Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор исследований и постановка задачи 13
1.1 Актуальность разработки методики проектирования катамаранов 13
1.2 Обзор исследований. Пути обеспечения эффективности ходкости и мореходности катамаранов 15
1.3 Обзор проектных характеристик быстроходных катамаранов и формирование базы данных. Вывод формул для предварительного проектного обоснования оптимизируемых вариантов 28
1.4 Зависимости для оценки стоимости и затрат по проектируемым катамаранам. Схемы расчета критериев оптимизации 55
1.5 Постановка задачи диссертационного исследования 57
Глава 2. Исследование структурных характеристик. Анализ архитектурно-компоновочных вопросов 64
2.1 Общая блок-схема задачи проектного обоснования скоростных катамаранов 64
2.2 Обоснование компоновочных решений при проектировании скоростных катамаранов. Влияние целевого назначения при оценке необходимых площадей 67
2.3 Нагрузка. Влияние применяемых материалов. Влияние конструктивных характеристик на проектные элементы катамаранов 83
2.4 Ходкость и обоснование состава, размещения и проектных характеристик двигателей и движительно-рулевого комплекса 92
2.5 Разработка эскиза компоновки. Рекомендации для пассажирских и пассажирско-автомобильных катамаранов 95
2.6 Ветробойность и продольная центровка по боковым поверхностям. 97
Глава 3. Формирование проектной модели исследуемого объекта 99
3.1 Блок-схема проектного обоснования пассажирско-автомобильных катамаранов 99
3.2 Схема расчета нагрузки, центровки и остойчивости 102
3.3 Примеры теоретических чертежей и рекомендации по их применению 103
3.4 Возможности улучшения мореходности быстроходных катамаранов с помощью успокоителей килевой качки 110
3.5 Уточнение расстановки переборок 113
Глава 4. Формирование методики проектирования катамаранов и ее применение для параметрических расчетов и обоснования рациональных направлений развития катамаранов 118
4.1 Основные проектные выводы по вопросам, исследованным в предыдущих разделах 118
4.2 Структура методики и локальные блок-схемы исследования проектных элементов 122
4.3 Краткое описание методических указаний 1 «Проектное обоснование характеристик пассажирско-автомобильных катамаранов» 130
4.4 Краткое описание методических указаний 2 «Обоснование характеристик пассажирско-автомобильных катамаранов, влияющих на мореходность, управляемость и безопасность эксплуатации» 140
4.5 Результаты конкретных расчетов 149
Заключение 161
Литература 164
Приложение
- Обзор исследований. Пути обеспечения эффективности ходкости и мореходности катамаранов
- Обоснование компоновочных решений при проектировании скоростных катамаранов. Влияние целевого назначения при оценке необходимых площадей
- Возможности улучшения мореходности быстроходных катамаранов с помощью успокоителей килевой качки
- Краткое описание методических указаний 1 «Проектное обоснование характеристик пассажирско-автомобильных катамаранов»
Введение к работе
В1. Общая характеристика работы
Катамараны составляют среди скоростных пассажирских и пассажирско-автомобильных паромов почти половину. Интенсивное практическое развитие этой группы судов недостаточно подкреплено теоретическими обоснованиями проектных характеристик. Выбор габаритных характеристик катамаранов часто подчиняется только задачам компоновки, что может приводить к неоптимальным показателям ходкости и качки. Особенно важным вопросом является обоснование рациональной длины и клиренсов, которые наиболее сильно влияет на самые важные показатели качеств и на эффективность катамаранов.
При проектировании быстроходных судов расширяются рамки так называемой внешней задачи теории проектирования судов, то есть обоснования тех проектных характеристик, которые не входят в состав задания на проектирование, но в то же время заметно влияют на эффективность судна. К задачам, связанным с характеристиками упомянутого типа, относятся:
- обоснование спектра уровней комфортности с распределением пассажиров по категориям, а также по ярусам и местоположению салонов или кают по длине судна;
- распределение автомобилей;
выбор архитектурно-компоновочного типа и гидродинамической компоновки;
выбор конструктивной схемы и конструкционных материалов с возможностью композитных вариантов, различных для корпуса и надстроек.
