waterways (IWW) is usually carried out in cramped navigation conditions (CNC). These, for example, include areas with controlled traffic and all kinds of interference. Due to the presence of such restrictions on the movement of the vessel along the course, the navigator must be able to make decisions in short periods of time, at short distances, due to the current operational situation. Erroneous prediction of the trajectory of the vessel, followed by the adoption of an incorrect decision, can lead to abnormal situations such as stranding, touching submerged objects, bulk, collision with hydraulic structures. One of the possible ways to improve the methods of controlling the movement of the vessel along the course in the CNC is to implement augmented reality technology when displaying on the monitor of the navigation bridge in real time the forecast trajectory of the vessel, coupled with a digital double of the visible panorama of the current navigational situation. The article is devoted to the discussion of such an approach, implemented on the basis of theoretical research, subsequent development of model-algorithmic support and its experimental testing.
Article
Одной из классических задач гидромеханики является задача Кармана о течении жидкости, вызываемом вращением в ней диска бесконечного радиуса. В настоящее время известны расширенные постановки данной задачи с учетом специфических свойств жидкости и ее поведения на границах потока. В данной работе рассмотрена задача Кармана в случае действия в жидкости массовых сил произвольной природы. Метод расчета этого течения предполагает задание в качестве исходных данных распределения массовых сил вдоль оси вращения диска. Задача решается в осесимметричной постановке, при этом распределение характеристик течения по радиусу определяется аналогично задаче Кармана. Особенностями разработанного метода являются переход к новой переменной, что позволило решать систему уравнений на конечном интервале, а так же применение метода математического программирования для решения краевой задачи. Разработанный метод был оттестирован на примерах классической задачи Кармана, и ее расширенной постановки Бэтчелора, в которой присутствует закрутка потока на бесконечности. Показана высокая точность получаемого решения. Метод был применен для нахождения решения в условиях действия массовых сил вблизи поверхности диска. One of the classical hydromechanics problems is the Karman problem about the flow caused by the rotation of infinite radius disk in a fluid. Currently, extended formulations of this problem are known, taking into account the specific properties of the fluid and its behavior at the flow boundaries. In this paper, the Karman problem is considered in the case of the mass forces of arbitrary nature acting in a liquid. The calculation method of this flow assumes specifying the distribution of mass forces along the axis of disk rotation as initial data. The problem is solved in an axisymmetric formulation. Flow characteristics distribution along the radius determines similar to the Karman problem. The features of the developed method are the transition to a new variable, as well as the use of a mathematical programming method to solve a boundary value problem. The new variable made it possible to solving a system of equations on a finite interval. The developed method was tested by the classical Karman and Batchelor problems. The Batchelor problem is an extended formulation of Karman problem, in which there is a twist of the flow at infinity. The high accuracy of the obtained solution is shown. The method was applied to find a solution under the conditions of the mass forces action near the disk surface.
Article
В настоящей статье рассматривается развитие параметрического метода проектирования малых судов, основанного на комбинированном анализе главных размерений, объемов и площадей, нагрузки масс, пропульсивных качеств, мореходности и строительной стоимости судна. В отличие от других методик, использованы уточненные методы оценки потребной мощности на основе систематических серий и регрессионных методов. Рассмотрен уточненный метод анализа массы конструкции на основе статистических данных по проектам однокорпусных судов и катамаранов из алюминиевых сплавов и композиционных материалов. Обоснована связь размерений малых рекреационных судов с их обитаемостью и пассажировместимостью. Компоновка судов рассматривается в контексте ограничений, накладываемых малым размеров судов, а также требованиями к обитаемости и безопасности. Затронуты вопросы необходимости включения уравнений остойчивости, непотопляемости и прочности в параметрическую модель. Предложен алгоритм параметрического метода и Разработана программа ParametricDesign, предназначенная для оценки характеристик судов на ранних стадиях проектирования. Представлены результаты применения параметрического подхода для решения задач практического проектирования для различных малых судов. The article discusses the development of a parametric method for designing small vessels based on a combined analysis of the main dimensions, volumes and areas, mass loading, propulsive parameters, seakeeping ability, and construction cost of the vessel. Unlike other methods, an improved method of estimating the required power based on systematic series and regression methods is used in this paper. It involves an analysis of the vessel’s mass based on statistical data on the construction of single-hull vessels and catamarans made of aluminum alloys and composite materials. The relationship between the dimensions of small recreational vessels and their habitability and passenger capacity is substantiated. The layout of ships is considered in the context of the limitations imposed by their small size, as well as the requirements for habitability and safety. The issues of the need to include the equations of stability, unsinkability, and strength in the parametric model are discussed. An algorithm of the parametric method is proposed and a computer program “ParametricDesign” is developed to evaluate the characteristics of ships at the early stages of their design. The results of applying a parametric approach to solving practical design problems for various small vessels are reported.
