Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние развития автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плавания и исследований по обоснованию их характеристик
1.1 Классификация и анализ технико-эксплуатационных ха рактеристик автомобильно-пассажирских паромов 13
1.2 Обзор работ по теме исследования 24
1.3 Обоснование задач по теме исследования 32
2 Исследование вопросов обоснования архитектурно- конструктивного типа и элементов автомобильно- пассажирских паромов внутреннего плавания
2.1 Основы формирования архитектурно-конструктивного типа паромов с учетом требований эксплуатации 37
2.2 Анализ проектных элементов речных автомобильно-пассажирских паромов 48
2.3 Способ определения главных размерений автомобильно-пассажирских паромов на начальных стадиях проектирования 54
2.4 Выводы 59
3 Особенности расчета нагрузки масс автомобильно-пассажирских паромов
3.1 Анализ особенностей расчета нагрузки масс 60
3.2 Расчет составляющих нагрузки масс, характерных для паромов, с помощью эмпирических формул 70
3.3 Выводы 77
4 Исследование проектных параметров автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плавания на базе математической модели выбора оптимальных элементов и характеристик
4.1 Обоснование системы уравнений теории проектирования в оптимизационной модели паромов 78
4.2 Разработка математической модели выбора оптимальных элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов
4.2.1 Формулировка математической модели и алгоритм оптимизации элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов 85
4.2.2 Характеристика программы 94
4.2.3 Оценка адекватности математической модели 94
4.3 Исследование влияния проектных параметров паромов на технико-эксплуатационные и экономические показатели 96
4.4 Выводы 106
Заключение 108
Литература
- Обзор работ по теме исследования
- Анализ проектных элементов речных автомобильно-пассажирских паромов
- Расчет составляющих нагрузки масс, характерных для паромов, с помощью эмпирических формул
- Разработка математической модели выбора оптимальных элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов
Введение к работе
Принятая Правительством РФ федеральная целевая программа "Модернизация транспортной системы России (2002 - 2010 гг.)" предусматривает гармоничное развитие и тесное взаимодействие всех видов транспорта. Особо важное значение реализация этой программы имеет для регионов Сибири и Дальнего Востока, где в отсутствии железнодорожного сообщения основная нагрузка по перевозкам грузов и пассажиров ложится на речной и автомобильный транспорт. Отличительной, особенностью транспортной системы Сибирских регионов является отсутствие на большинстве рек мостовых сооружений, что значительно сдерживает развитие автомобильных перевозок. В этих условиях крайне важное значение приобретает работа речных автомобильно-пассажирских паромов.
Паромные переправы предназначены для транспортного обслуживания экономических территорий» расположенных на противоположных берегах рек. Они являются одним из важных элементов транспортной системы страны, от надежной работы которой зависит бесперебойность перевозок народнохозяйственных грузов и пассажиров. По отчетным данным в навигацию 2000 года на реках и водохранилищах действовало 565 переправ [82]. Особенно много их на реках Сибири и Дальнего Востока. Например, важнейшим транспортным узлом на реке Лена, в котором сходятся все транспортные линии (водные, автомобильные, авиационные) и грузовые потоки, является город Якутск. В нем сосредоточены паромные переправы, которые обеспечивают связь различных транспортных потоков (автомобильного и водного транспорта). Роль паромных переправ для города Якутска и прилегающих улусов левобережья реки Лена очевидна. Они оказывают огромное влияние на экономику
Республики Саха (Якутия) [63].
В настоящее время, чтобы попасть из южных регионов республики в Якутск и прилегающие к нему улусы, действуют паромные переправы Якутск - Нижний Вестях, Покровск - Жемкон, Мохсоголлох — Качикат-цы. Кроме вышеперечисленных линий, работают паромные переправы на линиях Кангалассы — Сотинцы, Павловск - Хатасы. Успешно работают переправы на реках Вилюй и Алдан.
Самой загруженной является паромная переправа Якутск — Нижний Бестях, она обслуживает так называемое "южное" направление, которое ориентировано на базы в городах Томмот и Алдан, через которые идет снабжение не только южной, но и центральной группы улусов республики [63].
