Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета

Актуальность. Информационно-управляющие системы (ИУС) играют ключевую роль в обеспечении эффективной поддержки управленческих решений на всех уровнях организационной иерархии. Особенно актуально это для капитанов и руководителей, которым необходимо оперативно получать, обрабатывать и распределять информацию в процессе планирования и контроля.

Цель работы — анализ особенностей функционирования ИУС на кораблях и разработка математической модели, позволяющей проводить углублённый расчёт систем на стадии исследовательского проектирования.

Методы. Использованы методы анализа международного опыта проектирования и эксплуатации ИУС, а также математического моделирования с возможностью проведения компьютерных экспериментов.

Результаты. Выделены три уровня управленческой деятельности — стратегический, тактический и оперативный — для каждого из которых определены требования к информации. Описаны принципы архитектуры и технические характеристики ИУС, важность участия пользователей в проектировании, необходимость обучения персонала и оптимизации затрат. Разработана математическая модель, позволяющая проводить компьютерные эксперименты, подтверждающие эффективность проектных решений.

Выводы. Эффективность ИУС напрямую зависит от правильного отбора информации, участия пользователей в проектировании и подготовки персонала. Представленная модель демонстрирует практическое применение теоретических подходов в реальных условиях и может служить основой для дальнейшего совершенствования ИУС на кораблях.

Актуальность. Научно-исследовательские суда оснащены разнообразными лебедками, предназначенными для выполнения широкого спектра задач. В связи с этим возникает потребность в их проектировании и расчетах. На практике наиболее актуальными являются две основные задачи:

1. Определение конфигурации кабель-троса и глубины погружения подводного объекта (ПО) при заданной длине кабель-троса.
2. Определение длины кабель-троса, необходимой для обеспечения заданной глубины погружения ПО.

При расчетах учитываются параметры профиля течения и скорости буксировки подводного объекта. На первых стадиях (построение физической и математической моделей) для решения обеих задач применяется известный в теории корабля подход, базирующийся на «обращении движения», т. е. вместо рассмотрения движения объекта в жидкости мы рассматриваем обтекание жидкостью объекта. Поскольку процесс буксировки ПО происходит с постоянной скоростью, то в этом случае механическая система, состоящая из кабеля-троса и ПО, представляет собой систему с распределенными параметрами. Это указывает на наличие у системы бесконечного числа степеней свободы. Положение равновесия этой механической системы неизвестно. Необходимо определить его.

Цель работы — расчет конфигурации гибкого кабель-троса при буксировке подводного объекта по течению заданного профиля с использованием численных методов и вычислительной техники.

Объект исследования — гибкий кабель-трос с прикрепленным ПО.

Предмет исследования — механическая система с большим числом степеней свободы, для определения конфигурации которой предложен расчетный алгоритм и разработана программа расчета.

Актуальность. В настоящее время в судостроительной отрасли большой интерес представляет автоматизация процесса проектирования корпусных конструкций. Разработка и развитие отечественных систем автоматизированного проектирования конструкции корпуса транспортных судов, военных кораблей, плавучих сооружений и в том числе плавучих доков, являются одними из наиболее перспективных и приоритетных задач. Применение оптимизационно-поисковых процедур при проектировании корпусных конструкций позволяет формализовать проблему автоматизированного принятия решения и обеспечивает получение заданных характеристик конструкции — минимальную массу, трудоемкость изготовления или стоимость в зависимости от постановки задачи.

Цель работы. Постановка и решение задачи проектирования конструкций корпуса плавучего дока по требованиям к прочности и устойчивости при общем продольном изгибе. В соответствии с методологией автоматизированного параметрического проектирования судовых конструкций, разработанной на кафедре Конструкции и технической эксплуатации судов СПбГМТУ, и принятой в качестве основы при разработке систем автоматизированного проектирования конструкций судов и других инженерных сооружений, рассматриваемая задача относится к задачам проектирования конструкций плавучего дока верхнего иерархического уровня.

Материалы и методы. Предполагается, что на предыдущих этапах более низкого уровня реализованы процедуры проектирования конструкций по требованиям к минимальным толщинам, местной прочности, прочности и устойчивости конструкций понтона при его общем изгибе. В качестве нормативного технического документа, регламентирующего требования к общей прочности и устойчивости, используются Правила Российского морского Регистра судоходства (РМРС). Структура требований Правил к конструкциям корпуса плавучего дока такова, что для решения рассматриваемой задачи необходимо применять итерационные поисковые процедуры. Для решения задачи предлагается использовать аппарат математического программирования.