Article
Full-text available
Работа посвящена задаче демпфирования бортовой качки. Обсуждаются особенности современных датчиков качки, а также средств управления (демпфирования) качки. На примере бортовых рулей показаны особенности динамики приводов. На математической модели качки судна, оборудованного бортовыми рулями, с полигармоническим волновым возмущением подробно исследуется ПД-регулятор демпфирования качки (на примере скоростного катера), анализируется качество демпфирования волнового возмущения при различных значениях коэффициентов регулятора. Проведен анализ изменения качества демпфирования качки при уменьшении быстродействия привода бортовых рулей. Проведен анализ изменения качества демпфирования при транспортном запаздывании измерений качки. Строится оптимальный линейно-квадратичный регулятор состояния второго порядка, приводится корневой годограф замкнутой системы при изменении весовых матриц. Помимо регулятора состояния (ПД-регулятора) строится также динамический робастный к возмущению регулятор. Описывается современный робастный подход к синтезу регуляторов качки, введение частотно-зависимых весовых множителей как способ в частности учета спектра возмущающего воздействия при помощи частотно-зависимых весовых множителей и преобразование объекта. Строятся частотные характеристики по возмущению при различных параметрах робастного регулятора, настроенного на подавление волнового воздействия с колоколообразным спектром. The paper is devoted to the problem of roll damping. The features of modern motion sensors, as well as roll damping actuators are discussed. On the example of fin stabilizers, the features of the dynamics are shown. On the mathematical model of rolling of a vessel equipped with fin stabilizers with a polyharmonic wave disturbance, the PD-regulator of the roll damping is studied in detail (using the example of a high speed craft), the quality of the damping of the wave disturbance at different values of the regulator coefficients is analyzed. The analysis of changes in the quality of roll damping with a decrease in the maximal angular rate of the fin stabilizers actuators is carried out. The analysis of the change in the quality of damping during the transport delay of motion measurements is carried out. An optimal linear-quadratic state controller of the second order is constructed; a root hodograph of a closed system is given when the weight matrices change. In addition to the state controller (PD-controller), a dynamic robust to the disturbance controller is also being built. A modern robust approach to the synthesis of rolling control law is described, the introduction of frequency-dependent weight multipliers as a way, in particular, to account for the spectrum of wave disturbance using frequency-dependent weight multipliers, the transformation of the plant. The frequency characteristics of the perturbation are constructed for various parameters of a robust controller configured to suppress wave action with a bell-shaped spectrum disturbance.
