автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Методика проектного обоснования скоростных пассажирских судов

На правах рукописи

Йин Тхун

УДК 629.12.001

МЕТОДИКА ПРОЕКТНОГО ОБОСНОВАНИЯ СКОРОСТНЫХ ПАССАЖИРСКИХ СУДОВ

Специальность 05.08.03 — Проектирование и конструкция судов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2008

003444733

Работа выполнена на кафедре проектирования судов ГОУВПО "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет"

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Ляховищий Анатолий Григорьевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Логачев Станислав Иванович

кандидат технических наук Николаев Владимир Александрович

Ведущая организация

ОАО „Инженерный центр судостроения", (г Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится „07" октября 2008 г в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 212 228 01 при Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете по адресу 190008, Санкт-Петербург, ул Лоцманская, д 3, актовый зал

С диссертацией можно ознакомиться • в библиотеке Санкт-Петербургского государственного морского технического университета

Автореферат разослан « » 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совет*

д т н, профессор

А И Гайкович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Со второй половины прошлого века началось интенсивное развитие скоростных судов различного назначения, в том числе для пассажирских перевозок на прибрежных морских линиях и внутренных водных путях

Стремление к повышению скоростей пассажирских перевозок в настоящее время характерно для всех видов транспорта Традиционный водный транспорт до середины XX века считался наиболее экономичным, но уступал по скорости движения наземному транспорту Современные скоростные суда (СС) по достигнутым скоростям вторглись в ту транспортную сферу, где работают наземные виды транспорта (автомобильный и железнодорожный)

Мировой рынок СС по состоянию на конец XX и начало XXI веков развивается динамично Его анализ свидетельствует, что за десятилетие с 1994 г по 2004 г у пассажирских СС максимальная скорость достигла 55 узлов, а средняя - 36 узлов Особенно интенсивно развиваются СС переходного режима движения Начиная с 1995 г и по настоящее время среди пассажирских СС лидируют два основных архитектурно-конструктивных типа катамараны и однокорпусные суда

Проектирование СС по сравнению с традиционными усложняется из-за неоднозначности и сложности гидродинамических процессов, происходящих при возрастании скорости хода Совершенствование процесса проектирования СС основывается на положениях системного анализа и применении средств вычислительной техники, методологии оптимизации решения задачи проектирования судна

Современные средства вычислительной техники, прикладные программы, разработанные для пассажирских СС, обеспечивают возможность автоматизации проектных работ и сокращение сроков проектирования

Для многих стран Юго-Восточной Азии, в том числе для Союза Мьянма, важную роль играет развитие скоростных пассажирских перевозок водным транспортом В настоящее время для индустриализации Союза Мьянма необходимо создание транспортной инфраструктуры, обеспечивающей перевозки грузов и пассажиров. Наличие удобных водных путей в стране делает водный транспорт перспективным видом транспорта. Его перспективность возрастает с увеличением скорости доставки грузов и пассажиров

Диссертация посвящена разработке методики проектного обоснования скоростных пассажирских судов с использованием современных средств вычислительной техники и методологии оптимизации решения задачи проектирования, что является актуальным и представляет как научный, так и практический интерес

Объекты исследования Рассмотрены скоростные пассажирские суда, движущиеся в переходном режиме движения В качестве критерия отбора судов использовано определение ИМО v>3,7V°-1667, где V и V -соответственно, проектная скорость в м/с и объемное водоизмещение на плаву (без хода) в м3

Предмет исследования. Методика проектного обоснования скоростных пассажирских судов, базирующаяся на современных научно-технических принципах, алгоритмах автоматизированных процедурах, реализуемых с использованием разработанных программных средств

Цель и задачи исследования. Разработка методики проектирования скоростного пассажирского судна для эксплуатационных условий Союза Мьянма

Методы исследования и решений. Для решения задач, поставленных в работе, потребовались математическое моделирование, алгоритм оптимизации случайного поиска и алгоритм Хука Дживса, методы регрессионного анализа и последовательных приближений, аппарат и программные продукты систем Delphi, средств Microsoft Office

Информационная база исследования. В числе информационных источников использовались методы теории проектирования судов, теории корабля, результаты исследований А Г Ляховицкого, проводившихся в СССР в 1960-х - 1970-х годах при создании быстроходных водоизмещающих судов для внутренних водных путей и прибрежных морских линий, русская и иностранная литература по проектированию судов книги, журнальные статьи, научные доклады, материалы научных конференций и семинаров, доступная документация по реальным проектам Теоретической базой диссертационного исследования являются труды российских и зарубежных ученых в области проектирования и оптимизации скоростных судов, ходкости и мореходности В их числе работы Ашика В В , Басина A M , Бронникова А В , Ваганова A M , Вицинского В В , Гайковича А И , Демешко Г Ф , Леви Б 3 , Логачева С И , Ляховицкого А Г , Ногида Л M , Пашина В M , Павленко Г Е , Царева Б А , Кутенева А А , Николаева В А , Gee N и др

Научная новизна работы.

1 Анализ современного рынка скоростных судов и выбор архитектурно- конструктивного типа скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма проводится впервые

2 Разработана новая методика проектирования скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма

3 Создан новый программно-методический комплекс для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна, который может быть использован при проектировании пассажирских судов для Союза Мьянма

4 Разработана методика оценки проходимости оптимизируемого скоростного пассажирского судна на мелководных участках

фарватера при разных эксплуатационных скоростях и при разных глубинах воды с учетом особенности рек Йявади и Чиндуин

Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты обеспечили повышение эффективности проектирования скоростных пассажирских судов Применение разработанных методов приводит к повышению обоснованности проектирования за счет оптимизации проектных характеристик скоростных пассажирских судов Разработанный программно-методический комплекс для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна может быть использован при практическом проектировании скоростных пассажирских судов для Союза Мьянма

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

1 Результаты анализа современного рынка скоростных судов и выбора архитектурно- конструктивного типа скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма

2 Методика проектирования скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма

3 Программно-методический комплекс для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна, который может быть использован при проектировании пассажирских судов для Союза Мьянма

4 Анализ адекватности и чувствительности математической модели

5 Анализ проходимости оптимизируемого скоростного пассажирского судна при разных эксплуатационных скоростях и при разных глубинах воды с учетом особенности рек Йявади и Чиндуин

Степень достоверности результатов исследований.

Исследование основано на основных положениях теории проектирования судов, теории оптимизации, теории мореходных качеств и строительной механики

Расчеты сопротивления воды движению быстроходных водоизмещаюших судов и изменения относительного запаса воды под днищем судна базируются на результатах модельных и натурных исследований, приводившихся в СССР в 1960-х - 1970-х годах

В расчете нагрузок масс коэффициенты разделов весовой нагрузки базируются на данных построенного в СССР скоростного судна „ Экспериментальный - 1 " (проект Р69) Масса дизельной энергетической установки (MTU) в зависимости от мощности используется при определении веса энергетической установки

Сравнение основных результатов практического использования программно-методического комплекса обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна с данными по проекту построенного и испытанного пассажирского теплохода „ Экспериментальный - 1 "

подтвердило адекватность и чувствительность созданной методики и разработанной математической модели

Достоверность расчетов проходимости скоростным пассажирским судном мелководных участков фарватера подтверждена сопоставлением с ранее проведенными в СССР модельными и натурными экспериментами

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы и ее результаты были доложены и обсуждены на международной конференции (БирегРаБ! 2008, Санкт-Петербург), а также на научно-технических семинарах „ Актуальные проблемы проектирования судов и кораблей " секции НТО имени академика А Н Крылова в мае 2007г и в марте 2008г

По теме диссертации опубликованы 4 работы Из них 3 работы в личном авторстве, доля автора в четвертой в 50% В изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ, опубликованы две статьи Одна из них в личном авторстве, доля автора во второй статье 50%

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 133 страницы основного текста (включая 20 таблиц и 71 рисунок), список литературы из 57 наименований Приложения имеют 74 страницы

Содержание работы Во введении указаны цель и задача исследования, методы исследования и решений, информационная база, исследования, научная новизна работы, практическая ценность работы, основные результаты работы, степень достоверности результатов исследований, апробация работы, публикации, структура и объем работы

В первой главе диссертации рассмотрены основные понятия скоростных судов (СС) как объектов проектирования, их архитектурно-конструктивные типы Рассмотрено развитие мирового рынка скоростных пассажирских судов, систематизирована проектная информация по пассажирским СС Выбор типа скоростного судна для Союза Мьянма осуществлен с учетом тенденций развития мирового рынка СС