Результаты. В настоящей задаче качестве целевой функции принимается математическая зависимость площади сечения эквивалентного бруса от варьируемых параметров. Вектор варьируемых переменных определяет требуемые добавки к начальным значениям толщин тех листовых конструкций, которые наиболее эффективно влияют на характеристики общей прочности корпуса дока. Предел текучести материала этих листовых конструкций также может быть включен в состав варьируемых параметров. Ограничения задачи формируются на основе конструктивных соображений и требований Правил РМРС. Ограничения-равенства позволяют получить решение задачи при некотором фиксированном значении выбранного варьируемого параметра. В виде ограничений-равенств могут быть представлены зависимости, позволяющие автоматически корректировать требуемые толщины листов конструкций, примыкающих к конструкциям, формирующим пояски эквивалентного бруса, или условие, фиксирующее значение предела текучести. Ограничения-неравенства формируются на основе соответствующих требований к общей прочности и устойчивости Правил РМРС.

Заключение. Апробация описанной задачи демонстрируется на примерах проектирования конструкций монолитного дока грузоподъемностью 12 000 т и понтонного дока грузоподъемностью 29 300 т. Показана эффективность предлагаемого метода решения задачи и возможность использования инструмента «Поиск решения» программного комплекса MS Excel.

Актуальность. С усложнением газотурбинных установок получили распространение методы обработки результатов испытаний газотурбинных двигателей, основанные не на принципах подобия, а на использовании математических моделей газотурбинных двигателей и карт климатических характеристик. При этом сложилось мнение, что методы, основанные на приведенных параметрах, устарели или имеют ограниченное применение только для газотурбинных двигателей простейших конструкций. В настоящей работе показано, что выводы теории подобия режимов можно успешно применять для решения некоторых практических инженерных задач для современных газотурбинных установок.

Цель работы — рассмотреть возможность применения методов теории подобия для обработки результатов испытаний и анализа работы современных газотурбинных установок. Предложить модернизированные безразмерные комплексы.

Методы. Для анализа возможностей использования приведенных характеристик газотурбинных установок были выполнены соответствующие расчеты переменных режимов на разработанной и верифицированной по результатам натурных испытаний термодинамической модели газотурбинных установок со свободной силовой турбиной при различных температурах наружного воздуха.

Результаты. На основе расчетов переменных режимов на математической модели газотурбинных установок произведен анализ применимости существующих типовых приведенных характеристик газотурбинных установок и соответствующих безразмерных комплексов. Предложен модернизированный безразмерный комплекс — мощностной параметр, проиллюстрированы возможности его инженерного применения.

Выводы. На основании вариантных расчётов на математической модели газотурбинных установок показано, что на основе мощностного параметра можно представлять результаты испытаний при произвольных условиях в удобной представимой форме, даже если подобие режимов в традиционном виде не соблюдается. Применение мощностного параметра позволяет проводить непрерывную оценку номинальной мощности газотурбинных установок на произвольном фактическом режиме её работы в целях непрерывной диагностики технического состояния.

Актуальность. Разработка антифрикционных материалов, для дейдвудных подшипников и технологий их изготовления, взамен импортных, позволит обеспечить устойчивое развитие отечественного судостроения и приблизит выполнение целей, поставленных Правительством РФ в стратегии развития судостроения. Так амбициозный проект ледокола «Лидер» мощностью 120 МВт и имеющий ледовый класс Icebreaker 9, направленный на освоение Северного морского пути требует применение антифрикционных вкладышей с высокими эксплуатационными свойствами. В условиях санкционного давления необходимо не только заменить импортные материалы, нужно превзойти их по механическим свойствам. В связи с этим актуальной является проблема разработки новых антифрикционных композитов с улучшенными механическими свойствами.

Цель работы — определить применимость графитонаполненного полисульфона в качестве антифрикционного материала для судовых дейдвудных подшипников.

Материалы и методы. Для проведения эксперимента был подготовлен композит и литьевые матрицы для получения образцов. В качестве материала сравнения был выбран капролон. Исследование проводилось на машине трения по принципу контакта «диск—брусок» с фиксацией следующих параметров: времени трения, частоты вращения вала (диска), силы воздействия вала на образец, измерения потребляемой мощности машины трения в процессе Материалы, а также ширины лунки износа. На основании данных испытаний были определены параметры: глубина сегмента износа, момент трения, динамический коэффициент трения, линейный и весовой износ.

