CC BY
29УДК 629.12.001
С. В. Давыдова, к. т. н., доцент.
А. А. Овцес, аспирант-стажер, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАЗРАБОТКИ ОБОБЩЕННОЙ МЕТОДИКИ ПЕРЕСЧЕТА ПРОЕКТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СУДОВ НА НАЧАЛЬНЫХ СТАДИЯХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В настоящей статье проводится анализ использования автоматизации в процессе проектирования на начальных стадиях. Оценивается эффективность ее применения судостроительными фирмами. Обосновывается необходимость разработки программ выполняющих автоматизацию на ранних стадиях проектировании и создание методики пересчета основных характеристик для всех типов судов. Определяется схема расчета водоизмещения для судов различных типов.
В условиях рыночной конкуренции предприятиям, занимающимся проектированием, необходимо иметь возможность расширения сферы деятельности за счет увеличения номенклатуры проектируемых типов судов. Максимально короткие сроки оценки проектных характеристик с получением достоверных результатов значительно сокращает время разработки эскизного проекта и повышает шансы получения заказа. Использование автоматизации в процессе проектирования на начальных стадиях становится традиционным, тем не менее, автоматизированные системы проектирования судов, в первую очередь это относится к крупным автоматизированным системам, охватывающим все этапы проектирования, ориентированы на определенные типы судов. Поэтому их применение, особенно небольшими судостроительными фирмами, где необходима большая гибкость в процессе автоматизации, не эффективно. Как правило, при проектировании разнообразных судов применяются универсальные системы, предназначенные для автоматизации определенного этапа проектирования, но применяемые для всех типов судов. Среди существующих автоматизированных систем на российском рынке нет систем, позволяющих получить проектные характеристики широкого круга судов на начальных стадиях проектирования. При общей автоматизации процесса проектирования эти работы выполняются вручную, что значительно увеличивает сроки проектирования.
Для создания автоматизированной системы пересчета проектных характеристик судов на начальных стадиях проектирования необходимо начать с создания методики пересчета для всех типов судов. В настоящей статье рассмотрим возможности оценки водоизмещения и сопротивления на начальных стадиях проектирования.
Для формализации и последующей автоматизации расчёта, а так же определения круга рассматриваемых судов, воспользуемся классификацией представленной в табл. 1.
В свою очередь грузовые суда подразделяются по способу приведения в движение, а пассажирские по типу корпуса.
Методики оценки водоизмещения на начальных стадиях проектирования основаны на статистике судов построенных в 50-80 года. В настоящее время статистика вновь построенных судов претерпела значительные изменения. Они коснулись конструктивных особенностей, использования новых технологий, применения новых материалов, нормативных требований. Это в свою очередь повлияло на соотношения масс статей весовой нагрузки. Появление новых типов скоростных, высоко комфортабельных судов не даёт возможности в первом приближении получить достаточно точные результаты по подобранным судам-прототипам.
Таблица 1
Транспортные
Грузовые Пассажирские
Сухогрузные Нефтеналивные
Трюмные и бункерные Контейнеровозы Суда площадки Рефрижераторы Нефтерудовозы | Грузовые катамараны Гладкопалубные Тронкового типа Со вставными цистернами Оболочечного типа Сотового типа Транзитные Местной линии Пригородные Прогулочные яхты
продолжение табл. 1
Транспортные
Суда вспомога-тельного флага
Суда технического _флота_
л а. к о к
1-0
ч о Н
ю
о к и
о &
<и
е
Я
2
аг
я к!
К я-
05
X V
о
3 к
то Й
со я О Н ш о
с о
га
£
о к я
53
я
В связи с этим существует проблема получения достоверных значений водоизмещения на начальных стадиях проектирования. Для ее решения рассмотрим методики определения водоизмещения на начальных стадиях проектирования.
Существует значительное количество методов для оценки водоизмещения на разных стадиях проектирования, позволяющие получить результаты с разной степенью точности. Использование определенных методов обусловлено типом проектируемого судна. Поэтому первоначальной задачей является выработка рекомендаций по возможному применению способов определения водоизмещения для судов различных типов.
В зависимости от категории судна и этапа проектирования рассматривались следующие способы расчёта водоизмещения:
1) На предэскизном этапе:
При наличии минимальных сведений о судне-прототипе: (Тип, Класс, Оф, Р,р. V, А, К, и В, Т, Н, 5, Рко, Рм, Рт, Са, Ц,, В1р, Н^)
Для сухогрузных трюмных и бункерных судов, рефрижераторов и нефтерудово-зов, а также танкеров тронкового и гладкопалубного типа:
- Совместное решение уравнения масс и мощности с учётом вместимости. Учёт вместимости производится с помощью расчёта кубического модуля ЬВН.
- Коэффициент утилизации водоизмещения.
- Способ процентирования масс.
- Дифференциальный метод Норманна.
- Дифференциальный метод Бубнова.