Article
Использование и производство кристаллических материалов в качестве лазерных створов для судовой навигации и кристаллических электроизоляционных материалов требует систематического изучения их состояния. Водородные связи оказывают большое влияние на структуру и рабочие свойства материала. Поэтому исследование трансляционной диффузии протонов в кристаллах с водородными связями и неразрушающих методов их диагностики является актуальной проблемой. Целью работы является разработка неразрушающего метода исследования качества и состояния кристаллических материалов и адгезивных соединений материалов с водородными связями. В работе исследовано влияние ультразвуковых колебаний на диэлектрические потери и электропроводность кристаллических материалов, в частности мусковита и гидросиликата магния. Кроме того, исследованы кристаллы иодата лития α-LiIO3 гексагональной модификации, широко используемых в лазерных технологиях, в частности в лазерных маяках и створах для проводки судов. Методами исследования являются изучение частотных спектров удельной электропроводности и диэлектрических потерь в условиях ультразвукового воздействия. Установлено, что при одновременном воздействии ультразвуковых колебаний, высокочастотного электрического поля и температуры происходит сильное поглощение квантов ультразвуковых колебаний. Показано, что при этом ширина потенциального барьера периодически уменьшается на 3…5 %, происходит его пульсация и туннелирование протонов становится более вероятным. Представленные результаты позволили разработать неразрушающий метод диагностики качества кристаллических материалов и их адгезивных соединений как при их изготовлении, так и в условиях эксплуатации. В результате время исследования материалов сокращается с 14…28 суток (по ГОСТР МЭК 60811-1-3-2007) до одного часа. The use and production of crystalline materials as laser gates for ship navigation and crystalline electrical insulating materials requires a systematic study of their condition. Hydrogen bonds have a great influence on the structure and working properties of the material. Therefore, the study of translational proton diffusion in crystals with hydrogen bonds and non-destructive methods of their diagnostics is a topical problem. The purpose of this work is to develop a non-destructive method for studying the quality and state of crystalline materials and adhesive joints of materials with hydrogen bonds. In this work we investigated effect of ultrasonic vibrations on dielectric loss and electric conductivity of crystalline materials, in particular muscovite and magnesium hydrosilicate. In addition, lithium iodate α-LiIO3 crystals of hexagonal modification widely used in laser technologies, in particular, in laser beacons and laser gates for ship navigation were investigated. The methods of research are the study of frequency spectra of specific conductivity and dielectric losses under conditions of ultrasonic influence. It has been found that under simultaneous effect of ultrasonic vibrations, high-frequency electric field and temperature the quanta of ultrasonic vibrations are strongly absorbed. It is shown that the width of the potential barrier periodically decreases by 4…5 %, its pulsation occurs, and proton tunneling becomes more probable. The presented results made it possible to develop a nondestructive method for diagnosing the quality of crystalline materials and their adhesive bonding both at manufacturing and under operating conditions. As a result, the time of examination of materials is reduced from 14…28 days (according to GOST 12175-90) to one hour.
Article
The craft by Wing In Ground effect (WIG) is considered as one of the future high speed vessel on seaway. As well known, the lift of the wing advancing over the rigid surface becomes larger than the case of the wing in infinite air field by the ground effect. In the present investigation, the free surface effect on aerodynamic characteristics of WIG is computed by means of boundary element techniques. The air flow field around WIG is analyzed by the panel method, and interactions between WIG and the free surface are represented as pressure distributions acting on the free surface by this method. In order to analyze the wave making phenomena caused by the pressure distributions on the water surface, Rankine source method is employed, in which the linearized free surface condition is imposed on the still water surface. The interaction problem between WIG and the free surface can be solved by the interative procedure based on the panel method for the air flow field and Rankine source method for water flow field. From results of these computations, the free surface effect on aerodynamic characteristics of WIG can be clarified.
Chapter
As mentioned in the Introduction, asymptotic analysis can be applied directly to the integral equation of the lifting surface in the ground effect. Essentially, in the extreme ground effect, we study the limiting process, when the distance between two double (vortex) layers, representing the wing and its mirror image, becomes vanishingly small. In the limit, the two double layers merge into a quadruple layer so that the procedure can be characterised as quadruplication.1 The main result of quadruplication is the confluence (for h → 0) of the integral equation of the wing-in-ground effect into a differential equation (ordinary for two-dimensional flow, and in partial derivatives for three-dimensional flow). The resulting differential equation can be shown to be identical to that, obtained in the course of solving the corresponding boundary problem by the method of matched asymptotic expansions. The quadruplication approach in the aerodynamics of wings in the ground effect was first introduced by Panchenkov [64]. In what follows, all derivations will be based on a different scheme of quadruplication proposed in [66].