К определению скоростного судна обращались в своих работах Г Е Павленко, Л М Ногид, А Г Ляховицкий и др В первой половине прошлого века Г Е Павленко ввел понятие о режимах быстроходности Скоростные режимы были определены с использованием числа Фруда Рп„ по водоизмещению V ( Рп„ = у/^ . у"3)"2)

Рп, = у/^.УШ),/2 (1)

Им были предложены 3 режима быстроходности плавания, переходный и глиссирования Режим плавания определяется неравенством Рпу меньше единицы, в переходном режиме число Фруда по водоизмещению изменяется в пределах от единицы до трех и в режиме глиссирования больше трех

Режимы быстроходности по Г Е Павленко

• Водоизмещающий режим (режим плавания) Рпу < 1 « Переходный режим 1< Рпу <3

• Глиссирование Рпу >3

Международная морская организация (ИМО) определяет скоростное судно так как показано в неравенстве (2)

V™ >3,7У°'16И (2)

Более наглядное представление дает рис 1 На этом рисунке выражение (2) представлено в виде графика зависимости максимальной скорости хода от объемного водоизмещения СС в водоизмещающем положении (без хода) Область СС расположена выше граничной линии, показанной на этом рисунке Определение ИМО не противоречит ранее использовавшимся в СССР

О 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Водоизмещение в кубических метрах, V

Рис 1 Скорость судна в зависимости от водоизмещения Об часть скоростных судов

К настоящему времени создано много различных типов скоростных судов однокорпусные (ОС), катамараны (К), тримараны (Т), двухкорпусные суда с малой площадью ватерлинии (СМПВ), волнопронзающие или волнопротыкающие катамараны (ВПК), амфибийные и скеговые транспортные средства на воздушной подушке (СВПА) и (СВПС), суда на подводных крыльях (СПК), квадримараны (КВАД) и пентамараны (П) Схематическое изображение некоторых скоростных судов различных архитектурно-конструктивных типов приведено на рис 2

е я

а) о шокорпусныс, б) ка!амарапы (К)

н) 1римарани (Т), I) дв> чкорпусныс суда с малой площадью ва|Срчинии (СМПВ)

д) »о.шолронзаюшис или воллолротыкающис катамараны (ВПК)

з) суда на подводных крылях (СПК),

О

е) секювые суда на воздушной ж) амфибийные траспортные подушке (СВПС) срсчства на воздушной

потушке (С В ПА),

иит

и) квадримараны (КВАД)

к) пентамараны (11)

Рис 2 Схематическое изображение скоростных судов различных архитектурно-конструктивных типов

Благодаря разработке принципов движения судов с использованием подводных крыльев и воздушной подушки в середине 1950-х годов были созданы первые пассажирские суда со скоростями хода, в два-три раза превышающими скорости судов традиционного типа Флот скоростных судов быстро совершенствовался В 1970 - 1980-е годы били созданы скоростные катамараны, которые присоединились к скоростным судам на подводных крыльях (СПК) и амфибийным транспортным средствам на воздушной подушке (СВПА)

Новое развитие в 1980-е годы получают скоростные однокорпусные суда, использующиеся очень активно в качестве пассажирских паромов и особенно автомобильно-пассажирских паромов С И Логачев и В В Чугунов показали, что с 1990 по 1997 г доля катамаранов увеличилась на 20-30% Доля скоростных судов на подводных крыльях (СПК) и снеговых судов на воздушной подушке уменьшились (рис 3 и 4)

Такое падение количества судов на подводных крыльях (СПК) и снеговых транспортных средств на воздушной подушке (СВПС) связано с повышенными расходами на эксплуатацию этих судов Однокорпусные и двухкорпусные суда являются преимущественными типами для среднетоннажных паромов Только скеговые суда на воздушной подушке могут конкурировать с однокорпусными и двухкорпусными судами, но СВПС считаются более дорогостоящими при постройке и в эксплуатации

В XXI веке появится большое число транспортных линий, на которых скоростные суда смогут успешно конкурировать с другими видами морского, сухопутного и воздушного транспорта Поэтому скоростные морские и речные суда представляются перспективным направлением развития водного транспорта во всем мире

200Н 100

1990

1991

1992

1994

1995

1997

□К ЕЮС @СПК ПСВП ВДругие

Рис 3 Изменение долей судов отдельных типов в общем количестве судов мирового скоростного флота

С И Логачев и В В Чугунов выполнили подробный анализ пассажирских перевозок и потребности в пассажирских судах и паромах по состоянию на конец XX века Эти данные дают возможность ориентации при выборе перспективного типа СС Данные, полученные С И Логачевым и В В Чугуновым до 1999 г, были дополнены автором диссертации на начало XXI века до 2007 г Результаты анализа пассажирских перевозок и потребности в пассажирских судах и паромах по состоянию на начало XXI века приведены на рис 4 и 5 На рис 4 -процентное соотношение и его изменение в период с 1991 по 2007 год

|ск ИСВП ШСПК ВОС ИСМПВ РДругие I Рис 4 Процентное соотношение числа построенных быстроходных судов различных типов

150-199 □ 200-349 1 350+

Рис 5 Распределение числа построенных скоростных судов по пассажировместимосги

Анализ строительства скоростных судов выявляет следующие тенденции Среди СС начинают преобладать катамараны, доля которых в общем объеме строительства скоростных судов увеличилась с 50% в 1990 г до почти 70% в 1999 г и с 70% в 2003 г до почти 80% в 2007г Доля однокорпусных скоростных судов в этот же период колебалась от 10 до 30% в 1999 г их доля была около 30%, а в 2003 г их доля была около 20% Количество судов на подводных крыльях резко сократилось Если в 1990 г они представляли около 15% всего количества построенных судов, то в 1999 г их уже не строили В 2003 г СПК представляли около 10% всего количества построенных судов

Распределение построенных скоростных судов по пассажировместимости показано на рис 5 Среди построенных в последнем десятилетии прошлого века пассажирских СС больше всего судов вместимостью 300—350 человек Доля судов с такой пассажировместимостью превышает 50% В этом веке среди построенных пассажирских СС больше всего судов вместимостью 150—199 человек и доля судов с такой пассажировместимостью превышает 50%

Анализ развития мирового рынка скоростных судов свидетельствует о большом многообразии типов таких судов В зависимости от назначения, режимов движения, районов эксплуатации, требований заказчиков должно приниматься решение о выборе типа скоростного судна

В современном мире наука и технология судостроения быстро развиваются Требования заказчика рассматриваются не только с точки зрения минимальных затрат и максимальной прибыли, но в зависимости от цели применения этих судов Скоростные суда и корабли в настоящее время используют в коммерческих целях и для военного применения Скоростные суда могут быть по назначению и типу пассажирские, грузопассажирские, пассажирские паромы, контейнеровозы, Ro-Ro, Ro-Pax, спортивные, патрульные катера и т д

В зависимости от требований заказчиков задача проектирования скоростного судна определяется следующим образом тип судна (пассажирское, спортивное и тд ), эксплуатационная скорость, район эксплуатации, глубины воды, длина линии эксплуатации, дальность плавания, пассажировместимость, грузоподъемность или контейнеро-вместимость, численность экипажа, автономность по провизии и т д

Требования заказчиков, развитие науки и технологии судостроения, развитие инновационных технических решений влияют на тенденции развития мирового рынка скоростных судов В зависимости от развития мирового рынка скоростных судов и интереса крупных инвесторов к транспортному бизнесу происходит создание современного флота Стране нужны крупные вкладчики или бизнесмены, интересующиеся водным транспортом

Кроме традиционного однокорпусного скоростного судна создание остальных типов скоростных судов в значительно большей степени требует проведения специальных исследовательских работ

Эти обстоятельства следует учитывать при создании скоростных пассажирских судов для Союза Мьянма На внутренних водных перевозках страны работают обычные водоизмещающие суда, скорость у которых не высокая Выбор архитектурно-конструктивного типа скоростного пассажирского судна для перевозки по внутренним водным путям Мьянмы предполагает последующую его постройку на судостроительном заводе Союза Мьянма