Для контейнеровозов, судов-площадок, танкеров со вставными цистернами, обо-лочечного и сотового типа, грузовых катамаранов:
- Совместное решение уравнения масс и мощности с учётом вместимости.
Решающим фактором для нахождения вместимости для этих категорий судов является определение главных размерений из условия размещения груза.
Для пассажирских судов, а также пассажирских катамаранов:
- Совместное решение уравнения масс и мощности с учётом пассажировместимости.
- Коэффициент утилизации водоизмещения.
- Способ процентирования масс.
- Дифференциальный метод Норманна.
- Дифференциальный метод Бубнова.
Для буксиров, толкачей и судов вспомогательного флота:
- Совместное решение уравнения масс и мощности без учёта вместимости.
- Коэффициент утилизации водоизмещения.
- Способ процентирования масс.
- Дифференциальный метод Норманна.
- Дифференциальный метод Бубнова.
2) На этапе эскизного проекта:
При наличии весовой нагрузки судна-прототипа:
- Постатейный пересчёт весовой нагрузки с помощью судна-прототипа с использованием модулей.
- Расчёт статей весовой нагрузки с использованием статистических формул I, II, III и IV групп.
3) На этапе технического проекта:
- Детальный расчёт весов и положения центра тяжести по чертежам технического проекта.
В качестве исходных данных использовались характеристики проверяемого судна. При расчёте запасов и дедвейта использовались нормативные и рекомендуемые значения. После вычисления водоизмещения для каждого судна рассчитывались мощность и главные размерения, составлялась укрупнённая нагрузка масс, которая сравнивалась с исходной нагрузкой масс проверяемого судна. Полученные результаты сведены в табл. 2.
Таблица 2
Назначение судна Отклонение по водоизмещению в %
1 Грузовые -3,39
2 Наливные -0,5
3 Пассажирские
- высоко комфортабельные 66,21
- средне комфортабельные 3,03
-низко комфортабельные -37,16
4 Вспомогательные и суда технического флота 5,7
5 Грузовые катамараны -2,26
6 Пассажирские катамараны -23,35
Из приведённой таблицы видно, что для сухогрузных, наливных и вспомогательных судов, а также для грузовых катамаранов существующие методики дают приемлемые результаты. Наибольшее расхождение получено у пассажирских судов.
Пассажирские суда разделены на три группы в зависимости от их комфортабельности:
- высоко комфортабельные,
- средне комфортабельные,
- низко комфортабельные.
Для средне комфортабельных судов среднее значение отклонения между рассчитанным и исходным водоизмещениями не превышает 10%, т.е. можно использовать принятую схему расчета. Для высоко комфортабельных судов среднее значение отклонения составляет 66,21 %. Проанализировав составляющие водоизмещения можно сказать, что эти отклонения вызваны значительной разницей по дедвейту. Для низко комфортабельных судов и катеров среднее значение отклонения составляет -37,16%. Причины, вызвавшие эти отклонения аналогичны.
Для всех пассажирских судов выполнялась проверка пассажировместимости по формуле:
Во всех случаях она дала большие отклонения по главным размерениям. Эти отклонения вызваны изменением нормативных требований. Следовательно, проверку пассажировместимости следует проводить по более точным формулам, с использованием чертежа общего вида.
Результаты, полученные по пассажирским катамаранам, говорят о том, что получить водоизмещение с достаточной точностью в первом приближении затруднительно, т. е. следует пользоваться более точными методиками.
Анализируя имеющиеся методики приближенного определения сопротивления можно разбить их на две группы: определения сопротивления с помощью статистических зависимостей и графиков, пересчёт сопротивления с близкого прототипа.
Для первой группы при наличии сведений о форме корпуса (Ь, В, Т, Н, В/Т, Ь/В, 5, у, ф, р, а, V, Б, скорости и Б применимы следующие расчеты.
Для грузовых судов:
- формула Звонкова [5] при Ргь=0.13-^-0.17 и В/Т=4-ь6,
- метод Карпова для тихоходных водоизмещающих судов [4] Ргь=0.13-^0.24 Ф=0.65-0.82 , Ь/В=5-г8 , В/Т=1.6-ь5,
Для несамоходных судов и барж всех групп:
- формула Звонкова [5] для судов с клинообразными и санеобразными обводами,
=-ркост®и2,
- формула Фомкинского [5] при Рг^О.14-0.23 , Ь/В=7 , В/Т=5 , 8=0.7^-0.88,
2/3.,2
- формула Галковской [5],
Я - 5,2(27' + аВУ/вТЗи2,
- формула Богдановой [5] для ложкообразных, санеобразных, клинообразных и утюгообразных обводах,
Для пассажирских судов транзитных, пригородных и местных линий:
- метод Карпова [4] для относительно быстроходных судов при Ргь=0.25-0.6. Ь/Т=15н-40, 5=0.4-^0.8,
- формула Фан дер Флита [5],
формула Звонкова [5],
Я0=9,9 а~о\ I
17,7£3-5® ,.7+4Р> "о ~-г О
2 +
I 6В
Для катамаранных судов всех групп:
- графики Карпова [5] при Ргь=0.4-Н.2, В/Т= 1 10, Ь/В=7-Н8, 6=0.45^-0.9, С =0.3-г 0.9,
«о - ВРо'ВХв/тХе >
Для всех самоходных однокорпусных судов с типовыми обводами:
- универсальная формула Карпова [5] Ргь=0.1 -ь0.28 ф=0.6-ь0.9 , В/Т до 10,
Яа =скП£<рсв;гРг\
- графики Карпова для судов с типовыми обводами [5] при Ргь=0.11ч-0.36. В/Т=3^-9 , Ь/В=3-М0 , 5=0.5254-0.8,
Я0
Для второй группы при наличии минимальных сведений о форме корпуса (Ь, В, Т, II, В/Т, Ь/В, б, (р, р, а, V, 8, (&>) и близкого судна-прототипа расчеты выполняются по следующим методам.