Результаты. В результате исследования трибологических свойств графитонаполненного полисульфона была получена математическая модель линейного износа ПСФ+10%С. Испытания проводились как для композита ПСФ+10%С, так и для капролона, принятого за эталон, что позволило определить относительную износостойкость композита, которая находится в диапазоне 0,08–0,33 для принятых условий эксперимента.

Заключение. Полученный материал ПСФ+10%С уступает капролону по износу и коэффициенту трения, а также коэффициенту относительной износостойкости. Результаты исследования не позволяют рекомендовать состав композита для применения в дейдвудных подшипниках, однако полученная математическая модель износа может найти применение в других областях науки и техники.

Обоснование. Каждая операция механической обработки металлов сталкивается с трудностями, связанными с локализацией тепла в зоне резания и приводящими к различным проблемам, таким как износ инструмента, увеличение шероховатости поверхности и др. На сегодняшний день актуально искать экологически значимые и экономически выгодные решения, применяя технологии, позволяющие сократить или исключить использование смазочно-охлаждающих материалов. Текстурирование поверхности оказалось одним из многообещающих методов, позволяющих улучшить трибологические свойства рабочей поверхности инструментов. Микротекстуры могут иметь различные геометрические параметры и форму и, как правило, создаются либо на боковой поверхности, либо на передней поверхности режущего инструмента. Качество текстуры во многом зависит от используемых производственных процессов. Основными механизмами улучшения трибологических свойств являются улавливание стружки, сокращение длины контакта и улучшение смазывающей способности, что в конечном итоге помогает снизить силу резания, уменьшить износ инструмента и шероховатость поверхности обрабатываемого материала. Известно, что при сверлении режущее действие происходит внутри отверстия, минимизация эффекта трения на контактных границах инструмента и заготовки всегда является сложной задачей, поскольку доступность смазочно-охлаждающих жидкостей в зоне обработки затруднена восходящим движением стружки, скользящей по поверхности канавки. Эту проблему можно решить путем функционализации поверхностей сверлильного инструмента с помощью микротекстур.

Цель работы. В настоящей работе для снижения трения скольжения используется сверлильный инструмент с микротекстурами на стороне канавки и кромки, полученными с применением лазерной обработки.

Методы. Оценка влияния геометрических параметров (радиус, глубина, расположение) микротекстур на износ при трении скольжения проводилась на основе лабораторных и натурных испытаний.

Выводы. Было обнаружено, что текстурированный инструмент более эффективен, чем нетекстурированный. Установлено, что основными механизмами, отвечающими за улучшение эксплуатационных характеристик сверлильных инструментов с микротекстурированными рабочими поверхностями, являются сокращение длины контакта, захват продуктов износа и образование эффекта микрослоя смазки в режиме резания. Результаты исследования будут полезны для дальнейшего развития данной темы.

Актуальность. Соединение разнородных материалов — сложная, но вместе с тем важная задача для промышленности, поскольку применение разнородных материалов в сложных конструкциях неизбежно. В данной статье приведены результаты работы по оптимизации микроструктуры разнородного лазерного сварного соединения Al-Cu-Li сплавов с различным соотношением Cu/Li.

Цель работы. Целью работы было изучение структуры лазерного сварного соединения между разнородными Al-Cu-Li сплавами, а также разработка методов улучшения этой структуре на основе термической обработки.

Материалы и методы исследования. В работе применялись методы растровой электронной микроскопии, дифракции синхротронного излучения, а также испытания на растяжение. Применение дифракции СИ позволило установить присутствие литий-содержащих фаз, объёмная доля и рассеивающая способность которых не позволяет в полной мере обнаружить их, используя менее яркие источники излучения.

Результаты. Показано, что сварка приводит к формированию неблагоприятной микроструктуры с точки зрения механических свойств — дендритные зёрна алюминия, окруженные эвтектической сеткой из интерметаллидных соединений T₁Al₂CuLi, T₂Al₆CuLi₃ и T₃Al₅CuLi₃. В таком состоянии сварной шов обладал низкими механическими свойствами: предел прочности σ_В составлял 252 МПа, предел текучести σ_0,2 184 МПа и относительное удлинение δ 2,9 %. Закалка при 530 °C позволила практически полностью растворить эвтектическую сетку, что было подтверждено растровой электронной микроскопией. Искусственное старение при 170 °C в течении 16 часов позволило добиться рекристаллизации упрочняющих фаз, что привело к увеличению предела прочности сварного соединения σ_В до 344 МПа, предела текучести σ_0,2 до 230 МПа и относительного удлинения δ до 4,8 %.

