ГРАЖДАНСКОЕ СУДОСТРОЕНИЕ судостроении^
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ЗАДАЧИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПОЗИТНОГО ПРОМЫСЛОВОГО СУДНА ДЛЯ ПРИБРЕЖНОГО ЛОВА
М. Э. Францев, канд. техн. наук,
e-mail: gepard629@yandex.ru, И. М. Францев,
e-mail: ilya.frantsev@gmail.com удк 629.12.001
Большую часть мирового малотоннажного промыслового флота составляют суда с корпусами из композитов, однако в современной России они не проектируются и не строятся. При этом необходимость в судах такого типа существует и в России. Это приводит к переориентации ряда отечественных судовладельцев на продукцию зарубежного судостроения (рис. 1). В качестве примеров, подтверждающих этот тезис, можно привести многочисленные факты приобретения рыбаками Дальнего Востока промысловых композитных судов, бывших в употреблении в Японии, где в эксплуатации находится более трехсот тысяч судов этого типа. Приобретают промыс-
са проектирования. Необходима разработка способов проектного обоснования таких судов, учитывающих различные аспекты их последующей эксплуатации и обеспечивающих их конкурентоспособность.
Современные стандарты проектирования предусматривают последовательное снижение затрат на такие наиболее дорогие и сложные разделы проекта, как, например, разработка гидродинамического комплекса, которые реализуются на базе единожды выполненных научных исследований и накопленного опыта эксплуатации. Этим же обусловлена все более широкая замена при разработке проекта натурного эксперимента численным расчетом.
Рис. 1. Промысловые скоростные суда из композитов производства Норвегии (слева) и Японии (справа)
ловые суда из композитных материалов в Норвегии и рыбаки европейского Севера России, в первую очередь ведущие промысел в бассейне Белого моря [1, 2].
Для расширения возможностей создания отечественных композитных промысловых судов прибрежного лова для работы на удалении 4—20 миль от берега в настоящее время необходимо решить ряд проблем как в области совершенствования проектных характеристик судов и их оптимизации, так и в области улучшения структуры всего процес-
В этой связи представляется востребованной вариативная модель проектирования, опирающаяся на использование параметрических методов. Она позволяет проектанту, в рамках экономической целесообразности, быстро переходить от одного размера судна к другому, связывая конструктивные элементы судна и определяющие их параметры посредством проектных ограничений, определяемых условиями эксплуатации. Накладывая и удаляя такие ограничения, а также изменяя значения параметров, разработчик
может изменять элементы проектируемого судна.
Новое судно должно обладать сбалансированной совокупностью эксплуатационных качеств, отвечающих ожиданиям потенциальных заказчиков. Поэтому в современных условиях быстрого технологического развития экономики весьма остро стоит вопрос оптимизации конструкции малотоннажного судна, проектирование которого ограничено ресурсами, когда у разработчика нет возможности искать оптимальное решение методом проб и ошибок.
Способ параметрического проектирования позволяет формализовать процессы выбора оптимальной структуры характеристик проектируемого судна с помощью разработанной методической общности задач анализа информации о ранее построенных судах подобного типа и синтеза проектных обоснований. При этом проектировщик оперирует на единой основе множеством технических показателей характеристик судов (масса, размеры, мощность и их соотношения) и показателей качества функционального использования (эксплуатационные и экономические характеристики) с помощью специфических экономико-информационных и математических моделей различного типа и вида.
Основной принцип, реализуемый в способе структурно-параметрического проектирования промыслового судна, заключается в выявлении и оптимизации макропеременных, опирающейся на анализ связанных с ними технико-экономических показателей, определяемых показателями функционального использования судна в рассматриваемом размерном интервале. При этом применяется двухуровневая иерархия упрощенной логико-математической модели, в которой верхний уровень связан с эксплуатационными качествами судна, а нижний представляет собой систему основных проектировочных уравнений, в которые в качестве переменных входит небольшое количество характеристик судна (параметров), к которым подстраиваются остальные [3, 4].
Физической моделью способа структурно-параметрического проектирования судов из композитов, в том числе скоростных, является подобие гидродинамических процессов на расчетных режимах движения в рамках единой компоновки всего
СУДОСТРОЕНИЕ 4'2014
ГРАЖДАНСКОЕ СУДОСТРОЕНИЕ
судна. Подобие обусловлено относительно небольшим различием геометрических размеров наибольшего и наименьшего судов ряда (как правило, не более чем в пять раз).