При проектировании катамаранов важно уже на начальном этапе выбрать архитектурно-конструктивный тип судна, распределить полезные площади, выбрать гидродинамическую компоновку на основе опыта и статистических данных. Это позволит избежать грубых ошибок при дальнейшем проектировании.
Поэтому актуальным является создание комплексной методики, позволяющей определить направление, в котором необходимо изменять исходные параметры катамарана для приближения к наилучшему варианту. Необходимо сопоставить несколько проектных вариантов и выбрать наилучший для дальнейшей оптимизации. Особенное внимание должно быть уделено повышению объема учитываемых факторов и характеристик гидродинамического комплекса, разработке схем оценки вместимости, нагрузки, построечной стоимости и эксплуатационных затрат.
Результаты разработки и практического внедрения методики смогут принести большую практическую пользу при разработке проектной документации в конструкторских бюро.
82. Объект исследования
Объектом исследования являются способы проектного обоснования рациональных технико-экономических характеристик пассажирско-автомобильных катамаранов длиной от 20 до 80 м при заданных требованиях к комфортабельности, дальности и мореходности. Главное внимание обращается на обоснование характеристик вместимости и компоновки на основе типизации.
83. Цель и содержание работы
Целью работы является разработка способов проектного поиска и
обоснования рациональных вариантов общей проектной компоновки и
архитектурно-конструктивных схем и параметров гидродинамического
комплекса катамаранов. Рассмотрены принципиальные подходы,
позволяющие на ранних стадиях проектирования определить пути
совершенствования компоновочно-конструктивных характеристик
пассажирско-автомобильных катамаранов. К ним относятся: способы определения главных размерении при варьировании показателей комфорта, оценки потребной мощности при отличии гидродинамической компоновки
і. а
V пеана
от прототипа, учета изменения конструктивных схем, материалов и состава оборудования при определении компоновочных и стоимостных характеристик катамаранов.
В4. Теоретическое значение исследования
Сформирована работоспособная методика проектного анализа катамаранов, при котором часть вопросов решается на базе прототипа, а для оставшихся проводится оптимизация. Обоснованы в рамках теории оптимизации и разработаны алгоритмы, методические указания и программные комплексы по проектному обоснованию рациональных
решений для определения характеристик катамаранов. В алгоритмы введены блоки, позволяющие уже на ранних стадиях проектирования детализировать параметры гидродинамического комплекса. Обоснованы способы определения главных размерений на основе анализа состава нагрузки, ходкости и вместимости при типизированных компоновках и при варьировании показателей комфорта.
85. Научная новизна
В итоге проведенных в работе исследований получен ряд новых научных результатов. Примером являются методические указания (в двух версиях) обеспечивающие их программные комплексы, позволяющие идти разными путями в зависимости от особенностей задания и требуемых изменений в сравнении с базой данных.
На основе типизации предложены схемы обоснования проектных размерений катамаранов, архитектурно-компоновочного вида надстроек, структурной компоновки корпусов и моста, оценки экономических показателей. Дана новая схема компоновки палуб в рамках обобщенной модели пассажирско-автомобильного катамарана.
Применена такая схема состава нагрузки, которая позволяет отслеживать влияние применяемых компоновок и материалов на экономическую эффективность. При расстановке переборок в корпусах катамаранов комплексно учитываются требования непотопляемости, пожаробезопасности и рациональной взаимосвязи с конструкциями моста.
Систематизирована база данных по 90 катамаранам и получен ряд новых формул для оценки проектных характеристик.
86. Практическая значимость
Практическая значимость диссертационного исследования обеспечена прикладной направленностью, рассмотрением конкретных примеров и созданием специальных методических указаний и программных комплексов, готовых к применению в проектно-конструкторской практике. Важное значение для практики может иметь использование баз данных.