Однокорпусное скоростное судно благодаря наиболее простой конструкции корпуса в сравнении с остальными различными типами скоростных судов и наименьшей строительной стоимостью на тонну водоизмещения выбрано как объект для разработки проектной методики В нашей стране технология судостроения пока дает мало возможностей для постройки скоростных судов сложных архитектурно-конструктивных типов, нет квалифицированной рабочей силы для сварки легких сплавов В судостроении используют сталь В нашей стране крупные инвесторы и бизнесмены пока еще мало внимания уделяют водному транспорту В настоящее время не существует современных верфей для постройки скоростных судов сложных архитектурно-конструктивных типов

Во второй главе диссертации в рамках предэскизного автоматизированного проектирования скоростных пассажирских судов выполнены следующие исследования и работы методика построения математической модели скоростного пассажирского судна, алгоритм оптимизации, разработка программного обеспечения предэскизного автоматизированного проектирования скоростных пассажирских судов и анализ устойчивости и чувствительности математической модели

Современные тенденции проектирования судов ориентированы на все более широкое применение вычилительной техники Специфика скоростных судов и их многообразие требуют разработки специализированных модулей для расширения вычислительных ресурсов систем автоматизированного проектирования (САПР)

Математическое моделирование на начальных стадиях проектирования судна применяется, чтобы определить успешность функционирования судна и получить возможность исследования и имитации функционирования проектируемого судна в любых условиях Применение математического моделирования с использованием соответствующих формул сводит задачу проектирования скоростного пассажирского судна к экстремальной задаче математического программирования

Задача синтеза проектирования скоростного пассажирского судна С (с,, ,ср), Х(хь ,хп), (x,)mm <х, <(х,)юах, 1 = 1, .,п, СДХ,С)>^, j = l„ . ,m, extr Z(X,C) (3)

С (сь ,Ср) - вектор технического задания или вектор параметров задания, X (х(, ,х„) — вектор оптимизируемых переменных системы или вектор искомых характеристик судна, хтш - минимальные и хтах - максимальные

допускаемые величины оптимизируемых переменных; в, - функциональное ограничение,

- заданное требование проектируемого судна к данному J - качеству, Ъ - критерий эффективности (функция цели)

Элементы вектора параметров задания представляют собой количественные и качественные требования к проекту Например, его компонентами являются количество членов экипажа, скорость хода, дальность плавания, пассажировместимость и т д

Компонентами вектора искомых характеристик судна являются главные размеренна судна, коэффициенты полноты, элементы общего расположения и тп Функциональные ограничения, описанные в виде неравенств, которые базируются на основных условиях существования и работоспособности проектируемой системы

Критерий эффективности (функция цели) применяется для глобальной оценки соответствия качеств синтезируемой системы Значение критерия эффективности для наилучшего варианта экстремально В качестве критерия может использоваться какой-либо экономический показатель, например, минимум затрат и максимум прибыли

Задача проектирования скоростного пассажирского судна была сформулирована как оптимизационная на базе решения экстремальной задачи

Описанный выше общийй подход реализован в построении математической модели скоростного пассажирского судна В качестве критерия эффективности используется максимум прибыли

Компонентами вектора С в данном случае приняты С1 = - требуемый запас плавучести, (м3), с2 = пгасс* - требуемая пассажировместимость, (чел),

с3= Б*- требуемая суммарная площадь, приходящаяся на общее количество пассажиров на соответствующей палубе, площадь багажного отделения и площадь туалетов на соответствующей палубе, (м2),

с4 = Ь*- требуемая минимальная относительная поперечная метацентрическая высота

Компонентами вектора X в данном случае приняты х, = Ь - расчетная длина судна, (м), х2 = В - ширина судна, (м), х3 = Т -осадка судна, (м), Х4 = 5 - коэффициент общей полноты судна

Диапазон оптимизируемых переменных £>пип 2 5 < 5ШЗХ ; Ьтш < Ь < Ьтах , Вгаш < В < Втах , Ттш < Т < Ттах (4)

В блоке математической модели используются некоторые уравнения с (5) до (35)

Водоизмещение судна определяется по формуле

0 = Ь В Т 5 р (5)

Коэффициент продольной полноты скоростных судов был принят по статистическому анализу данных по ряду таких судов

ф = Фср + Л<Р (6)

где фср = 5/(1,62 5) = 0,62 - коэффициент продольной полноты по данным В В. Ашика, Дф = ± 0,07

Коэффициент полноты конструктивной ватерлинии скоростных судов определен путем статистической обработки данных по большой группе таких судов

а = 0,67 ф + 0,3 ±0,07 (6а)

Высота борта на миделе взята по прототипу Запас плавучести определяется

У/В12=а Ь В (Ндщд-Т) (7)

Полное водоизмещение судна в первом приближении определяется из уравнения нагрузки, причем каждая составляющая нагрузки выражается через искомое водоизмещение Разделы весовой нагрузки определяеются

В = 2,Р,(0) (8)

Зависящие от водоизмещения нагрузки могут быть определены по формулам следующего вида и коэффициентам разделов весовой нагрузки (&), взятым по прототипу

Р. = &0 (8а)

Удельное остаточное сопротивление воды движению скоростного пассажирского судна определено по данным модели 302, испытанной в опытовых бассейнах Удельное остаточное сопротивление Л(Д) в зависимости от числа Фруда по водоизмещению(Рпу) имеет вид

(КоЯ))зо2= - 63,49 Рпу3 + 456,77 Рп/- 152,13 Рпу+ 35,767 (9) Модель 302 была принята в качестве центральной модели при оценке влияния относительной длины на величину остаточного сопротивления Значение относительного удельного сопротивления этой центральной модели серии (?0/ г0зог) принято за единицу

Буксировочная мощность проектируемого судна ^

Кя = (го/Гозо2) (Ио/ДЬог Ю"3 Д V (10)

Длина машинного отделения была взята по прототипу

Ьм0 /Ь = 0,23 (11)

Отстояние кормовой переборки машинного отделения от ахтерпика определяется

^мо ~ ^хмо ^ '

(12)

где кхмо — относительное отстояние кормовой переборки машинного отделения от ахтерпика

Площадь машинного отделения определяется

°МО МО В (13)

Минимальная необходимая ширина палубы и размеры салона определены по рекомендация А М Ваганова

Вст.п = Пь Ь + п2 В^В (14)

где пь - число кресел в ряду по ширине судна, п2 - число магистральных проходов, В„р - ширина одного магистрального прохода, (м) Необходимая ширина салона

Вс = ( 0,96 - 0,9 ) ВС1ШП = ( 0,96 - 0,9) В (15)

Число кресел в ряду по длине судна определяется

п, = (С0™дд L/С,,,)-0,25 (16)

где Согеад - относительная длина ярусов надстроек палубы, (м), -расстояние между спинками кресел (шаг кресел), (м)

Минимальная необходимая длина одного салона определяется

Ц»ш. = (п1-1) С,ф + 1,25 (17)

Число кресел в ряду по ширине судна определяется

пь = (Вс - п2 В,,,)/ b (18)

Пассажировместимость определяется

iWc = ni nb (19)

Площадь салона определяетя

Sc = Lcmm Be (20)

Поперечная метацентрическая высота определяется по известной формуле теории корабля

h = zc + r-zg (21)

где г - поперечный метацентрический радиус, (м), т^ - аппликата центра величины, (м), zg - аппликата центра тяжести, (м)

Относительная поперечная метацентрическая высота определяется

hoT = h/B (22)

Период собственных поперечных колебаний судна определяется

т = 0,73 В/( h )0'5 (23)

Координата центра величины определяется

хс = L (0,12 ( 5-0,65)+0,01 ) • (24)

Координата центра тяжести определяется

xg = ( £ Р, х, )/D (25)

где х, - координат центра тяжести каждой весовой группы, (м) Угол дифферента определяется

у = tan"1 ((Xc - xg )/( Zg - Zc)) (26)

Годовой доход определяется

С, _icx ~~ Пр ПпаСС Сбил (—

где пр -число рейсов за год, N3K -численность экипажа,(чел), С6ил -Цена билета, ($)

Годовые приведенные затраты определяются Сгпр„ -(El+(1,0 +kpac) (k^+k^)) C^-f (1,0+крас) (Сгрем+ Crc3K+ CrHJ+ Стоп (28) где El - коэффициент срока окупаемости, крас - коэффициент накладных расходов, камо - коэффициент амортизационных отчислений, кснаб - коэффициент для расчета стоимости судового снабжения, Сстр -полная строительная стоимость судна,( $ ), Сгре„ - стоимость годовых ремонтов,($ ), Сг с эк - стоимость годового содержания экипажа, ( $), Сг нав -стоимость годовых ремонтов, ( $ ), Стоп - цена топлива, ( $ ), Годовая прибыль определяется