Для самоходных грузовых судов всех групп и пассажирских судов всех групп:
- метод Алферьева [6] при Ргу=0.3^ 0.6, В/Т=3-ь9, (Х/В)2=30^80, 6=0.7-^-1.0,
/- _ /-1 Хыв Хвп Хз а ьо ~ ьо ; ;
Хыв Хвп Х5 ®
Для несамоходных судов и барж всех групп, буксиров и толкачей, а также судов вспомогательного флота:
- метод Алферьева [6] при Ргу=0.2-^-0.35 ^=5-^-9.5 , В/Т=2-ь8 , ф=0.5-^-0.8,
I XI Хв/т %<р ю
Со - Со ~7 7
X] Хвп Х<р
(О
Для катамаранных судов всех групп:
- метод Алферьева [6] при Frv=0.8 + 2.2 v(/=8.5 4-18 , c/L=0 4-0.16. Для всех самоходных однокорпусных судов:
-метод Карпова [7] при FrL=04-0.4, В/Т=34 11, ф=54-11, ф=0.5+0.87,
k I к
Г — г' f КВ!Т V
^° к' к' к' ' к<р Кв/т V
Таким образом, был определен общий диапазон характеристик судов, для которых возможно выполнить приближенный расчёт сопротивления:
Грузовых судов с параметрами формы корпуса В/Т=3 4-10, L/B=l.6-10. 8-0.525 + 0.88;
Пассажирских судов с параметрами формы корпуса В/Т=3+9, L/B=5.44-10, 8=0.4-0.8;
Катамаранных судов с параметрами формы корпуса В/Т=1-И0, Ь/В=7-И8,
8=0.454-0.9, С =0.34-0.9.
При наличии близкого судна - прототипа расчёт сопротивления может быть выполнен для:
Грузовых и пассажирских судов с параметрами формы корпуса В/Т=24-9, L/B=5.54-9, 8=0.74-1.0;
Несамоходных судов и судов вспомогательного флота при В/Т=24-8, \\i=54-9.5, Ф=0.5 4-0.8;
Катамаранных судов всех категорий при В/Т=34-11, \|/=54-11, ф=0.54-0.87. Анализируя полученные результаты по приближенному определению водоизмещения и сопротивления можно сказать, что в настоящее время вследствие недостатка статистического материала наиболее затруднительным является определение водоизмещения и сопротивления у высоко комфортабельных пассажирских судов, у пассажирских судов малого водоизмещения и прогулочных яхт, а также у судов кат ¡¡маранного типа.
Список литературы
[1] Вицинский В.В., Страхов А.П. Основы проектирования судов внутреннего плавания: учебное пособие. - Ленинград: Судостроение. 1970. - 454с.
[2] Алферьев М.Я., Модорский Т.С. Транспортные катамараны внутреннего плавания 1976
[3] Справочники по серийным транспортным судам. Минречфлот РСФСР. -М: Транспорт, т. 1-12
[4] Карпов А.Б. Расчёты сопротивления воды движению речных судов. - Горький: ГИИВТ, 1971.
[5] Алферьев М.Я. Ходкость и управляемость судов. Сопротивление воды. - М.: Транспорт. 1967.
[6] Басин A.M. Ходкость и управляемость судов. М.: Транспорт. 1977. 456с.
[7] Лесюков В.А. Теория и устройство судов внутреннего плавания: Учебное пособие. -М.: «Транспорт» 1982.-303 с.
STATEMENT OF A PROBLEM OF DEVELOPMENT OF THE GENERALIZED TECHNIQUE OF RECALCULATION OF DESIGN CHARACTERISTICS OF COURTS ON INITIAL DESIGN STAGES
S. V. Davydova, A. A. Ovtses
In present clause the analysis of use of automation will be carried out during designing at initial stages. Efficiency of its application is estimated by ship-building firms. Necessity of development of programs carrying out automation at early stages designing and creation of a technique of recalculation of the basic characteristics for all types of courts is proved. For formalization and the subsequent automation and as definitions of a circle of considered courts, classification of courts is offered. The circuit of calculation of displacement for courts of various types is defined.