B7. Внедрение
Результаты исследования в объёме разработанных методических указаний и на актуальных примерах технико-экономических обоснований проектного задания внедрены в судостроительных организациях: в АО «Нептун-Судомонтаж» (г.Долгопрудный Московской области) при разработке катамарана для Москвы, в ЦМКБ «Алмаз» и на Морском заводе «Алмаз» (г.Санкт-Петербург).
88. Апробация
Основные разделы исследования представлялись в 2002-2008 годах на международных научных конференциях «Морские Интеллектуальные Технологии», «Моринтех-Юниор», «Кораблестроительное образование и наука» СПбГМТУ, а также на конференции СНОО СПбГМТУ и на научных семинарах НТО судостроителей им. акад. А.Н. Крылова.
89. Публикации
Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 9 статьях, в том числе имеется статья в журнале «Морской вестник», входящем в перечень, рекомендованный ВАК РФ [18, 19, 28, 42, 60, 91, 92, 93, 116]. Три публикации выполнены без соавторов, в остальных доля соискателя составляет 25-50 %. В изданиях, входящих в перечень ВАК:
1. Обоснование компоновочных решений при проектировании скоростных
катамаранов. / Морской вестник (без соавторов).
В других рецензируемых научных изданиях:
2. Модель обоснования проектных характеристик малых спортивных
парусных судов. / Сборник докладов конференции "Моринтех-2001", СПб,
НИЦ "Моринтех", 2001 (Соавторы: Царев Б.А., Дементьев М.И., Дуденков
Д-В.);
3. Проектная модель анализа нагрузки пассажирско-автомобильных
паромов. / Материалы студенческой научно-учебной конференции
«Моделирование явлений в технических и гуманитарных науках», СПбГМТУ, 2003 г. (без соавторов);
4. Проектное обоснование применения катамаранов в пассажирских
перевозках. / Материалы региональной научно-технической конференции с
международным участием «Кораблестроительное образование и наука —
2003», СПб, СПбГМТУ, 2003 г. (Соавторы: Борисова Е.В., Зудов СВ.,
Николаев В.А.);
Применение математических моделей и оптимизационных алгоритмов при проектировании катамаранов. / Сборник докладов конференции "Мориптех-2003", СПб, НИЦ "Моринтех", 2003 (Соавтор: Борисова Е.В.);
Проблема сочетания скорости и комфортабельности при проектировании пассажирских судов / Материалы региональной научно-технической конференции с международным участием «Кораблестроительное образование и наука - 2005» СПб, СПбГМТУ, 2005 (Соавторы: Михелев К.С., Царев Б. А., Шифман А. Л.);
7. Оценка совместимости принципиальных компоновочных решений при
проектировании скоростных многокорпусных судов. / Сборник докладов
конференции "Моринтех-2005", СПб, НИЦ "Моринтех", 2005 (без
соавторов);
Обоснование компоновочных типов спасательных судов. Труды международного семинара «Суда будущего», СПб, НТО им. Акад. А.Н. Крылова, 2007 (Соавторы: Гайкович Б.А., Беркис Д.С.);
Конкурентоспособные направления развития пассажирских судов. Сборник докладов семинара «Проектирование перспективных судов и прикладные исследования в обеспечении конкурентоспособности судостроительной продукции», СПб, СПбГМТУ, 2008 (Соавторы: Соловьев Д.С., Уляшев А.А., Шифман А.Л.).
В10. Тенденции развития катамаранов
Пассажирско-автомобильные паромы имеют высокие показатели ходкости, мореходности, вместимости, совершенствование методики их
проектирования является актуальной задачей. В диссертационном исследовании рассмотрена большая база данных по построенным судам. Выявлены зависимости, характеризующие области существования этих судов и рассмотрены основы методики проектирования, позволяющие на начальной стадии выбрать лучшее решение из нескольких возможных вариантов путем сопоставления технико-экономической эффективности.
В дальнейших главах показано, что современные пассажирские и пассажирско-автомобильные катамараны заняли важное место в мировой системе транспорта.