С приближением к Якутску Амуро-Якутской железнодорожной магистрали (АЯМ) возрастет интенсивность работы паромной переправы в районе Качикатц и Нижнего Бестяха. Ожидается рост объемов перевозок, появятся новые автомобильные составы, что в свою очередь потребует новых автомобильно-пассажирских паромов. Потребуется обустройство причалов для въезда-выезда автомашин, пополнение судами, способными обеспечить быструю и безопасную погрузку и перевозку автомашин. Предполагаемое увеличение пассажиропотока по АЯМ потребует дополнительного оборудования паромов для перевозки пассажиров. На работающих паромах перевозки пассажиров либо запрещены, либо имеются ограничения по количеству посадочных мест, так как не обеспечиваются нормы безопасности плавания, экологии и т.д., которые предъявляют контролирующие органы. Следовательно, требуется постройка новых судов для переправ.
На эффективность работы паромов влияет множество факторов, но особую важность имеют вопросы обоснования новых типов судов, их элементов и характеристик. Правильное решение этих задач во многом определяет навигационные качества судов, их транспортную эффективность. При этом должны быть приоритетно учтены условия эксплуатации судов (протяженность линии, габариты судового хода, условия погрузки и выгрузки и т.п.), а также размеры транспортных средств, которые перевозятся на паромных переправах.
Необходимо отметить еще одну важную особенность работы паромных переправ в районах Сибири и Дальнего Востока. Во многих районах действуют в зимний период так называемые ледовые переправы. Они существуют практически на всех реках Якутии. Сроки их действия зависят от природно-климатических условий. Все мероприятия по увеличению сроков навигационного периода качественно влияют на экономику республики, соответственно снижая общее время обращения завозимой продукции, частично ликвидируя сезонную зависимость и оторванность республики от остальных регионов России. Решающим фактором, определяющим величину сезонных запасов, является способ организации и технология процесса доставки грузов. Важным шагом в направлении увеличения доходов по перевозкам пассажиров и мелкопартионного груза на паромной переправе, могло бы стать решение проблемы увеличения срока навигационных работ. Этого можно было добиться, используя паромы с прочным корпусом.
Для эффективного использования паромных переправ в условиях рыночной экономики необходимо обобщение опыта эксплуатации и проектирования автомобильно-пассажирских паромов, создание новых методов обоснования оптимальных элементов и характеристик этих судов.
Таким образом, разработка методов оптимизации элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плава- ния является актуальной проблемой. Решение ее открывает возможность создания и эффективной работы нового поколения судов этого типа, а также позволяет обеспечить дальнейшее развитие и повышение эффективности грузопассажирских перевозок на водном транспорте.
В связи с вышеизложенным целью диссертационной работы является разработка методов оптимизации элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плавания.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: структурный анализ архитектурно-конструктивных решений по паромам внутреннего плавания; обоснование требований эксплуатации к перспективным типам автомобильно-пассажирских паромов; разработка способа определения главных размерений автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плавания на начальных стадиях проектирования; анализ способов расчета составляющих нагрузки , масс автомобильно-пассажирских паромов; разработка метода определения оптимальных элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плавания; исследование на базе математической модели влияния проектных параметров паромов на технико-эксплуатационные и экономические показатели.
Постановка цели и реализация задач требует разработки математической модели, отражающей вопросы определения оптимальных элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов. Вышеизложенное составляет совокупность проблемы, разработка которой направлена на оптимизацию проектных решений при обосновании элементов и характеристик перспективных типов автомобильно-пассажирских паромов.
Таким образом, основными положениями, выносимыми на защиту, являются: разработка метода оптимизации элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плавания, существенной особенностью которого является вариантный анализ технико-эксплуатационных характеристик новых судов; анализ и адаптация существующих методов определения элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плавания для использования в рамках математической модели на стадии исследовательского проектирования; разработка структурного анализа архитектурно-конструктивных решений по автомобильно-пассажирским паромам, определение количественных показателей судов этого типа по проектным данным; обоснование требований эксплуатации к перспективным типам автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плавания; разработка способа определения главных размерений автомобильно-пассажирских паромов на начальных стадиях проектирования, пригодного для математического моделирования; разработка способа определения составляющих нагрузки масс, характерных для паромов на стадии проектного анализа;. результаты анализа зависимостей влияния проектных параметров на технико-эксплуатационные и экономические показатели на базе разработанной математической модели выбора оптимальных элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов.