Сприб — Сг дох - Сг пр„ (29)

К функциональным условиям относятся 1 Требование запаса плавучести WB12 > WB12*, (30)

2 Требование соотношения между силами веса и силами поддержания по закону Архимеда выражает отношение Д > £Р,, (31)

3 Требование вместимости, основанное на численности пассажиров

И пасс ^ "пасс* , (32)

4 Требование общего расположения Б > Б*, (33)

5 Требование остойчивости, являющееся неравенством в нормировании нижнего предела относительной поперечной метацентрической высоты И > И* (34) Критерий эффективности (функция цели):

Спр = Сдох ~ Сзатр —* шах (35)

Общая схема расчетов с использованием математической модели скоростного пассажирского судна показана на рис.6. Общая схема расчета вместимости показана на рис.7. Взаимодействие математической модели и алгоритма оптимизации показано на рис 8

Виктор лстрои шакия

Ачгоритч отими«цнн

Матемаги №ская модель

Опр». кчсшч гл*»ныч р&шкремии и

|Н) 1МОГЫ Су1Н4

Г.ХЧС1 1ЫС1ЛЫ борта

Сравнение с прмыл) ишми рсэуптагамм н илииннанне 1Уч(иС1 о париат а сути»

Гасчо критерии |

(ффоЛТИНОСГК 2 _|

Расчет >ксл наганном пых

Расчет нагруии и опръте

<Г

Расчет I ж н ро» ме стт» мости

Рис 6 Общая схема расчетов с использованием математической модели скоростного пассажирского судна

х - х«.

Математику екая мелеть {Опрслечение гчавных размереннн и ко по тэты судна

Алгоритм оптимизации

_I качена вектора Х< ~ X) ]|

I рлписнис с предьпутаимм рс!ч»татами н запоминание | тучшего варианта с>тна)

Рис 7 Обшая схема расчета вместимости

четвпекфичеепш ьмиод Ь |

Рис 8 Взаимодействие математической модели и алгоритма оптимизации

Вектор Х0 является нулевым приближением, полученным либо простым назначением компонентов вектора оптимизируемых переменных из заданного диапазона, либо расчетом по методу последовательных приближений В блоке алгоритма оптимизации, если какие-либо ограничения не выполняются, вектор X, заменяется новым вектором Х,+1 Замена вектора X, вектором Х1+1 производится до тех пор, пока для данного

варианта не будут выполнены все ограничения Его эффективность оценивается по критерию, запоминается результат лучшего варианта и опять повторяется процедура замены до получения нового допустимого варианта Затем из всех допустимых вариантов выбирается наилучший по экстремальному значению выбранного критерия В зависимости от технического задания, математической модели и алгоритмов оптимизации получают оптимальные искомые характеристики судна Качество используемых статистических данных и уравнений определяет качество результата оптимизации

Методология оптимизации использована для решения задачи проектирования скоростного пассажирского судна Математическая модель дает вариант проектного решения, а алгоритм оптимизации организует построение такого вариантного ряда, который приводит к оптимальному решению Выбор алгоритма оптимизации определяется математическими характеристиками модели

Принятый алгоритм оптимизации является комбинацией двух алгоритмов оптимизации случайного поиска и Хука-Дживса Комбинация этих двух алгоритмов оптимизации позволяет значительно повысить эффективность поиска оптимума Алгоритмы выполняют последовательное изменение одного из компонентов вектора оптимизируемых переменных до тех пор, пока после серии шагов не будет допустигнуто наилучшее значение критерия эффективности Ряд модулей включен в программно-методический комплекс проектируемого скоростного пассажирского судна с использованием программы Delphi На рис 9 показана структура программно-методического комплекса проектируемого скоростного пассажирского судна Таким образом создан программно-методический комплекс для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна, который может быть использован при проектировании пассажирских судов для Союза Мьянма

Рис 9 Структура программно-методического комплекса проектируемого скоростного пассажирского судна С использованием программно-методического комплекса получаются оптимальные варианты в зависимости от задаваемых данных Программно-методический комплекс позволяет выбрать наилучший вариант на начальных стадиях проектирования, удовлетворяющий заданным ограничениям и экономическим критериям, при эксплуатации судна с различными скоростями и на разных линиях.

Проверка адекватности - это важная составная часть анализа результатов оптимизации Потому что получаемые результаты решения оптимизационной задачи имеют практическое значение только в том случае, если математические модели объектов проектирования являются адекватными

Заключение об адекватности может быть только по аналогии Информационная мощность модели всегда меньше информационной мощности реальной системы, поэтому можно говорить только о частичной адекватности Однако, даже проверка частичной адекватности встречается с трудностями, потому что отображенные свойства реальной системы в модели на самом деле зависят также и от тех элементов и отношений, которые в модели отражения не нашли

В научной и инженерной практике мерой адекватности является точность, характеризующая сходство между информацией, получаемой от математической модели и от реальной системы С позиций теории математического программирования определение достаточной адекватности модели требует исследования устойчивости решения оптимизационной задачи при изменении правых частей ограничений и чувствительности решения при изменении параметров исходных данных технического задания

Табчица I

Назначение Р 69 Контроть-ный вариант Относ итель ная погрешность, %

1 Пассажировмеспшость чел 84 76 9,52

2 Скорость 18 18 0 00

Я Длина по КВЛ ч 30 40 30 40 0,00

4 Ширина по КВЛ м 3 65 3 65 0 00

5 Средняя осадка м 075 0 75 0,00

6 Высота борта м 1 40 1 40 0 00

7 Коэффициент общей полноты 0 582 0 582 0 00

8 Коэффициент полноты КВЛ 0 821 0911 -10 96

9 Коэффициент продольной полноты 0,694 0 690 0 58

10 Масса корпуса т 28 34 28 30 0 14

11 Масса механизмов, т 5 1 22 56 86

12 Масса общесудовых систем т 2 7 28 -3 70

П Масса электрооборудовании, т 1 12 1 30 1 52

14 Масса заполнения механизмов и трубопроводов т 1 53 1 40 8 50

15 Водоизмещение с полным грузом, т 49 85 49 60 0 50

16 Строительная стоимость $ 298160 6 262768 11 87

В таблице 1 показаны результаты проверки адекватности математической модели на контрольном варианте проектируемого скоростного пассажирского судна Видно, что они близки к данным прототипа скоростного пассажирского теплохода „Экспериментальный - 1" (пр Р69) при вводе следующих исходных данных длина, ширина, осадка и коэффициент общей полноты Поэтому можно считать, что математические

17

модели объектов проектирования имеют достаточную степень адекватности. Рассмотрено влияние основных проектных характеристик пассажирских скоростных судов на изменения критерия эффективности.

В третьей главе диссертации рассмотрена внешняя задача проектирования скоростных пассажирских судов для Союза Мьянма. Расположение портов показано на рис.10. Минимальные лимитирующие глубины воды по рекам Иявади и Чиндуин - 2,4 м, а максимальные 5,1 м. В Союзе Мьянма три сезона. Глубины на реках лимитируются летом и осенью. Дождливый сезон начинается с июня и закончивается в сентябре. Перевозки фузов и людей в стране обеспечиваются различными видами транспорта.

На рис.11 показан годовой пассажиропоток-миль разных видов транспорта и эти данные по Союзу Мьянма показывают, что железнодорожный и автомобильный транспорт используются в большей степени потому, что они перевозят быстрее внутреннего водного транспорта и у них невысокая себестоимость перевозок.