Среди стран-строителей наибольшую активность проявляют Австралия, Норвегия, Швеция и Китай. Значительные работы проводятся также в Англии, Германии, Голландии, США, Италии и России. Главной тенденцией является заметное увеличение размеров с соответствующим ростом числа пассажиров и перевозимых автомобилей.
Новым фактором является все большее расширенное применение водометов в связи с достижением значительных скоростей. Сами скорости у большинства катамаранов (около 70%) лежит в интервале 30-40 узлов, у 15% в интервале 25-29 узлов и у 15% в интервале 40-50 узлов.
Очень характерно то, что примерно 70% катамаранов оборудованы дизелями Германской фирмы MTU.
Обзор исследований. Пути обеспечения эффективности ходкости и мореходности катамаранов
В современной методической литературе нет единого подхода в изложении вопросов оптимизации скоростных судов и их проектного анализа. Однако имеется ряд публикаций, в которых разработаны отдельные стороны этой проблемы. В книге Юхнина Е.И. «Проектирование катеров» рассмотрен процесс проектирования скоростных катеров [123]. Изложенная им методика направлена на создание проекта на начальной стадии выбора основных характеристик. С точки зрения проектного анализа изложенные вопросы обоснования выбора начальных параметров (соотношение главных размерений, коэффициентов полноты, центровки и т.д.) очень ценны, так как являются обобщением опыта проектирования. Большое внимание уделено вместимости, выданы рекомендации по выбору удельных показателей площадей помещений, судовых запасов. Также рассмотрены вопросы выбора энергетической установки. Благодаря наличию статистической информации можно уточнить укрупненные измерители весовых статей водоизмещения для данного типа судов.
Изложенные аспекты проектного анализа скоростных судов учтены при создании методики проектирования катамаранов.
Работа Пашина В.М. «Оптимизация судов» излагает методы и принципы построения оптимизационной модели как судна в целом, так и некоторой подсистемы судна [64]. Основой построения оптимизационной модели судна является разделение задачи проектирования на два уровня: нижний (оптимизация подсистем) и верхний (оптимизация судна в целом). Взаимодействие подмоделей и характеристик уровней производится с помощью локальных критериев. Обоснованное определение элементов судна зависит от глубины проработки проекта. В работе дано много рекомендаций по порядку проведения оптимизации, выбору и построению критериев. Создание системы взаимодействующих задач для оптимизации судна означает автоматизацию системного проектирования.
В этой монографии также глубоко рассмотрены вопросы об оптимизации состава флота. Описана математическая модель согласованной оптимизации судна как сложной системы, в которую входят постановочные вопросы координации верхнего и нижнего уровней проектирования и рассмотрены примеры формирования локальных критериев.
Из задач внутреннего проектирования рассмотрены определение элементов судна и определение элементов основных подсистем судна. В эти главы входят модель определения элементов судна в форме И.Г.Бубнова, общий обзор моделей оптимизации элементов судна, описание моделей оптимизации элементов судов, обобщение опыта разработки и использования моделей, предбассейновая оптимизация гидродинамического комплекса, оптимизация судового корпуса и задачи оптимизации судового энергетического комплекса [65].
Вопросы проектного анализа судов рассмотрены в учебниках Ашика В.В. «Проектирование судов» и Ногида Л.М. «Проектирование формы судна и построение теоретического чертежа» [7, 63]. Рассмотрены вопросы выбора показателей формы и определения мощности энергетической установки проектируемого судна. Эти вопросы изложены применительно к морским транспортным судам, но общий подход справедлив и для скоростных судов.
Большое значение для методики проектирования судов имеют работы СИ. Логачева [53, 54]. В них, в частности, дан прогноз развития скоростных судов.
В работах В.В. Ашика и его учеников дан ряд других важных рекомендаций по методике проектирования [8, 9, 11].