Объектом исследования в диссертационной работе являются автомобильно-пассажирские паромы, обеспечивающие перевозки автомобилей и пассажиров на внутренних водных путях.
Предмет исследования составляют научные исследования и разработки, обеспечивающие создание методов и способов обоснования технико-эксплуатационных и архитектурно-конструктивных характеристик, а также проектных параметров автомобильно-пассажирских паромов, предназначенных для пополнения речного флота.
В первой главе диссертационного исследования рассмотрены основные проблемы современного этапа развития автомобильно-пассажирских паромов, связанные как с эксплуатационными и общепроектными аспектами, так и конкретными технико-экономическими задачами. Проанализированы работы, посвященные поставленным проблемам, и( сформулированы цели исследования.
Вторая глава посвящена изучению особенностей эксплуатации, исследованию вопросов обоснования архитектурно-конструктивного типа и элементов автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плавания. Разработан способ определения главных размерений автомобильно-пассажирских паромов на начальных стадиях проектирования, основанный на решении уравнения пассажировместимости и автомоби-левместимости.
В третьей главе выполнен анализ особенностей расчета составляющих нагрузки масс, характерных для автомобильно-пассажирских паромов и предложен способ их расчета с помощью эмпирических формул.
В четвертой главе диссертационной работы сформулирована модель оптимизации элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов. Для проверки изложенных принципов разработаны математическая модель, алгоритм и программа выбора оптимальных элементов и характеристик паромов челночного типа и паромов для малых рек. Исследовано влияние основных проектных параметров автомобильно- пассажирских паромов на.технико-эксплуатационные и экономические показатели.
В процессе работы над диссертацией получен ряд новых научных результатов. Наиболее важным из них является метод оптимизации элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плавания. Разработана математическая модель, охватывающая основные уравнения теории проектирования судов, необходимые на начальных стадиях проектирования.
Новые результаты, полученные в диссертации, включают в себя:: структурный анализ архитектурно-конструктивных типов автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плавания; обоснование эксплуатационных требований к перспективным типам автомобильно-пассажирских паромов; способ определения главных размерений автомобильно-пассажирских паромов на начальных стадиях проектирования; формулы, позволяющие уточнить проектные параметры речных автомобильно-пассажирских паромов; способы расчета составляющих нагрузки масс автомобильно-пассажирских паромов с помощью эмпирических формул; алгоритм и программа оптимизации элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плавания.
Практическая значимость диссертационного исследования обеспечивается прикладной направленностью и созданием конкретного программного продукта, приспособленного к применению в практике работы проектных и научно-исследовательских организаций. Разработанная в диссертации программа определения оптимальных элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов использована Управлением водного транспорта Республики Саха (Якутия) при обосновании перспективных типов паромов для Ленского бассейна.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на Всероссийской научно-технической конференции, посвященной памяти профессора Керичева В.М. в Нижегородском государственном техническом университете в 2002 г.; на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и специалистов ВГАВТа "Транспорт-21 век" в 2003 г.; на Международном форуме "Великие реки" на секции "Проблемы использования и дальнейшего развития внутренних водных путей России" в Нижнем Новгороде в 2003 г.; на восьмой нижегородской сессии молодых ученых (технические науки) в Дзержинске в 2003 г.
Положения диссертации изложены в 8 публикациях.
Диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (121 наименование) и приложений. Работа содержит 151 страницу машинописного текста, включающих 3 с. содержания, 12 с. списка литературы, приложения объемом 30 с. и содержит 41 рисунок и 9 таблиц.
Обзор работ по теме исследования
Обоснование архитектурно-конструктивного типа и проектных параметров судов - главная задача теории проектирования. Оно базируется на основополагающих трудах отечественных ученых-кораблестроителей, профессоров В.В. Ашика [6], А.В. Бронникова [16], Л.М. Ногида [58], В.М. Пашина [62], Б.А. Царева и [95] и др.