Годовой пассажнропоток-миль

30001

Рис. 10. Расположение портов на Рис. 11. Годовой пассажиропоток-миль разных реках Йявади и Чиндуин видов траспорта

Суда, эксплуатирующиеся во внутреннем водном транспорте, не скоростные. Перевозки пассажиров в районе дельты Иявади дешевые. На реках Йявади и Чиндуин сейчас эксплуатируются только круизные суда и на них очень высокая себестоимость перевозки пассажиров. Очень мало людей используют водный транспорт, в основном только туристы. Видно также, что очень мало используется воздушный транспорт. Данные, приведенные на рис.11 показывают, что для перевозки пассажиров широко

18

Год

ЗЖемнмт/хмныи транспорт А.Ажомгююытый транспорт ЕВтптттсжтй «шный фапслир! оВоа>|1шый (рашктрт

используется железнодорожный транспорт, в меньшей степени внутренний водный и автомобильный транспорт Воздушный транспорт уступает всем остальным видам транспорта

В Союзе Мьянма скорости для перевозки людей по рекам недостаточны Выбранные линии маршрутов по реке Йявади и Чиндуин показаны на рис 10 Эти данные используются при проектном обосновании скоростных пассажирских судов для Союза Мьянма

Решение внешней задачи проектирования скоростных пассажирских судов для Союза Мьянма базируется на логистическом подходе Логистика как наука о планировании, организации, управлении и контроле за движением товаров и пассажиров, исходит из того, чтобы товары и люди перевозились быстрее и экономичнее Они должны быть в нужном месте, в нужном количестве и в нужный момент времени Развитие скоростных пассажирских перевозок в Союзе Мьянма можно рассматривать как создание новой транспортной системы При этом должны учитываться сопутствующая инфраструктура, проблемы экологии и безопасности

В четвертой главе диссертации рассмотрена разработанная методика проектного обоснования скоростных пассажирских судов как конечный продукт для пользователя Представлены формулировка задачи проектного обоснования скоростных пассажирских судов, исходные данные для использования методики, алгоритм реализации и практическая реализация, а также анализ результатов

Общее представление о разработанной методике проектного обоснования скоростных пассажирских судов дают рис 12-14

Рис 12 иллюстрирует ввод исходных данных, включающих элементы технического задания на проектирование судна Модуль оптимизации характеристик скоростного пассажирского судна после завершения процесса оптимизации показан на рис 13 Данные, которые получает проектант, использующий разработанную в диссертационном исследовании методику, представлены на рис 14

Таким образом разработана методика проектного обоснования скоростных пассажирских судов с применением математического моделирования с использованием комбинации алгоритмов оптимизации случайного поиска и Хука-Дживса Исходными данными технического задания для разработанного программно-методического комплекса являются пассажировместимость, эксплуатационная скорость, дальность плавания, численность экипажа, автономность и т д

Оптимизируемыми переменными проектируемого скоростного пассажирского судна являются длина, ширина, осадка и коэффициент общей полноты, а функциональными условиями - запас плавучести, нагрузка, пассажировместимость, общее расположение пассажирского салона и относительная поперечная метацентрическая высота С использованием разработанного в диссертации программно-методического

комплекса для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна получаются основные характеристики проектируемого судна, характеристики ходкости, нагрузок, качки, остойчивости, удифферентовки и экономико-эксплуатационных данных проектируемого судна (рис.14).

ВВОД ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

?/tentnr ы термического мда^ия

naccá«>tice>«trnno(it>, ч:п ! ИХ)

С<орость жспгтуатаиютая, yjn , 22

Дагаяхть nnseatifl, толп ' 5X1

Ччпенполь жипажа, чеп ' 5

Аетоис^юсть по фсшеихи, сут i

8>»Е(Т«иость п oétuee рктпэжеюе Коэфф. площадь, прияэдящдКв на 1 -го

Отмоем тельное отстояние корисеои переборки ; МО от коркового перпеидису лера

СПмклтелвпая дя>«-и «ргсое н^дорое*

высота r^itrurifénxo лрй: rpjnc и

Pótcrosbre между íívmcaw кресел, к

иц»®« од«*о кресм, к

UJnpms одного нагие трального прохода, и ;

4« по пагистрагоъи поохсдос |

•Соэфф- плоцади багвчмхо отдме»1Я, т

Плош&4ь туалетов а од-вй "впубе, г

Длмз рулевой рубкя,* ,

0,52 0,09 6,6«

Данные, мдаеае»** конструктор» Зксиоиичеосая ситуация

Це*« f Г корпуса, í j Цен» ¡ i сулоев схтеи, $ Цепа l к£т У!, $

Цепа IТ мектрооборудсвгюва, ( |

цене 1Т jowíj, $ |

Месйчиаа мрплата чггена жюаяа, \ j Це«а бипбтэ, {

Дп»»« «»«и лссплуатаиич, ►niv [

Коэфф^чнем средней хгоужн ¡

¿weibnx?o r&[¿¿r*t ознсго Р пасса**«, сут/чеп-

Успяуатаоиоияых суток е году ¡

Сред»ме потери в рейсе,су'' f

Ноьф&ынехт портимо*» j

Ко>ффядигит пакпадк»чх расходов j

Ко?ффии>*т1т сроке окупаеиости су д^а |

Ю»ф<Ьи|иент дпя расчете стойкости Г~

судового оибке*** '

Тре6с©лв«я DO «спо'срплябял гн Козфф?име»<т lanaca пгйе умести

Требован« па

Мндачапъкдг отмхмтелучв '

гечлепт^<«скав высота

Ipe6oei»»w по уд*Н|ес«нтоек?

федеяь^* угол дмффер»<т.5, град»*» ;

Е

Рис. 12. Модуль элементов технического задания

ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТЖ МАЛОГО ПАССАЖИРСКОГО СУДНА

ПАРА«ГРЫ МГОЪПМ ХУУЛ-АХЖ* Прмр-зще»»* nepete«Hbw в гктоде Хука-Ддаеса

ОЛТЛ-МЗИР ytfaf ntPEMEh+fcE кач^гьпо? МАХ

0,65 сбшеи

_50 Длина с/д^. "

__5 ü Ufcp»*« судма, и

,¿5 Осад«:ас,д*в.«

rUlPfil^TPbl АЛГОРИТМА С ПУЧДЙНОГО ПОИСКА

0,55 1 0,60

__» |_40

_ Г. 4,0

0.75 1,00

Ограничения

Запас плавучести Нагружа

Пассажиробнес т «ость

бнкттхть и распределения пасскирое no палуба*

0,2$ ■ С,50'

0,2i: 0,Л. "о, 50.'

С. 10 0.00 ¡ 0.60 J

XI

хг

¡О

хч

0,01 ! 0,1 ! 0,1 I 0.1

К-т уменыоектй шага е методе Ху*.а-Д*»вса

"оГсё 0,00

Годность oejjfiwd 1 O.Qflf Статкт»«а пгоуигемкьо: стретче»»!

Запас плавучест Кагружй

Пассаж.чроепес т июс т Б &чест»*х ть и рэспредепе»«) пэссй^чрой по палубе

Ко)ф«8яйие«ть1 rpn«jT&a<í»tu vrenax Огмииче»-ив Запас ппаеучестм Н«г(>гжа

Пассэ*ирое^ест№<ость З^тупУ ть и DATtVíftfiewa п«.Со*гф0б палубе Оаон--*1?<хть

л^ор^ацип о нодеда Ч»: по меорерьвмых переивнчьог Число гЧ!Ре»«-иьых :

Чисгв orpatnsett*!-неравен: тв

ЧИСЛО ПС^С^ЧХ ГС гоьи.'

Чпсло и^лсеrM^aja^eier

М=3 M=S

ИЮ0

ЭХЮ Реа1Ксаи«м<о:гь

Всего иик лов ¡000 Ып по(<*е&рогсу<пе,

ОпТ(Т1ал&мы} peiyrbi ¿т Х2 ХЗ

¡оосно'ру рйэ у "t. ce

кит ВШ9 Кд^терио

Рис. 13. Модуль оптимизации характеристик скоростного пассажирского судна

после оптимизации

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПТИМИЗАЦИИ

Д«*ые по мривгпу

пеепвлкуляр»* и

«

С*адг41погк»|гр»у я

Ко*ф4щиент общей гюлмоты Коэффициент гцодо/ьли полисы коэффициент похгм^ВЛ

Квэ44ч|иент полноты и/иигоут4

Я

Ходки Те

Чп. V Орудд по мдои^лещеии»

Ко^ФФоделт удельного сопромпегия и/т <1

Уде V«» мфлиепеиие, Ф 1115ч 3

Мощлстъ »ерг-гическси у(т*сею» кВт ¡803 4 ЧтоФрудаподопе

№*«МЛЬЧ« «ПвС »ОДЫ ПОД ДИИ|£М судмв мв ходу грм рема гп^би»«7 соды и

¡10 62

ГГУ0г*4 ***««1в1Ъг**1 «ПвС Ю4Ы ТС*

воды,» ««шея с«днв м ходу и

лоиЬД»! 5 ЦиЧМО

При 0 гриИД-12 0

1

2 2500 г

1 5000 «ООО

Н&СОЧ

Кхс» «емлл^ксго косм« ' М*<а м^ргетшеасви ^млги, т Нка обшкцовьа систея т Масса ллгтрообортдее*»* т