Article
A numerical simulation of steady and unsteady ground effects is developed. The simulation is based on the general unsteady vortex-lattice method and is not restricted by planform, angle of attack, sink rate, dihedral angle, twist crosswind, etc., as long as stall does not occur. The present computed results are generally in close agreement with limited exact solutions and experimental data. The present results show the influence of various parameters on the aerodynamic coefficients for both steady and unsteady flows. Generally, the aerodynamic coefficients increase with proximity to the ground, the greater the sink rates the greater the increases. Increasing the aspect ratio increases both the steady and unsteady ground effects for both rectangular and delta planforms. The steady ground effect increases the rolling moment and the side force.
Article
The longitudinal stability characteristics of a Wing-In-Ground (WIG) effect craft are quite different from those of the conventional airplane due to the existence of force and moment derivatives with regard to height. These stability characteristics play an important role in designing a safe and efficient WIG due to its potential danger in sea surface proximity. The static and dynamic stability criteria are derived from the motion equations of WIG in the framework of small disturbance theory and discussed in this paper. The static and dynamic stability analyses of a 20-passenger WIG are conducted based on wind tunnel test data, and dynamic motion behaviors are investigated for changes in design parameters. Finally, the flying quality of the 20-passenger WIG is analyzed at cruising conditions according to the military regulations.
Article
The flow characteristics over a symmetrical airfoil––NACA 0015––are studied experimentally in a low speed wind tunnel. The pressure distribution on the airfoil surface was obtained, lift and drag forces were measured and mean velocity profiles were obtained over the surface. The wake region was also explored in detail and measurements of mean velocity and turbulence intensities were performed at two stations downstream of the trailing edge. Experiments were carried out by varying the angle of attack, α, from 0° to 10° and ground clearance of the trailing edge from the minimum possible value to one chord length. It was found that high values of pressure coefficient are obtained on the lower surface when the airfoil is close to the ground. This region of high pressure extended almost over the entire lower surface for higher angles of attack. As a result, higher values of lift coefficient are obtained when the airfoil is close to the ground. The flow accelerates over the airfoil due to flow diversion from the lower side, and a higher mean velocity is observed near the suction peak location. The pressure distribution on the upper surface did not change significantly with ground clearance for higher angles of attack. The upper surface suction causes an adverse pressure gradient especially for higher angles of attack, resulting in rapid decay of kinetic energy over the upper surface, leading to a thicker wake and higher turbulence level and hence a higher drag. The lift was found to drop at lower angles of attack at some values of ground clearance due to suction effect on the lower surface as the result of formation of a convergent–divergent passage between the airfoil and the ground plate. For the angle of attack of 12.5°, a very thick wake region was observed and higher values of turbulence intensity were recorded.
Article
The Royal Australian Navy (RAN) is investigating the development of high speed craft to meet the Australian defence needs of the coming century. The Maritime Platform Division of the Aeronautical and Maritime Research Laboratory, DSTO has been tasked with the investigation of various high speed craft. As a part of this investigation, The Sir Lawrence Wackett Centre for Aerospace Design Technology, RMIT has been tasked with the provision of this report addressing the current state of wing in ground effect craft. This report provides the theory of the efficiency of wings operating in ground effect and the historical background to the development of WIG craft. The report also attempts to outline the performance characteristics of WIG craft and the operational limitations that might be found on developed WIG craft. A quantity of experimental and operational data is also provided, although little independent data is available for full sized operational craft. Practical applications of WIG craft have been actively researched and developed since the early 1960's, yet in that period these craft have not reached acceptance as mainstream transport vehicles in either civilian or military applications. No single reason for this failure to develop is obvious. While there are some technical difficulties to overcome, none of these appears insurmountable and while there are some operational limitations, they are not so severe that these craft could not find useful operational niches. WIG craft have been championed on the basis