Методологические вопросы определения главных размерений и водоизмещения автомобильно-пассажирских паромов, особенности их архитектуры и конструкции разработаны в трудах В.В. Вицинского, А.П. Страхова [21], А.В. Бронникова [16], В.В. Ашика [6], Ю.А. Будниц-кого, А.Г. Чукавина. [18].. Выбор главных размерений автомобильно-пассажирских паромов и пассажирских судов в этих работах сочетается с поиском оптимального варианта. Это и объяснимо тем, что обычный способ определения главных размерений судов посредством решения уравнения масс дает лишь единственный вариант решения. Более обоснованно подходить к выбору оптимального варианта автомобильно-пассажирского парома позволяет использование экономико-математических методов с помощью компьютера.
Принципы выбора архитектурно-конструктивного типа, главных размерений, энергетического оборудования, форм корпуса и других проектных элементов приведены в работах А.В. Бронникова [14, 15, 16], В.В. Вицинского и АЛ. Страхова [21]. В них выбор главных размерений основан на методах Нормана, Бубнова-Балкашина, способе процентиро-вания водоизмещения и коэффициентов утилизации водоизмещения. В работах А.В. Бронникова [14, 15, 16] коэффициенты полноты для судов типа "Ро-Ро" определяются как коэффициенты полноты сухогрузных судов с введением поправок. В работе А.В. Бронникова [16] не рекомендуется во избежание грубых ошибок в расчетах использовать метод коэффициентов утилизации водоизмещения проектируемого судна применительно к судам с очень низкими значениями коэффициентов утилизации по грузоподъемности и по дедвейту — пассажирским, автомобильно-пассажирским. Здесь также отмечается, что дифференциальное уравнение масс Нормана очень широко используется в практике определения основных элементов проектируемых судов, а уравнение Бубнова, в виду его громоздкости, находит применение в немногих случаях.
Оценка эффективности обычного и челночного паромов производится в работе Б.З. Леви [47]. Анализ данной работы показал, что стоимость челночного парома с двумя гребными винтами и рулевыми комплексами в носу и корме будет выше, чем одновального обычного парома. Однако недостаточные маневренные качества одновинтовых переправочных средств ограничивают их применение в стесненных условиях, и поэтому чаще обычные паромы оборудуют двухвальной гребной установкой. Это уменьшает различия в стоимости паромов обоих типов. Также здесь приведены соотношения между скоростями и мощностями обычного и челночного паромов при одинаковой продолжительности рейса. Экономическая эффективность паромов рассмотрена с учетом их числа и сопряженных затрат по берегу. Предложенный метод оценки позволяет уточнить условия целесообразного применения челночной схемы с учетом фактора унификации типов паромов.
Краткий обзор и анализ основных технико-эксплуатационных характеристик судов для перевозки грузов укрупненными единицами (трейлеров, контейнеров, колесной техники и др.) выполнен в работе Л.Г. Соколова и М.М. Азизова [81]. Дана методика выбора проектирования основных элементов судов типа "Ро-Ро". Рассмотрены вопросы обоснования архитектурно-конструктивного типа перспективных судов с горизонтальным способом грузовых операций.
В работе под общей редакцией профессора В:А. Евстифеева [89] приведены данные по автомобильно-пассажирскому парому проекта 736. Паром — самоходный, дизель-электрический, однопалубный, челночного типа (винт в носу и винт в корме) с ледовыми подкреплениями, одним ярусом надстройки по бортам и двухъярусной рубкой на шлюпочной палубе. Паром предназначается для перевозки автотранспорта и другой колесной безрельсовой и гусеничной техники и пассажиров между пунктами, расположенными на противоположных берегах рек и водохранилищ разряда "О" Российского Речного Регистра. Въезд-выезд машин осуществляется по принципу "прямого потока" (с оконечностей) и с бортов. Фактическое время погрузки или выгрузки одного автомобиля при продольном въезде-выезде 5 мин, швартовка у специализированных причалов 3-4 мин. Прочность корпуса и мощность СЭУ допускают работу парома в битом и цельном льду толщиной до 25 см. Главная палуба рассчитана на перевозку колесной техники с нагрузкой на ось до 14 т и гусеничной техники массой не более 60 т. Особенностью данного судна является применение стопорения носового (по ходу) руля с помощью штыря, с электрическим приводом. Наличие подобного устройства особенно важно для обеспечения в ледовых условиях устойчивого положения носового (по ходу) руля.