Масса .¿погиетт «танихе и трубопроводов I М4ССД ГЧССаяфОС т Масс« жнтах т Мвссд тегчва, т 8с«ДБп>меше>ие т

7 ^ Дйдееит, т

I З&ОЗ

Ггт ■•»16

Фея тическ»« период (вс

Осгончкф ч Агггмсвт« игнтр4 мпм«м и Лотерея** иетлцентр**«»* радиус, и Агглик«т* центра тяжести судна п

Псгер*чмвн^тацеитрг«х»йЛОта я

Отиос«тегь«вй «тацентр|*че(»а4 еыспа

Пр/ное всдои?иецеже т ?2

-о сн

1СИ

®*т>»чккая пассажц»ме''т«о(ть чеч Апплжата Ц Т пкедеюе я 11

Абсцисса Ц Т пэтаюфое от а^тержа и 2$ 8

¿лмчитогоотдсп»и) и Плзтль паиимто в^делетв се я Абаке« кодовом перебоев» МО ст мриовогоперпендигупер», н Чцло кресел в мрпусе в п) д ^ с> дк (не пере» п&лубе) ч*ло кресел в корпусе в роду по ищ*< суднд(н<1пеовак(чпу6е)

8?

1 635

сТб"'

Отикетельнев «бгинс'ац I судн«от чмделя я

Относительна® «гцч«дц В гудне от *1депв я •а*г*«с«.ииуголдифферента град Абсцисса Ц I топ/»ев и болпаств от »^елв и

>ономп>со-«спп}атаиион»«>е дмше Стоиность К(ЖТ£КЦ№1 I

Стс**юстк;довы> |

Сто*шт» Энергетическом >ст««еки (

Стоииостм 'роос®удое**«> $

СТ^ЧАкЛ» СТ>Н)СТЬ ^

Ходавое ереяв и сут

Длитеч^ть погадки пагса*ц>св » рек сут

Стоигт» ТОП»« I чеииостк речоша } lfL.il

Расходы »»а »па» 1 12000

Неонацист* расходы | ?2Й

Пр»»еде*<ь<е чгмты, {

ДсоиА $ ЪЯйб

Прибыъ ( ТГОМ

Загтытъ 1 Печать I

ЗШ16 02

913 00 3^5%'

Резуьтаты 1 м»мкт

Рис 14 Модуль резупьтатов оптимизируемого скоростного пассажирского судна

При изменении исходных данных получаются разные оптимальные характеристики проектируемых скоростных пассажирских судов Анализ полученных вариантов дает возможность выбора варианта, который решает задачу проектирования скоростных пассажирских судов Заключение

В представленной диссертации решена задача, имеющая практическое значение для повышения эффективности проектирования скоростных пассажирских судов, увеличения надежности и повышения ресурса при оптимизации скоростных пассажирских судов

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем

1 Выполнен анализ развития мирового рынка скоростных пассажирских судов, на основе которого произведен выбор архитектурно-конструктивного типа судна для скоростных пассажирских перевозок по внутренним водным путям Союза Мьянма

2 Предложена и разработана методика проектирования скоростного пассажирского судна для условий эксплуатации Союза Мьянма

3 С применением математического моделирования, с использованием построенной математической модели, алгоритма расчетов и алгоритмов оптимизации создан программно-методический комплекс для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма

4 Разработан анализ адекватности и чувствительности математической модели и доказано, что построенная математическая модель достоверна.

5 Разработан анализ проходимости лимитирующих глубин фарватера оптимизируемым скоростным пассажирским судном при разных эксплуатационных скоростях с использованием созданного программно-методического комплекса для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

а) в изданиях, рекомендуемых Перечнем ВАК: '

1 Предэскизное автоматизированное проектирование скоростного пассажирского судна (статья) (автор - 100%) // Йин Тхун Предэскизное автоматизированное проектирование скоростного пассажирского судна //журнал «Морскойвестник» -СПб декабрь2007.-No 4 (24) с 91-93

2 Скоростные пассажирские суда проектные характеристики и тенденции развития (статья) (автор 50%)//А Г Ляховицкий и Йин Тхун. Скоростные пассажирские суда проектные характеристики и тенденции развития //журнал «Морской вестник» - СПб июнь 2008 - No 2 (26) с. 19 - 22

б) в других изданиях:

3 Методика построения математической модели скоростного пассажирского судна (статья) (автор 100%) // Йин Тхун Методика построения математической модели скоростного пассажирского судна // Сборник докадов международного семинара «Корабли будущего» -СПб 2008 с 75-78

4 Обоснование характеристик скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма (статья) (автор 100%)//Йин Тхун Обоснование характеристик скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма//Сборник докладов международного семинара «Корабли будущего» -СПб 2008 с 4346

ИЦ СПбГМТУ, Лоцманская, 10 Подписано в печать 02 07 2008 Зак 3618 Тир 80 1,1 печ л

Введение.

Перечень принятых обозначений и сокращений.

Глава 1. Исследование мирового рынка скоростных пассажирских судов

1.1.Скоростное судно как объект проектирования. Основные понятия.

1.2.Архитектурно-конструктивные типы скоростных судов.

1.3.Тенденции развития мирового рынка скоростных пассажирских судов.

1.4.Систематическая проектная информация по скоростным пассажирским судам и ее анализ.

1.5.Выбор типа скоростного судна.

Глава 2. Предэскизное автоматизированное проектирование скоростных пассажирских судов.

2.1. Методика построения математической модели скоростного пассажирского судна.

2.2. Алгоритм оптимизации.

2.3. Разработка программного обеспечения предэскизного автоматизированного проектирования скоростных пассажирских судов.

2.4. Проверка адекватности и анализ устойчивости и чувствительности математической модели.

Глава 3. Внешняя задача проектирования скоростных пассажирских судов для Союза Мьянма.

3.1. Внешняя задача проектирования как одна из основных задач теории проектирования судов.

3.2. Водные пути Союза Мьянма и их роль в транспортных перевозках.

Глава 4. Методика проектного обоснования скоростных пассажирских судов.

4.1. Формулировка задачи проектного обоснования скоростных пассажирских судов.

4.2. Исходные данные для использования методики.

4.3. Алгоритм реализации методики.

4.4. Практическая реализация и анализ результатов.

В последние годы во многих странах мира повысился интерес к скоростным судам различного назначения, в том числе к пассажирским. Для Союза Мьянма - страны в Юго-восточной Азии важную роль играет развитие скоростных пассажирских перевозок водным транспортом. Страна имеет протяженные морские границы и внутренние водные пути.

Для создания современного пассажирского флота в Союзе Мьянма необходимо проанализировать тенденции развития в мире скоростных судов (СС), обобщить опыт их проектирования и дать оценку достигнутого уровня проектирования судов, используемых для пассажирских перевозок.

Современное проектирование судов ориентировано на все более широкое применение вычислительной техники. Специфика СС и их многообразие требуют разработки специализированных модулей для расширения вычислительных ресурсов систем автоматизированного проектирования (САПР). Оптимизация основных элементов судов на начальных стадиях проектирования с применением САПР значительно снижает трудоемкость проектных работ и обеспечивает выбор оптимального скоростного пассажирского судна для внутренних водных путей и прибрежных морских районов.

Целью и задачей диссертационного исследования является разработка методики построения математической модели скоростного пассажирского судна для эксплуатационных условий Союза Мьянма и разработка программного обеспечения предэскизного автоматизированного проектирования скоростных пассажирских судов для перевозок пассажиров по внутренним водным путям Союза Мьянма с использованием построенной математической модели с алгоритмами оптимизации.

Для решения задач, поставленных в работе, потребовались математическое моделирование, алгоритмы оптимизации: случайного поиска и Хука Дживса, методы регрессионного анализа и последовательных приближений, аппарат и программные продукты систем Delphi, средств Microsoft Office.

Теоретической базой диссертационного исследования являются труды российских и зарубежных ученых в области проектирования и оптимизации скоростных судов, ходкости и мореходности. В их числе работы Ашика В. В., Басина А. М., Бронникова А. В., Ваганова А. М., Вицинского В. В., Гайковича А.И., Демешко Г.Ф., Леви Б.З., Логачева С.И., Ляховицкого А.Г., Ногида Л. М., Пашина В. М., Павленко Г. Е., Царева Б. А., Кутенева А. А., Николаева В. A., Gee N. и др.