that they are more efficient than equivalent aircraft and quicker than equivalent marine vessels. The efficiency argument is somewhat speculative. While theoretically an improvement in efficiency is gained by flying in ground effect, this efficiency is reduced by design compromises required of the WIG craft. Such compromises include strengthened hull structures, reduced aspect ratios and larger control forces. The degree to which total efficiency is improved can only be determined by the direct comparison of optimised designs of equivalent WIG and aircraft. Only through such a comparison would the value of the improved efficiency and the cost of gaining this efficiency be determined. The speed advantage of WIG craft over conventional marine vessels may well provide the reason for considering WIG craft for particular applications. WIG craft can be developed to travel at significantly faster speeds than the equivalent marine vessels. There may well be applications for marine vessels where the speed of the vessel is the most critical specification. The limitations of the vehicle are primarily concerned with sea state. Landing and take off of WIG craft is limited to relatively small sea states and cruise over high sea states, while possible, is relatively inefficient. Other disadvantages are primarily concerned with the operation of aircraft structures in marine environments. Along with the use of exposed engines, corrosion on load bearing light weight structures will demand a relatively high maintenance cost. Stability and control, aerodynamics analysis and systems are all areas that have provided difficulties to the designers of WIG craft. These difficulties have been overcome by recent developments in the aviation field. It is also considered that the technology available in these fields is more than adequate for use on WIG craft. Research into take off aids has the potential to reduce the sea state limitations on WIG craft. This area of research is likely to provide the most important contributions to the reduction of these limitations. Other areas in which further research is required are propulsion, hull load determination and sensors. The use of exposed engines in the highly corrosive marine environment carries a high maintenance cost and reduced reliability. The accurate determination of hull loads in the takeoff and landing phases would lead to more efficient structural design. Increased safety and better cruise performance may well flow from accurate sensors detecting sea state, altitude and obstacles. This research would primarily involve the adaptation of current technology to the special requirements of WIG craft. There are no apparent technological barriers to the successful design, manufacture and operation of WIG craft. It has long been recognised that flight close to a boundary surface is more aerodynamically efficient than flight in the freestream. This has led to the design and construction of craft specifically intended to operate close to the ground and fly 'in ground effect'. A great range of Wing in Ground effect craft (WIGs) have been manufactured ranging from 2 seat recreational vehicles to 500 tonne warcraft. Despite this WIGs have never enjoyed great commercial or military success. The Martitime Platform Division of DSTO commissioned the Sir Lawrence Wackett Centre for Aerospace Design Technology to conduct a design review of WIG craft. This review considers all elements of WIG design and operation, including performance, limitations, control, stability, operational requirements, regulation, manufacture and a technological risk. The review highlights the research required to overcome the weaknesses of WIG craft, the advantages that they may offer and the possible uses of WIG craft in the Australian military. DGCA
Article
An investigation has been made to determine the effect of ground proximity on the aerodynamic characteristics of aspect-ratio-1 airfoils. The investigation was made with the model moving over the water in a towing tank in order to eliminate the effects of wind-tunnel walls and of boundary layer on ground boards at small ground clearances. The results indicated that, as the ground was approached, the airfoils experienced an increase in lift-curve slope and a reduction in induced drag; thus, lift-drag ratio was increased. As the ground was approached, the profile drag remained essentially constant for each airfoil. Near the ground, the addition of end plates to the airfoil resulted in a large increase in lift-drag ratio. The lift characteristics of the airfoils indicated stability of height at positive angles of attack and instability of height at negative angles; therefore, the operating range of angles of attack would be limited to positive values. At positive angles of attack, the static longitudinal stability was increased as the height above the ground was reduced. Comparison of the experimental data with Wieselsberger's ground-effect theory (NACA Technical Memorandum 77) indicated generally good agreement between experiment and theory for the airfoils without end plates.