Непосредственному структурно-параметрическому синтезу характеристик проектируемого судна предшествует разработка базы данных моделей множества возможных технических решений. Проектные характеристики построенных судов при этом организуются в виде множества возможных решений, а затем упорядочиваются по степени их относительной предпочтительности. Задача проектирования судна имеет несколько критериев оптимизации, из которых на последующих этапах проектирования выбирается основной критерий, поэтому при формировании базы данных необходимо стремиться к максимально возможному учету всех технико-экономических показателей, а также показателей функционального использования (эксплуатационных качеств) [3, 4].
Параметрический ряд судов — это упорядоченная совокупность числовых значений их проектных характеристик. В параметрических рядах, наряду с размерами судов, характеристиками их массы и мощности, важную роль играют отдельные элементы нагрузки масс, расходные характеристики судовой энергетической установки, особенности их движительных комплексов и пр. В случае группировки судов в параметрическом ряду по одному или нескольким ключевым признакам, например таким как особенности гидродинамического комплекса, а также другим конструктивно-технологическим решениям, можно говорить о типоразмерном параметрическом ряде.
При выборе параметров для параметрических рядов прежде всего решается вопрос о мерности рядов. Параметрический ряд, построенный для одного главного параметра, будет одномерным. Обоснованный выбор параметров для построения параметрического ряда имеет большое значение для создания оптимального набора сбалансированных характеристик как одного судна, так и группы судов нескольких размеров.
В соответствии с описанным способом главные размерения и отдельные статьи нагрузки масс представляются в виде функций независи-
мой переменной. В качестве единой независимой переменной принимается базовая длина Г. Она определяется в соответствии с ГОСТ 1062— 80 «Размерения надводных кораблей и судов главные. Термины, определения и буквенные обозначения» и представляет собой габаритную длину судна в походном положении по несъемным частям. Эта величина очень информативна, потому что на базовой длине расположено подавляющее большинство масс судна. Часто в открытых источниках значения главных элементов построенных судов приводятся неполно, а в ряде случаев с искажениями. В то же время значения базовой длины этих судов, как правило, приводятся достоверно. Кроме того, базовая длина судна может быть измерена. Подробнее о способе проектного обоснования главных элементов и других характеристик судов из композиционных материалов при помощи анализа баз данных и представлении основных проектных характеристик в виде функции одного параметра —базовой длины — изложено в [5].
Сбалансированность проектных характеристик разрабатываемого судна определяется системой проектных уравнений: плавучести, нагрузки масс и мощности—ходкости, при этом для каждого из проектных вариантов она представляется в виде:
й = ЦС) = уЫБТ =
= у^Г^Г^Г^Г) ;
D = Dop+ DW =fjL') + f7(f) =
= i р + 2 p = i f(L') + X f(L') ; (1)
N = ■
DT f5(L*)"vm
Cmn q(D, Frv)
где МП, ЦП, МП, ЦП — соответственно главные размерения; ^(Г) — полная масса; уГ) — водоизмещение порожнем; ^7(Г) — дедвейт; /:(Г) — статьи нагрузки масс по разделу «Водоизмещение порожнем»; /:(Г) — статьи нагрузки масс по разделу «Дедвейт». При этом ф(0, Ргу) — коэффициент, связывающий полную массу, мощность и скорость для анализируемых значений полной массы
и скоростного интервала, представленного в виде относительной скорости — числа Фруда по водоизмещению [5—7].
При проектном обосновании промыслового судна из композитов определяются главные размерения L, B, H, T, 8, а также другие характеристики: Бга6, соотношения L/B, B/T, H/T, Bra6/B, полная масса D и такие ее составляющие, как водоизмещение порожнем D^ и дедвейт DW, а также грузоподъемность Ргруз, масса топлива Р , экипажа Р и
топл' эк
запаса питьевой воды Рвода, коэффициент утилизации по дедвейту п, модуль массы корпуса дкорп и коэффициент пропорциональности для расчета массы энергетической установки кэу, а также вместимость судна W по интервалу базовой длины L* с использованием результатов анализа баз данных [5]. При этом сопоставляются и выбираются варианты по экономическому критерию.
Ряды значений этих функций, построенные на множестве значений независимой переменной L* в пределах рассматриваемого интервала, позволяют перейти от основных размеров и других характеристик одного варианта судна к аналогичным данным другого варианта, варьируя только один параметр L* как наиболее универсальный, при этом оставаясь в зоне предпочтительности. При помощи вариаций по базовой длине можно получить семейство характеристик ряда судов из композитов, сбалансированных по соотношениям основных размеров и других характеристик, например элементам нагрузки масс. При необходимости можно варьировать другие геометрические параметры судна, предварительно задав интервал изменения и построив на них в качестве независимой переменной аналогичное семейство функций (таблица).
Главные размерения и другие геометрические характеристики судна дополняются характеристиками ожид
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.