В числе информационных источников использовались методы теории проектирования судов, теории корабля, результаты исследований А. Г. Ляховицкого, проводившихся в СССР в 1960-х - 1970-х годах при создании быстроходных водоизмещающих судов для внутренних водных путей и прибрежных морских линий; русская и иностранная литература по проектированию судов: книги, журнальные статьи, научные доклады, материалы научных конференций и семинаров, доступная документация по реальным проектам.

Объекты исследования. Рассмотрены скоростные пассажирские суда, движущиеся в переходном режиме движения. В качестве критерия отбора судов использовано определение ИМО v>3,7V0'1667, где v и V -соответственно, проектная скорость в м/с и объемное водоизмещение на плаву (без хода) в м3.

Научная новизна работы:

1. Анализ современного рынка скоростных судов и выбор архитектурно-конструктивного типа скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма проводится впервые.

2. Разработана методика проектирования скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма.

3. Создан программно-методический комплекс для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна, который может быть использован при проектировании пассажирских судов для Союза Мьянма.

4. Разработана методика оценки проходимости оптимизируемого скоростного пассажирского судна на мелководных участках фарватера при разных эксплуатационных скоростях и при разных глубинах воды с учетом особенности рек Йявади и Чиндуин.

Полученные в работе результаты обеспечили повышение эффективности (сокращение сроков) проектирования скоростных пассажирских судов. Применение разработанных методов приводит к увеличению надежности и повышению ресурса скоростных пассажирских судов за счет оптимизации их проектных характеристик. Разработанный программно-методический комплекс для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна может быть использован при практическом проектировании скоростных пассажирских судов для Союза Мьянма.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

1. Результаты анализа современного рынка скоростных судов и выбора архитектурно- конструктивного типа скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма.

2. Методика проектирования скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма.

3. Программно-методический комплекс для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна, который может быть использован при проектировании пассажирских судов для Союза Мьянма.

4. Анализ адекватности и чувствительности математической модели.

5. Анализ проходимости оптимизируемого скоростного пассажирского судна при разных эксплуатационных скоростях и при разных глубинах воды.

Расчеты сопротивления воды движению быстроходных водоизмещающих судов и изменения относительного запаса воды под днищем судна базируются на результатах модельных и натурных исследований, приводившихся в СССР в 1960-х- 1970-х годах.

В расчете нагрузок масс коэффициенты разделов весовой нагрузки базируются на данных построенного в СССР скоростного судна „ Экспериментальный - 1 " (проект Р69). Масса дизельной энергетической установки (MTU) в зависимости от мощности используется при определении веса энергетической установки.

Сравнение основных результатов практического использования программно-методического комплекса обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна с данными по проекту построенного и испытанного пассажирского теплохода „ Экспериментальный - 1 " подтвердило адекватность и чувствительность созданной методики и разработанной математической модели.

Достоверность расчетов проходимости скоростным пассажирским судном мелководных участков фарватера подтверждена сопоставлением с ранее проведенными в СССР модельными и натурными экспериментами.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы и ее результаты были доложены и обсуждены на международной конференции (SuperFast 2008, Санкт-Петербург), а также на научно-технических семинарах „ Актуальные проблемы проектирования судов и кораблей " секции НТО имени академика А.Н. Крылова в мае 2007г и в марте 2008г.

По теме диссертации опубликованы 4 работ. Из них 3 работы в личном авторстве, доля автора в публикациях в среднем 87%. В изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ, опубликованы две статьи. Одна из них в личном авторстве, доля автора во второй статье 50%.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 125 страницы основного текста ( включая 22 таблицы и 71 рисунок ), список литературы из 57 наименований. Приложения имеют 74 страницы.

Перечень принятых обозначений и сокращений

А - автономность, (сут);

В - ширина судна, (м);

Вщах - ширина наибольшая, (м);

Ворт - оптимальная ширина, (м);

Впр - ширина одного магистрального прохода, (м);

Вс - ширина салона между стенками у палубы, (м);

В спиц минимальная необходимая ширина палубы в салоне, (м); Вцк - ширина централього корпуса, (м); Сбил - Цена билета, ( $ );

С1 амо - годовые амортизационные отчисления, ( $ );

Сг.нав - годовые навигационные расходы, ( $ );

Сг.при - Годовые приведенные затраты, ( $ );

СГрем ~ стоимость годовых ремонтов, ( $ );

Сг.снаб - годовая стоимость судового снабжения, ( $ );

Сг.с.эк - стоимость годового содержания экипажа, ( $ );

Ср топ ~ годовая стоимость топлива, ( $ );

СКор - стоимость корпуса судна, ( $ );

Ссис - стоимость систем судна, ( $ );

Сстр - полная строительная стоимость судна, ( $ );

СГО11 - цена топлива, ( $ );

Сэобо - стоимость электрооборудования судна, ( $ ); Сэу - стоимость энергетической установки судна, ( $ );

- дедвейт, (т); БХУпич - максимальный дедвейт, (т); Бп - водоизмещение порожнем, (т); Е1 - коэффициент срока окупаемости; Ё - относительный запас воды под днищем судна на ходу; Ё1 - относительный запас воды под днищем судна на ходу при 1з/Т

2 - относительный запас воды под днищем судна на ходу при h/T = 3,0; ЁЗ - относительный запас воды под днищем судна на ходу при h/T = 4,5; Ё4 - относительный запас воды под днищем судна на ходу при h/T = 6,0; Ё5 - относительный запас воды под днищем судна на ходу при h/T = 12,0 Fi - ограничение запаса плавучести; F2 - ограничение нагрузки; F3 - ограничение пассажировместимости;

F4 - ограничение вместимости и распределения пассажиров по палубе;

F5 - ограничение относительной начальной метацентрической высоты;

Fn - Число Фруда по длине;

Fnv - Число Фруда по водоизмещению;

Нгн0 - Высота гибкого ограждения, (м);

Нмид - высота борта на миделе, (м);

L - расчетная длина судна, (м);

LOA - длина наибольшая, (м);

LBP - длина между перпендикулярами, (м);

Lmax - длина наибольшая, (м);

Lmo - длина машинного отделения, (м);

Lopt - оптимальная длина, (м);

L„ - протяженность линии эксплуатации в одном направлении, ( мили. );

Lcmrn - минимальная необходимая длина одного салона, (м);

Nr - буксировочная мощность, ( кВт);

N06 - число оборотов энергетической установки, (об/мин);

Noy - мощность энергетической установки, ( кВт); - масса каждой весовой группы, (т);

Ргруз - грузоподъемность, (кН);

РКОр - масса корпуса судна, (т);

Рп - давление в подушке, (ГПа);

Piucc ~ масса пассажиров, (т);

Рполез - полезная нагрузка, (т);

Рпроч - масса заполнения механизмов и трубопроводов, (т);

Рейс - масса систем судна, (т);

Ргоп - масса топлива, (т);

Рэк - масса экипажа, (т);

Рэобо - масса электрооборудования судна, (т);

Рэу - масса энергетической установки судна, (кВт);

К - дальность плавания, (км);

Б - необходимая площадь для данных пассажиров на одной палубе, (м2); Б* - суммарная площадь, приходящаяся на общее количество пассажиров на соответствующей палубе, площадь багажного отделения и площадь туалетов на соответствующей палубе, (м ); Б баг - площадь багажного отделения, (м );

•у

Бвп - площадь воздушной подушки, (м ); Бмо - площадь машинного отделения, (м ); Бс - площадь салона, (м~);

Запасе - полезная площадь салона для пассажиров, (м ); 8тул - площадь туалетов, (м ); Т - осадка судна, (м);

Тдо - длительность посадки пассажиров, (сут);

Торт - оптимальная осадка, (м);

Тпр - норма пассажирообработки, (сут/чел);

ТС1Ш - средние потери времени в рейсе, (сут);

ТХОд - ходовое время, (сут);

V - объемное водоизмещение, (м3);

Wвl2 - расчетный запас плавучести, (м ); 3

Vbi2 ~ заданный (требуемый) запас плавучести, (м );

- суммарная нагрузка (водоизмещение порожнем) и дедвейт; аь а2 , аз - эмпирические коэффициенты; а.1 - показатель степени; Ь - ширина одного кресла, (м); сКор - цена корпуса, ( $/т); сСис - Цена систем, ( $/т );