В развитие проектирования катамаранов в России особый вклад внес Алферьев М.Я. [4, 5]. В его книге, написанной в соавторстве с Г.С. Мадорским, подробно рассматриваются вопросы расчета ходкости и мореходности речных катамаранов с использованием экспериментальных данных и аналитических зависимостей, а также вопросы расчета прочности конструкций. Приведены рекомендации по методике определения главных размерения и нагрузки пассажирских и грузовых катамаранов, на основе данных по построенным проектам.
Большое внимание к компоновке и архитектуре судов уделяется в книге Леви Б.З. «Пассажирские суда прибрежного плавания» [52]. Здесь решаются задачи выбора архитектурно-конструктивного типа судов прибрежного плавания, отмечаются особенности планировки двухкорпусных судов. Приводятся нормативы и требования к компоновке пассажирских салонов и оборудованию других помещений. Исследуются вопросы рационального размещения магистральных проходов и посадочных площадок. В непосредственной связи с компоновкой судов изложены основные принципы их архитектурной композиции. Рассмотрены закономерности пропорций силуэта судов, показаны примеры объемных решений с применением плавных и рубленых форм.
Также в этой книге освещены основные требования к компоновке машинного отделения. Рассматривается непотопляемость судов прибрежного плавания. Приведена аварийная статистика, показывающая важную роль непотопляемости в решении задач безопасной перевозки пассажиров. В связи с этим анализируются размеры повреждений корпусов этих судов, характеристики предельных длин отсеков по различным критериям, положение наиболее опасного района затопления; затрагиваются вопросы нормирования посадки и остойчивости судна в поврежденном состоянии с учетом возможного перемещения людей; излагаются рекомендации, направленные на повышение непотопляемости судна, рассматриваются пути улучшения аварийной остойчивости.
На основе некоторых испытаний моделей катамаранов весьма приближенно оценивается возможное влияние клиренса, относительной длины, формы шпангоутов и несимметричности обводов на ходкость двухкорпусных судов. Приведены основные зависимости и графики, необходимые для выполнения сравнительно простых расчетов качки судов прибрежного плавания в условиях регулярного волнения. Указаны также примерные значения амплитуд и ускорений на нерегулярном волнении. Даны обзор различных успокоителей качки, пригодных для установки на малотоннажных судах, и рекомендации по выбору характеристик успокоителей. Помещены материалы некоторых натурных и модельных испытаний, а также результаты расчетов, позволяющие судить об особенностях качки двухкорпусных судов.
Одна из глав этой книги посвящена обоснованию основных параметров пассажирских судов прибрежного плавания и определению их экономической эффективности при проектировании. Центральное место здесь занимают вопросы выбора пассажировместимости, скорости и количества необходимых судов для совокупности линий при заданном объеме перевозок.
Приводятся необходимые нормативные и справочные данные для расчетов эксплуатационных расходов по пассажирским судам прибрежного плавания, излагаются некоторые общие соображения по определению строительной стоимости таких судов. В этой главе даны различные измерители весовой нагрузки судов прибрежного плавания, затронуты вопросы о целесообразном запасе водоизмещения и остойчивости при проектировании таких судов. Отмечено существенное влияние удельной пассажировместимости судна на соотношения его размерений и характеристики остойчивости. Для ориентировочного выбора главных размерения приведены статистические зависимости между элементами судна, пассажировместимостью и скоростью.
Обоснование компоновочных решений при проектировании скоростных катамаранов. Влияние целевого назначения при оценке необходимых площадей
Для обоснования проектных характеристик катамарана и его подсистем необходимо выделить и сопоставить весь объём возможных вариантов архитектуры и компоновки судна. В качестве методической базы при разработке компоновки катамаранов можно использовать опыт архитектурного проектирования по другим типам судов [75, 76, 100]. При расстановке оборудования рационален модульный подход [14, 101]. В процессе разработки архитектурного замысла судна и его общего расположения необходимо определить состав допустимых компоновочных решений. Этот состав определяется ограничениями, имеющими интервальный, функциональный и структурный характер. Ограничения определяются элементами задания и комплексом требований, налагаемых назначением судна и условиями согласованности его доминирующих подсистем. Множество архитектурно-компоновочных решений, анализируемых в процессе проектирования, формируется путём нахождения непротиворечивого сочетания компоновочных вариантов из нескольких блоков: 1) проектной продольной компоновки; 2) планировки палуб; 3) размещения в корпусах; 4)конструктивной компоновки верхнего строения моста; 5) перевязки конструкций в боковых корпусах; 6) гидродинамической компоновки и формы обводов.