Анализ проектных элементов речных автомобильно-пассажирских паромов
Для определения водоизмещения на начальных стадиях проектирования можно воспользоваться коэффициентами утилизации по грузоподъемности.
В отличие от грузовых судов, коэффициенты утилизации водоизмещения в грузу по грузоподъемности и по дедвейту у автомобильно-пассажирских паромов, очень малы. Это объясняется высокой удельной погрузочной площадью автомобилей. Упомянутые коэффициенты находятся в пределах от 0,1 до 0,5 и от ОД 7 до 0,55 соответственно. Коэффициент утилизации водоизмещения порожнем по грузоподъемности находится в пределах от 0,11 до 0,93.
Коэффициент общей полноты для паромов изменяется в пределах от 0,42 до 0,87. Наиболее часто встречаются значения 5=0,52-0,60.
На рис. 2.2.1 представлена зависимость 5 от числа Фруда Fn автомобильно-пассажирских паромов, полученная на основе анализа основных характеристик автомобильно-пассажирских паромов, представленных в табл. 1.1.
Аппроксимируя график, приведенный на рис. 2.2.1, получена приближенная формула для определения коэффициента полноты водоизмещения в зависимости от числа Фруда (число Фруда от 0,15 до 0,32) 5=-21,604Fr2+8,8585Fr-0,162. (2.2 Л) Главные размерения паромов и их соотношения зависят от особенностей водных путей и районов эксплуатации паромных переправ. Зависимость отношения Lm/L (длины главной палубы Lrn к длине судна по KB Л L) обследованных паромов приведена на рис. 2.2.2. Отношение L/H у судов класса "М" — не более 25, у судов класса "О" — не более 27 и у судов класса "Р" — не более 28 по Правилам Российского Речного Регистра (ПРРР) [74]. Отношение В/Н у судов класса "М" - не более 4,0,а у судов класса "О" и "Р" - не более 5,0 по ПРРР [74]. Отношение В/Т в зависимости от длины парома по КВЛ (L должна быть не менее 20 м) определяется по формуле (см. рис. 2.2.5) BAT=0,0053L2-0,571 lL+22,588. (2.2.4) Отношение В/Т находится в пределах от 2,5 до 17,9, причем у большей части паромов В/Т (см. рис. 2.2.6) составляет величину от 4 до 6 (вероятность попадания составляет 70%). Анализ компоновок общего расположения автомобильно-пассажирских паромов показывает, что высота борта выбирается исходя из габаритной высоты устанавливаемых в корпусе двигателей.
Полученные данные могут быть использованы для разработки математической модели оптимизации элементов и характеристик перспективных автомобильно-пассажирских паромов.
Как отмечалось в п. 2.1, для определения главных размерений на начальных стадиях проектирования можно воспользоваться удельными значениями площади главной палубы парома по автомобилевместимо-сти и пассажировместимости. В работе Вицинского В.В. и Страхова А.П. [21] при определении главных размеров корпуса парома рекомендуется исходить из расчетной площади палубы. Расчетная площадь палубы парома равна ішГ-Ьо+Допал, (2.3 Л) где S0 =2 ,1 ( _ полезно используемая площадь палубы, которая складывается из площади перевозимых машин; Ij, bj - габаритные размеры перевозимой техники; п — число перевозимых машин; ASnM=(0,25-bO,3)Snan - служебная площадь палубы парома, не занятая машинами. Площадь пассажирских помещений определяют исходя из количе ства перевозимых пассажиров по нормам для пассажирских судов местного или пригородного сообщения. Количество пассажиров устанавливается техническим заданием.
Однако, этот метод не удобен при моделировании, поэтому автором разработан способ определения главных размерений парома на начальных стадиях проектирования, который позволяет учитывать габариты автомобильной техники, перевозимой на паромах.