Сэобо - цена электрооборудования, ( $/т ); сэу - цена энергетической установки, ( $/кВт ); delS - избыток площади салона пассажиров, (м2); g = 9,81 (м/с ) - ускорение земного тяготения; gi - измеритель массы соответствующего раздела нагрузки; gTon - удельный расход топлива на все нужды: gTOn = (0,202.0,206). Ю'3 т/кВт.час для (ДУ); gTOn = (0,250.0,306).10'3 т/кВт.час для (ПТУ); g'3K - 0,15 т/чел.сут,- масса воды на одного человека в сутки; g5?эк - 0,003 т/чел.сут,- масса сухой провизии на одного человека в сутки; g'"3K - 0Д2 т/чел,- масса одного человека с багажом; h - поперечная метацентрическая высота, (м); hl 1 - глубина воды при h/T = 1,5, (м); h22 - глубина воды при h/T = 3,0, (м); h33 - глубина воды при h/T = 4,5, (м); h44 - глубина воды при h/T = 6,0, (м); h55 - глубина воды при h/T = 12,0, (м); h0T - относительная поперечная метацентрическая высота, (м);

Ьдалуб - высота между палубами, (м); камо - коэффициент амортизационных отчислений; к3 -1,1 1,2 - коэффициент морского запаса; к311 - коэффициент загрузки пассажирами; км - коэффициент, учитывающий массу питательной воды и смазочного масла: км = 1,03 1,05 для дизельных установок (ДУ); км = 1,0 51,10 для паротурбиных установок; крас - коэффициент накладных расходов; кснаб - коэффициент для расчета стоимости судового снабжения; ксред зарп — среднемесячная зарплата члена экипажа, ( $ ); кХмо - относительное отстояние кормовой переборки машинного отделения от ахтерпика;

6 - относительная длина;

Скр - расстояние между спинками кресел (шаг кресел ), (м); отпад - относительная длина ярусов надстроек; п2 - число магистральных проходов; пь - число кресел в ряду по ширине судна; щ - число кресел в ряду по длине судна; пр - число рейсов за год.; пШШуб - число палуб в корпусе;

Ишсс - количество пассажиров, (чел); пиасс* - заданная пассажировместимость, (чел); пр - число рейсов за год; пэк - число эксплуатационных суток в году;

Пэкж - число экипажа, (чел);

Рпасс - удельная масса на одного пассажира, (т/чел.); г - поперечный метацентрический радиус, (м);

Бода - площадь салона, приходящаяся на одного пассажира, обычно л колеблется 0,5 - 0,9 (м /чел.);

Ббаг - площадь багажного отделения пассажиров,

1,05 (м /т);

V - эксплуатационная скорость судна, (м/с); утах - максимальная скорость, (м/с); хс - абсцисса центра величины, (м); Ха - абсцисса центра тяжести, (м); хё.топ - абсцисса центра тяжести топлива и балласта, (м); хмо - отстояние кормовой переборки машинного отделения от ахтерпика; XI - абсцисса центра тяжести каждой весовой группы, (м); хтсс — абсцисса центра тяжести пассажиров на всех пассажирских палубах, (м); 2с - аппликата центра величины, (м); — аппликата центра тяжести, (м); zn - аппликата пассажирской палубы, (м);

Znacc - аппликата центра тяжести пассажиров на всех пассажирских палубах, (м); а - коэффициент полноты конструктивной ватерлинии;

Р — коэффициент полноты мидель-шпангоута;

8 - коэффициент общей полноты судна;

5орт - оптимальный коэффициент общей полноты судна; ф - коэффициент продольной полноты; - угол дифферента, (град); т - период собственных поперечных колебаний судна, (сек); р - массовая плотность воды, (т/м3); ртоп = 0,8203 - плотность топлива, (т/м3); Д - массовое водоизмещение судна, (т);

Аз - зазор между крайними рядами кресел и стенками салона, (м); Дустаи - установленное водоизмещение, (т);

ДР - разность между полным массовым водоизмещением и суммарной нагрузкой масс;

Д Niiacc - разность между заданной пассажировместимостью и количеством пассажиров;

Х(ппасс)ппалуб - пассажировместимость на всех палубах, (чел);

ОСПС - однокорпусные скоростные пассажирские суда;

СВПА - амфибийные транспортные средства на воздушной подушке;

СВПК - скоростные волнопронзающие или волнопротыкающие катамараны;

СВПС - скеговые суда на воздушной подушке;

СК - скоростные катамараны;

СКВАД - скоростные квадримараны;

СМПВ - двухкорпусные суда с малой площадью ватерлинии;

СП - скоростные пентамараны;

СПК - суда на подводных крыльях;

СПС - скоростное пассажирское судно;

СТ - скоростные тримараны.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Выполнен анализ развития мирового рынка скоростных пассажирских судов, на основе которого произведен выбор архитектурно-конструктивного типа судна для скоростных пассажирских перевозок по внутренним водным путям Союза Мьянма.

2. Предложена и разработана методика проектирования скоростного пассажирского судна для условий эксплуатации Союза Мьянма.

3. С применением математического моделирования, с использованием построенной математической модели, алгоритма расчетов и алгоритмов оптимизации создан программно-методический комплекс для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма.

4. Разработан анализ адекватности и чувствительности математической модели и доказано, что построенная математическая модель достоверна.

5. Разработан анализ проходимости лимитирующих глубин фарватера оптимизируемым скоростным пассажирским судном при разных эксплуатационных скоростях с использованием созданного программно-методического комплекса для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма.

Заключение

В представленной диссертации решена задача, имеющая практическое значение для повышения эффективности проектирования скоростных пассажирских судов, увеличения надежности и ресурса при оптимизации скоростных пассажирских судов.

1. Anon. A SL1.E evaluation. Ship&Boat International, January/February, 1997, pp9-ll.

2. Anon. Climate Changing for Short Sea Shipping? MarineLog, August, Vol. 112, N8, 2007, pp21-22.

3. Dubrovsky V., Lyakhovitsky A. Multi-Hull Ships. Backbone Publishing Company, USA, 2001, 495 p.

4. Dudson E., Harries S. Hydrodynamic Fine-Timing of a Pentamaran for HighSpeed Sea Transportation Services. International Conference on Fast Sea Transportation FAST'2005, June 2005, St.Petersburg, Russia.

5. FASS WP1 Report Contract Number : WA 97 - SC 2206 FDD D 113.00.08.042.001 (23.12.1998).

6. Fast Ferry International, April 2006.

7. Fast Ferry International, June 2004.

8. Fast Ferry International, March 2004.

9. Fast Ferry International, November 2006.

10. Fast Ferry International, December 2004.

11. Gee N. The World Market for Fast Vessels. Proc. of the 8 ^ Intern. Conf. FAST 2005, St. Petersburg, Russia, 2005.

12. Hardberger M. Water Slicers. WorkBoat, October, wwvv.workboat.com. 2006, pp 64-66.

13. Kennell C.Design trends in high-speed transport. Journal Marine Technology, Vol.35, №3, 1998.

14. Lyakhovitsky, A.G. Influence of the ship hydrodynamics on development of the high-speed vessels of the transient-regime of motion. Trans, of the Third Intern. Conference CRF-96, Vol.2, St. Petersburg, Russia, 1996, pp 432-441.

15. Lyakhovitsky, A.G. Shallow Water and Supercritical Ships. Backbone Publishing Co., Fair Lawn, NJ, USA, 2007, 277p.

16. Mark S. Libby ,Fast Ferry Operations and Issues ( Report ME-99-5A ) June, 2003.

17. Nigel Gee, Managing Director ( BMT Nigel Gee and Associates Ltd. ). Applications of the Pentamaran Hull Form for Fast Sealift and Freight Applications

18. Presentation to National Shipbuilding Research Program 3 March 2005 )

19. Roy J. Gee N. The Effects of Length on the Powering of Large Slender Hull Forms, Keynote Lectures. Proceeding of the 7th International Conference on Fast Sea Transportation, October 7-10, 2003, Gulf of Naples, Italy, Keynote Lectures, p.p. 23-30.

20. Russian Maritime Register of Shipping.

21. The Quadrimaran. ( QuadTech Marine, LLC ), www.quadteclimarine.com Дата: 18.10.2007

22. William Hockberger, Quadrimaran Ferries High speed with shallow draft (Transportation Research Board Annual Meeting Washington, DC, 22 January 2007)

23. Андриевский, М.И. Организация проектирования судов внутреннего плавания. Л. Судостроение, 1977, с.264.3033