При выборе принципиальной схемы общего расположения важнейшим элементом, влияющим на реализацию технических и эксплуатационных качеств судна, является размещение главной энергетической установки. Основные варианты приведены на Рис. 2.2.1. На выбор схемы влияют располагаемые объёмы помещений судна и потребные площади и объёмы машинных отделений (МО), тип и мощность предполагаемых двигателей, места размещения движителей и механической передачи к ним. Важным обстоятельством при выборе схемы расположения машинного отделения является необходимость обеспечить возможность загрузки и выгрузки главных двигателей через съёмные листы в корпусных конструкциях, а также необходимость создания второго (запасного) выхода из машинного отделения для МО площадью более 25 кв. метров.
Рассмотренные типы расположения МО имеют свои диапазоны рационального применения. Схема, представленная на Рис. 2.2.1а, наиболее характерна для судов небольшого водоизмещения. Из отечественных образцов наиболее характерным представителем этого типа является катамаран «Экопатруль», пр. 16220.
Компоновка МО по схеме на Рис. 2.2.16 характерна для, прежде всего, судов с газотурбинной энергетической установкой, характерной особенностью которой являются значительные потребные объёмы для размещения газовыводов, вентиляционных шахт и устройств воздухоподготовки. Другой тип судов, на котором рационально применение этой схемы - катамаран с уменьшенной площадью ватерлинии типа «Дуплус». В данном варианте положительной особенностью схемы является то, что значительная масса энергетической установки (ЭУ), будучи расположенной по оси абсцисс вблизи центра величины погруженного объёма, позволяет такому судну поддерживать при частичной загрузке необходимый дифферент при минимальных объёмах балласта.
Схемы, изображённые на Рис. 2.2.1в, Г, д, нашли широкое применение на современных катамаранах. Как правило, это суда массой выше 60 тонн и располагаемые объёмы корпусов позволяют расположить ниже пассажирской палубы и помещения МО, и запасы топлива и другие элементы систем и оборудования.
Достоинства расположения по схеме Рис. 2.2.1в привели к тому, что по ней строятся практически все современные двухкорпусные суда. Варианты г) и д) характерны для проектов с модульной проектной компоновкой. Наиболее значительным достижением является катамаран «Iris» водоизмещением 140 тонн с пластмассовым корпусом, имеющий два сменных модуля общей пассажировместимостью 240 чел. и дедвейтом 51 тонну (с учётом самих модулей). Отдельно следует отметить построенную по схеме 1д в 70-х годах прошлого века серию из 12 единиц глиссирующих катамаранов с изменяемой геометрией корпуса типа «Aquarius».
Как видно из схем Рис. 1, в корпусах катамарана выполняется условие: здесь: LHail6 - длина наибольшая; L. — длина форпика; LH . — длина служебных отсеков в нос от МО; LM0 - длина МО; LK ж - длина служебных отсеков в корму от МО, La— длина ахтерпика.
На малых катамаранах L" и LK ж, а также их подразделение на конкретные отсеки, определяются требованиями непотопляемости и конструктивной прочности. На больших катамаранах часть упомянутых отсеков может быть занята в надводной части пассажирскими помещениями.