Расчет составляющих нагрузки масс, характерных для паромов, с помощью эмпирических формул
Реализация принципов системного подхода к проектированию, требующих подчинения проектирования всех подсистем и технических средств единым требованиям оптимизации судна в целом, возможна только при одновременной оптимизации элементов судна и его подсистем в рамках единой задачи.
Целью проектирования всегда является получение оптимального варианта судна, т.е. судна, удовлетворяющего всем заданным требованиям и наиболее эффективного по выбранному критерию [27].
Набор элементов судна, определяемых в начальной стадии разработки проекта, образует вектор элементов х={х;}, ієі, где I — множество элементов. В него входят главные размерения, коэффициенты полноты и Др. [56].
Аналогично вводится вектор х ={х } — вектор переменных, характеризующих k-ю подсистему судна (кєК, где К — множество подсистем, j єJt, Jk — множество переменных k-ой подсистемы). Наиболее важнейшие для судов подсистемы - корпус, энергетическая и электроэнергетическая установки, гидродинамический комплекс, устройства, системы и др. В этом случае примерами составляющих вектора хк могут служить: для подсистемы "корпус" — характеристики материала, шпации и размеры связей для различных частей корпуса и др.; для подсистемы "гидродинамический комплекс" — параметры формы корпуса, движителей, рулей, подруливающих устройств и т.д.; для подсистемы "энергетическая установка" - комплектация механизмами и оборудованием, их размещение и т.п. Важнейшим системным принципом является согласованное проектирование всех подсистем судна с подчинением единой цели — достижению наивысшей возможной эффективности судна при выполнении требований ко всем его качествам [66].
Обычно оптимизируемыми элементами верхнего уровня проектирования водоизмещающего судна по конкретному заданию (внутренняя задача) являются главные размерения и коэффициенты полноты корпуса. Они в значительной степени определяют свойства корпуса в качестве формирующей и прочностной структуры, основного объема для размещения пассажиров и оборудования, площади для размещения автомобилей. Фактически решается задача определения вектора элементов х.
Соответственно, при обосновании элементов паромов на верхнем уровне оптимальное решение определяется условием, что критерий оптимизации [65] f (х, х к )- min (max), (4.1.1) при Х = {ХІ},ІЄІ; Xk={xkjJ,keK,jeJ, где х — вектор оптимизируемых на данном уровне переменных (основных элементов корпуса) множеством I, Xi=Lrn/L; Х2=Н/Т; хз=5; Xk - вектор фиксированных характеристик подсистем множеством К; J - подмножество переменных в каждой из подсистем. Оптимизационная задача решается методами математического моделирования, при котором должны быть удовлетворены ограничения на мореходные, прочностные и другие эксплуатационные свойства судна gs множеством S, характеризуемые определенными нормативами и уровнями их допустимых значений bs в виде равенств или неравенств типа gl(x,Xk)=bs,seSi; (4.1.2) gs(x,Xk) bs seS2, (4.1.3) а также интервальные ограничения Хтах—X—Хт[п. \ t, 1.4) Требования-ограничения для автомобильно-пассажирского парома могут быть следующими [75]: IloseS]: — уравнение масс, требующее обязательного равенства водоизмещения судна D сумме масс Р;, составляющих его нагрузку. D(x,Xk) = p6LBT — уравнение плавучести, где р - плотность воды, т/м . N(x,Xk) =R(x,Xk)v/r](x/Xk) -уравнениемощности, где N(x,xk) - мощность главных двигателей, кВт; R(x,Xk) - полное сопротивление движению судна, кН; v — скорость судна, м/с; г)(х,Хк) - пропульсивный коэффициент движителя. nosS2: h(x, Xk) hmin - малая метацентрическая высота не меньше мини мально допустимой. Т(х, Хк } Т ы - осадка судна не больше максимально допустимой. Н(х, хь]-Т(х, XkJ (H)min - высота надводного борта по запасу плавучести, не меньше требующегося по ПРРР [77]. Ограничения на регистровые соотношения главных размерений (L/H)(x,xt) (L/H)p; (B/H)(x,xk) (B/H)p, где (L/H)P (В7Н)р - регистровые соотношения главных размерений [77]. xmin x xmax - элементы судна могут изменяться в процессе оптимизации в диапазоне [xmin, xmax]. Ограничения зоны поиска оптимума по варьируемым параметрам (Lr[/L)min (Lrn/L) (Lrn/L) max? (Н/Т)тіп (НЛ (Н/Т)тах; О m in —О—Ощах При решении задачи (4.1.1) - (4.1.4) параметры подсистем хь не фигурируют. Однако косвенно они входят в те приближенные зависимости, которые необходимы для определения масс, координат ЦТ и других характеристик.