Article
A wind-tunnel investigation has been conducted to determine the effect of ground proximity on the aerodynamic characteristics of thick highly cambered rectangular wings with aspect ratios of 1. 2, 4, and 6. The results showed that, for these aspect ratios, as the ground war, approached all wings experienced increases in lift-curve slope and reductions in induced drag which resulted in increases in lift-drag ratio. Although an increase in lift-curve slope was obtained for all aspect ratios as the ground was approached, the lift coefficient at an angle of attack of 0 deg for any given aspect ratio remained nearly constant. The experimental results were in general agreement with Wieselsberger's ground-effect theory (NACA Technical Memorandum 77). As the wings approached the ground, there was an increase in static longitudinal stability at positive angles of attack. When operating in ground effect, all the wings had stability of height at positive angles of attack and instability of height at negative angles of attack. Wing-tip fairings on the wings with aspect ratios of 1 and 2 produced small increases in lift-drag ratio in ground effect. End plates extending only below the chord plane on the wing with an aspect ratio of 1 provided increases in lift coefficient and in lift-drag ratio in ground effect.
A study on the conceptual design of wing in surface effect ships
  • T Fuwa
  • N Takanashi
  • N Hirata
  • A Kakugawa
Fuwa T, Takanashi N, Hirata N, Kakugawa A (1995) A study on the conceptual design of wing in surface effect ships. In: Proc 6th int symp on practical design of ships and mobile units, Society of Naval Architects of Korea, Seoul, Korea, 17–22 Sept 1995, pp 1735–1746
Aerodynamic design procedure and results of the development of commercial WIG craft
  • T Kuehmstedt
Kuehmstedt T (1996) Aerodynamic design procedure and results of the development of commercial WIG craft. In: Proc workshop on ekranoplans and very fast craft, The University of New South Wales, Sydney, Australia, 5–6 Dec 1996, pp 20–37
Development of a wing in ground effect craft marine slider: μ-SKY 1 as a high speed marine boat
  • S Kubo
  • T Matsuoka
  • T Kawamura
Kubo S, Matsuoka T, Kawamura T (1990) Development of a wing in ground effect craft marine slider: l-SKY 1 as a high speed marine boat. In: 4th Pacific Congr on Marine Sciences and Technology, Tokyo, Japan, 16–20 July 1990, 11:220–227
Summary of the construction of the first commercial Ekranoplan, Amphistar. In: Proc workshop on ekra-noplans and very fast craft, The University of New South Wales
  • Sinitsyn
  • Dn
Sinitsyn DN (1996) Summary of the construction of the first commercial Ekranoplan, Amphistar. In: Proc workshop on ekra-noplans and very fast craft, The University of New South Wales, Sydney, Australia, 5–6 Dec 1996, pp 146–151
Preliminary design of a 20 passenger PARWIG craft and construction of a 1/10 scale radio controlled model
  • Chang Ch Paik
  • Kj
  • Chang
  • Si
Chun HH, Chang CH, Paik KJ, Chang SI (1997) Preliminary design of a 20 passenger PARWIG craft and construction of a 1/10 scale radio controlled model. In: Proc FAST'97, Sydney, Australia, July 1997, pp 513–519
Wind tunnel test results for eight and twenty passenger class wing in ground effect ships
  • Shin
  • Yang Si Ms
  • Joo
  • Yc
  • Kim
  • Sk
  • Bae
  • Ys
  • Kim
  • Jh
  • Chun
  • Hh
Shin MS, Yang SI, Joo YC, Kim SK, Bae YS, Kim JH, Chun HH (1997) Wind tunnel test results for eight and twenty passenger class wing in ground effect ships. In: Proc FAST'97, Sydney, Australia, July 1997, pp 565–570
Russian Ekranoplans. In: Proc workshop on twenty-first century flying ships
  • Kirillovikh
  • Vn
Kirillovikh VN (1995) Russian Ekranoplans. In: Proc workshop on twenty-first century flying ships, Sydney, Australia, Nov 1995, pp 71–117
Summary of the construction of the first commercial Ekranoplan, Amphistar
  • D N Sinitsyn
Preliminary design of a 20 passenger PARWIG craft and construction of a 1/10 scale radio controlled model
  • H H Chun
  • C H Chang
  • K J Paik
  • S I Chang
Wind tunnel test results for eight and twenty passenger class wing in ground effect ships
  • M S Shin
  • S I Yang
  • Y C Joo
  • S K Kim
  • Y S Bae
  • J H Kim
  • H H Chun