При заданной пассажировместимости на основе предварительной компоновочной схемы (при принятом числе ярусов и при выбранном положении надстройки по длине катамарана) производится распределение отдельных пассажирских салонов при условии, что вместимость конкретного салона, как правило, не должна превышать 50-60 мест. Целесообразно ещё до размещения салонов наметить положение вестибюлей и посадочных площадок, с ориентацией трапов на выход к местам посадки в спасательные плотики при аварийной эвакуации. В случае пассажирско-автомобильного варианта первоначальной задачей является размещение автомобильных помещений, так как они имеют гораздо большие объёмы и с их компоновкой должны быть согласованы основные конструктивные продольные и поперечные связи. Как правило, пассажирские помещения размещаются побортно от автомобильных (при одноярусной компоновке), либо над автомобильными, если компоновка многоярусная. При размещении пассажирских салонов желательно также заблаговременно определить положение машинных шахт и газоходов, чтобы избегать вариантов их вклинивания в компоновку салонов.
Возможности улучшения мореходности быстроходных катамаранов с помощью успокоителей килевой качки
Практически на всех современных быстроходных судах используют устройства стабилизации движения для повышения мореходных качеств и обеспечения необходимого комфорта и безопасности пассажиров. Это могут быть крыльевые успокоители продольной качки судна разработанные СВ. Сутуло, расположенные выше ватерлинии судна. Поэтому они не создают дополнительного сопротивления, пока возмущающие воздействия не увеличат качку судна до значительных амплитуд, либо пока амплитуда волны не обеспечит включение крыльевых успокоителей в работу. Принцип действия успокоителя основан на динамическом взаимодействии элементов успокоителя с волной. В зависимости от амплитуд качки и скоростей движения крыльевой пассивный успокоитель работает как подавитель носовой волны, демпфирующий элемент и гаситель возмущающих сил.
Для катамарана типа «Сокол» в совместной разработке с СВ. Сутуло исследовалась возможность использования носовых крыльев предельно малого удлинения, располагаемых над ватерлинией с клиренсом, равным размаху, и составляющим примерно 1Л часть от осадки.
В результате экспериментальных исследований описываемого пассивного успокоителя в опытовом бассейне и теоретического анализа при помощи физически адекватной математической модели была подтверждена высокая эффективность предлагаемого типа устройств. В зависимости от степени развития волнения, на крыльевом стабилизаторе создаются демпфирующие силы, придающие катамарану более благоприятное положение и умеряющие амплитуду колебаний. Такие крылья должны вступать в работу по мере развития волнения и возникновения продольной качки, то есть на тихой воде добавочное сопротивление не создается. Оценка эффективности стабилизирующих крыльев проводилась как на расчётно-аналитической компьютерной модели, так и по результатам эксперимента в бассейне СПБ ГМТУ. Данные натурного катамарана, модели и крыльев приведены в таблице 3.4.1.
Для детального изучения процесса качки и степени влияния на процесс параметров движения и характеристик судна СВ. Сутуло была разработана физически адекватная математическая модель нестабилизированного и стабилизированного судна. Результаты расчётов на ЭВМ по разработанной математической модели были сопоставлены с результатами обработки экспериментального исследования и показали высокую степень её адекватности. Выполненные далее массированные расчёты качки объекта при вариации параметров движения позволили проследить все связи характеристик судна и параметров его движения для выбранных спектров волнения и скоростей движения. Для определения длин отсеков проектируемого пассажирско-автомобильного катамарана можно использовать статистические данные. В таблице 3.5.1 представлены данные по длинам отсеков нескольких пассажирских катамаранов. 1. Сформирована блок-схема проектного обоснования пассажирско автомобильных катамаранов, соответствующая основным разделам данного диссертационного исследования. 2. Показана схема расчета нагрузки и центровки судна 3. Приведены примеры теоретических чертежей и даны рекомендации по их применению 4. Рассмотрены возможности улучшения мореходности пассажирско-автомобильных катамаранов с помощью успокоителей качки 5. На основе статистических данных по длинам отсеков рекомендован порядок расстановки переборок.