Разработка математической модели выбора оптимальных элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов
Программа по изложенному алгоритму выбора оптимальных элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов внутреннего плавания написана на языке Compaq Visual Fortran 6.5. Инструкция по использованию программы оптимизации элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов приведена в Приложении 3.
Программа предусматривает работу в двух режимах [56]:
Режим 1: определение оптимальных элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов по заданным автомобилевмести-мости, пассажировместимости и скорости хода.
Режим 2: определение оптимальных элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов по заданным автомобиле вместимости, пассажировместимости и мощности СЭУ.
Элементы и характеристики автомобильно-пассажирского парома, имеющего максимальное значение критерия оптимизации, выводятся на печать.
Одним из главных требований, предъявляемых к математической модели автомобильно-пассажирского парома, является требование адекватности, т. е. соответствия результатов ее вычислительных и логических процедур данным практики проектно-конструкторских организаций.
На адекватность модели автомобильно-пассажирского парома в большой степени влияет адекватность исходных данных, вводимых в модель. Поэтому исходные данные назначались по наиболее достоверным информационным источникам: по проектным материалам отечественных автомобильно-пассажирских паромов, справочникам [86, 87]. Адекватность вычислительных процедур обеспечивается за счет построения модели на основе зависимостей, выведенных по проектным данным отечественных паромов. Адекватность блоков, входящих в модель парома, установлена в процессе отладки путем практических расчетов и сравнения полученных результатов с данными построенных серийных судов проектов 1625 и СП 1000.
Для оценки адекватности основные элементы и характеристики математической модели автомобильно-пассажирских паромов, полученные в результате расчетов по разработанному методу, приведены в табл. 4.2.1. Наряду с моделируемыми вариантами в табл. 4.2.1 приведены проектные данные паромов проектов 1625 и СП 1000.
Полученные проектные параметры реальных паромов, приведенных в гл. 1 в табл. 1.1, следующие: Do/D=0,45-0,83; Dw/D=0,17-0,55; D/naer=18,5-109,3 т/ед.; D0/LBH=0,16-0,31 т/м3. Данные, полученные автором по программе оптимизации элементов и характеристик автомобильно-пассажирских паромов: Do/D=0,43-0,76; Dw/D=0,24-0,57; D/naHT=l8,7-112,5 т/ед.; D0/LBH=0,15-0,38 т/м3. Сравнение показывает приемлемую сопоставимость результатов расчета.
Учитывая изложенное, можно сделать вывод о том, что адекватность математической модели автомобильно-пассажирского парома будет обеспечена при ее использовании на начальных стадиях проектирования судна.
На базе разработанной математической модели выполнены исследования зависимостей технико-экономических показателей от проектных параметров [56]. В качестве основных исходных данных приняты класс судна, количество автомобилей и характерное расположение их по ширине.
На рис. 4.3,1 приведен график зависимости водоизмещения от количества перевозимых автомобилей. В качестве прототипов использованы паромы проектов СП 1000 класса "Р.", 736 класса "О" и 1731 класса "М". Для расчетов принята длина участка эксплуатации равная 3 км. При этом используется 1, 2 и 3-х рядное расположение автомобилей ЗИЛ-130 для паромов класса "Р", 2 и 3-х рядное — для классов "О" и "М". Исходя из графика, можно сделать вывод, что с увеличением числа автомобилей по длине возрастает и водоизмещение судов классов "Р", "О" и "М", а количество рядов перевозимых автомобилей влияет незначительно на водоизмещение паромов класса "Р" и "О". У судов класса "М" с 2-х рядным расположением автомобилей водоизмещение больше, чем у судов того же класса с 3-х рядной компоновкой.