Заключение. В результате работы была установлена структура лазерных сварных соединения разнородных Al-Cu-Li сплавов, а также показано, что эту структуру можно улучшить при помощи термической обработки, таким образом достигая значительного прироста как прочностных свойств соединения, так и его пластичности.

Актуальность. Современный авиационный газотурбинный двигатель — это передовой технологический комплекс, состоящий из компрессора, камеры сгорания, турбины, сопла и других модулей. Среди них важную роль для надежности работы газотурбинного двигателя играет осевой компрессор, который состоит из многоступенчатых лопаток ротора и статора. И все эти компоненты подвергаются воздействию статических, динамических и циклических нагрузок, из-за чего возникают усталостные трещины, термические напряжения и механические повреждения. Чтобы увеличить срок службы газотурбинных двигателей и снизить затраты на его обслуживание, применяются технологии восстановления изношенных или поврежденных поверхностей рабочих лопаток.

Цель работы — восстановление изношенных поверхностей серии рабочих лопаток турбины высокого давления ДР-59Л методом лазерной порошковой наплавки.

Материалы и методы. Перед выполнением ремонта рабочих лопаток предварительно была произведена апробация диапазона технологических параметров лазерной наплавки для получения бездефектной структуры на образце-свидетеле. В качестве присадочного материала выступал металлический порошок кобальтового сплава Stellite-21. Для оценки структуры и механических свойств наплавленных образцов были проведены металлографические исследования и механические испытания.

Результаты. Посредством моделирования процесса восстановления пера рабочей лопатки определен рабочий режим лазерной порошковой наплавки. В ходе капиллярного метода контроля восстановленных поверхностей рабочих лопаток не были выявлены дефекты. Результаты испытания на одноосное растяжение восстановленного пера рабочей лопатки показали повышенный предел прочности и относительного удлинения.

Заключение. С применением технологии лазерной порошковой наплавки удалось восстановить изношенные поверхности серии рабочих лопаток турбины высокого давления ДР-59Л, тем самым увеличив жизненный цикл изделий силовой установки.

По предложению редакции Журнала «Труды СПбГМТУ» и в соответствии с рекомендациями Ассоциации научных редакторов и издателей (АНРИ) редакционная коллегия журнала провела сравнительный анализ двух статей показавший практически полное совпадение текстов указанных публикаций:

• Влияние мощности лазерного излучения и термической обработки на свойства образцов из жаропрочного никелевого сплава / А.В. Балякин, Е.А. Носова, М.А. Олейник, Е.П. Злобин // Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. — 2024. — № 4(12). — С. 15–29. — EDN XMROEV.
• Балякин, А.В. Процесс прямого лазерного выращивания жаропрочного сплава: влияние мощности и термической обработки на микроструктуру и механические характеристики / А.В. Балякин // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. — 2023. — № 4(46). — С. 64–78. — DOI: 10.57070/2304-4497-2023-4(46)-64-78. — EDN STILTW.

Идентичны разделы «Введение», «Методы и принципы исследования», «Основные результаты», «Обсуждение», «Выводы».

Библиографический список отличается, в нем присутствует только несколько одинаковых источников.

Статья «Влияние мощности лазерного излучения и термической обработки на свойства образцов из жаропрочного никелевого сплава», опубликованная в журнале «Труды СПбГМТУ», является смысловой копией статьи «Процесс прямого лазерного выращивания жаропрочного сплава: влияние мощности и термической обработки на микроструктуру и механические характеристики», опубликованной в журнале «Вестник Сибирского государственного индустриального университета».

Обращено внимание, что дата поступления рукописи в журнал «Труды СПбГМТУ» позже даты поступления идентичной рукописи в журнал «Вестник Сибирского государственного индустриального университета». В связи с выявлением дублирования статей в двух научных изданиях 04 мая 2025 г. редакционная коллегия журнала «Труды СПбГМТУ» постановила: отозвать статью «Влияние мощности лазерного излучения и термической обработки на свойства образцов из жаропрочного никелевого сплава» / А.В. Балякин, Е.А. Носова, М.А. Олейник, Е.П. Злобин // Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. — 2024. — № 4(12). — С. 15–29. — EDN XMROEV.