Краткое описание методических указаний 1 «Проектное обоснование характеристик пассажирско-автомобильных катамаранов»
Программный комплекс «Проектное обоснование характеристик пассажирско-автомобильных катамаранов» предназначен для осуществления проектного поиска рационального технического решения на начальной стадии проектирования. Блок-схема общего решения задачи сопоставления вариантов скоростного катамарана показана на рисунке 4.2.1. Блок-схема конкретного проектного обоснования рационального варианта пассажирско-автомобильного катамарана показана на рис. 4.2.2. Критерий оптимизационной задачи вычисляется по формуле (4.3.1): где X - вектор оптимизируемых на данном уровне переменных множеством I. В данном комплексе под X приняты следующие величины: Хі - длина судна; Хг - ширина судна; Х3 - высота борта; Х4 - осадка; Х5 -коэффициент общей полноты. Ха - вектор оптимизируемых переменных для доминирующих функциональных подсистем множеством A. Xai — материал корпуса; Хаг -характеристики двигателя (частота); Х — характеристики движителя (тип, частота вращения, для гребного винта - число лопастей). X к - вектор характеристик остальных подсистем скоростных катамаранов.
Необходимым условием решения задачи оптимизации является ограничение области допустимых значений X, Х : В качестве общего критерия оптимизационной задачи выбраны совокупные затраты Ф в форме, предложенной И. Г. Бубновым в 1916 году: где Э — эксплуатационные затраты; Е — до 1991г. нормативный коэффициент, а во времена И.Г. Бубнова и сейчас означает проценты на капитал (или проценты по полученному кредиту). Для решения поставленной задачи в программном комплексе используются статистические данные (рис. 4.3.1), содержащиеся в нескольких базах данных и охватывающие главные особенности и характеристики скоростных пассажирских и автомобильно-пассажирских катамаранов. База главных характеристик скоростных пассажирских и пассажирско-автомобильных катамаранов состоит из статистики по построенным катамаранам.
Обработка данных, составляющих эту статистическую базу, позволяет выявить тенденции взаимовляния главных размерений скоростных судов. База теоретических чертежей содержит варианты обводов корпуса катамаранов. База двигателей представляет собой совокупность данных из реальных каталогов ведущих фирм производителей высокооборотных двигателей. Эти данные включают в себя мощность установки, максимальную частоту, геометрические размеры двигателя, масса агрегата. База конструктивных характеристик собрана по построенным катамаранам. Обработка конструктивных мидель-шпангоутов и вычисление приведенных толщин эквивалентного бруса позволяет решать задачу разработки конструкции судна на ранних стадиях проектирования. База компоновок состоит из графических материалов по построенным катамаранам. Эти материалы могут помочь проектанту выбрать архитектурно-компоновочный вид, который в совю очередь определяет фактическую площадь парусности и как следствие допустимый коэффициент ветрорбойности. Проработка архитектруно-компоновочного вида в соответствиии с данными прототипа позволяет определиться в расстановке переборок, выполняя требование к непотопляемости. Область допустимых значений проектных элементов катамарана определяется системой равенств и неравенств, выражающих требования (оптимизационные ограничения): где, f5 — коэффициент амортизационных, ремонтных и снабженческих отчислений; f6 - бункеровочная стоимость топлива; Рт - масса топлива на рейс; п - число рейсов за навигацию; f7 - среднегодовая зарплата моряка со всеми доплатами и условным включением накладных и навигационных расходов; пэ — количество членов экипажа. Определение исходных данных для расчета. Задание для проектного обоснования включает в себя следующие исходные данные: Большое значение в программном комплексе имеют базы статистических данных по построенным судам. На основе информации, формирующей базы данных, организованы графики зависимостей, взаимовлияния различных параметров катамаранов друг от друга. Определение главных размерений судна осуществляется с помощью зависимостей, полученных при обработке базы данных. Отношения числа пассажиров на нижнем и верхнем ярусах к общей численности пассажиров пня/ппасс и пвя/ппасс мало зависят от длины и, в зависимости от архитектурного типа, соответствуют зависимостям (при наиболее типичной двух ярусной компоновке)
