автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Разработка методики оптимизации обводов корпуса при проектировании судов переходного режима движения

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДРОБЫШЕВСКИЙ

Ростислав Владимирович

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПТИМИЗАЦИИ ОБВОДОВ КОРПУСА

ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СУДОВ ПЕРЕХОДНОГО РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ

05.08.03 — проектирование и конструкция судов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград — 1991

Работа выполнена на кафедре проектирования судов Ленинградского ордена Ленина государственного морского технического универ- -ситета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

ЦАРЕВ Б. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор АРТЮШКОВ Л. С. кандидат техн. наук, ст. научн. сотр. СИМОНОВ Ю. А.

Ведущее предприятие — ЦКБ «Редан».

Защита диссертации состоится «23 » САмт^Ь]991 года в часов в ауд. на заседании специализированного

совета К053.23.03 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Ленинградском ордена Ленина государственном морском техническом университете по адресу: 190008, Ленинград, Лоцманская, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ленинградского ордена Ленина государственного морского технического университета.

Автореферат разослан « * 1991 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат техн. наук, доцент КРАСНИЦКИИ А. Д.

"веки*

r,:.f

«Л

OFM! Р/ГО'Ш

" iйсЖ= Ф7!Д переходного режима j-5pc:;o ппнгснг:тгст с ::cpo.«i:r?i ^оггЛотпз, они ruüc:o;i iuop^oii^cpyrcw^o^f^i, узтел а

и в tEirpoisc!.? дпагк^она сгсростсЛ» та:га"

судов ео много;: опредо:;^^ распонгжм» сг:>з^стироЕ"нг::1Э обводи корпуса- lipo;?;) rrcro плтой пгродиодс^Лотсепнс!' задачей является нгсо^сдш'-тось -сеплипю^снсргстглеанкх ресурсов, Один ип ггтсЦ овсксжи - врссчгирог.шн:з корпуса судна о нчинонььгч сотп7?шж!?$£С'!«

Таким оорг.со;!, Нсой::од-:::о r^TCib ir^tuo метод; p.-^rcTGB хп.дссстп» которые поэголядч ö у:--; V'*, -¿юпщ стадшп; проегс-тнрокглпя обеспелитъ ра;с:н!о щь-ът оштэтотугл сбводои корпуса. Необходима пргоЗрагова'гь олродеяс.'тя гидродинамических характеристик корпуса судв, ¡феднагшетслгпдх для глиссиругзщего и переходного рсяимоз, к фэрхо, удобней для использования о системе гштеттизнрог.'лщего проентпровачэя (САПР). СледоЕр.телыго, актуально создание сЗвбзошого, в не-тоднцосксм отиочтеили, способа расчета, ого рггчизгдпя з pars— itax САПР и применение при решении оадач пресетировгкня судов переходного реяима движения.

""Необходимо учесть, что для таких судов даикешю в переходном и глиссирующем режимах (в отттхц от- режимоз плава?» шш) характеризуется но двумя перепашшя параметра»«! ~ сопротивлением трения я оотатотшм ссзро'глв.текием, а шестью параметрами • остаточным сопрстнтзд0!пзи, сопротивление!! трения, смоченной поверхность«!, спсчршйП данной, всплытием п ходовым дифферентом, Это приподж? :г громоздкой форме представления результатов пегаггвйлй п \г необходимости ручной графической интерполяции результатов»'Поэтому полученный к настоящему времени богат;:!; опепершентальшгй материал (серии Володина H.G., Буньковз IÜJ.» Кясьшнта(~Блаунта, модели Норд-стрема и Грота и др.) з значительней степени обесценивается из-за разобщенной обработки эксперимента.

Решая задачу ходкости в САПР, необходимо определить хаг-рактеристики, наиболее полно ид eirrкфпц!фуоднэ форму корпуса и использовать их для построения математической модели методом многоперам етричесгсого задания особенностей формы. Для этой цели можно применить аппарат вдогофакторного йореляци-онно-регрессионного анализа, позволяющий построить модель процесса и подобрать, с помощш ЗВМ, формула, аппроксимирукь-щие вводимую информации.

Целью работы является создание методики проектного ана-

лпзс обводов корпуса судов иорзлодного дсинения, он-

•гашэацга! характеристик форля! корпуса, разработка практических рекомендаций по обосковаш:э Форш их корпусов (с учетом требований к ходкости и в соответствии с шделыи океплуати» цин судов) и по. рациональной фор:,'о представления параметров обводов корпуса п САПР.

Нпупнап нотадка. работа заключается;

- в нозои подходе к цроситноыу анализу судов переходного pesuua движения (учет к* шогореаашости; форгшровашо модели эксплуатации; применение рационального критерия оптшн-зации);

-■ в новой система парш^тров при геометрической и аналитической описании обводов корпуса и при создании теоретического чертежа на основа резания обратной задачи минимизации сопротивления;

- г. новом способа обоснования рационального соотношения длила и полной ыасск судна путем совместного решения уравнений ходкости и погрузки?

- в новой схеме обоснования характеристик энергетической установки судна, обеспечивавшем ее соответствие модели оксплуагации в виде спектра эксплуатационных скоростей.

Теоретической основой диссертационной работы являются методы теории проектирования судов» метода оптимизации и ум." тематического програчшфов&иня, ыатода гидродинамических расчетов. Используются обобщения исследований в области обоснования проектных, конструктивных и гидродинамических характе-ристшс судов: В.В.Ащика, М.Н.Александрова, Л.С.Артюшкова, А.В.Броннккова, М.М.Бунысова, Я.И.Войткунского, A.M.Ваганова, А.Н.Вашедченко, В.Л.Дементьева, В.С.Дорина, И.Г.Захарова,

A.Г.Ляховицкого, П.А.Малого, И.П.Мирошниченко, Ю.Н.Нечаева,

B.М.Лаяшна, Г.И.Попова, А.И.Ракова, Е.П.Роннова, А.Н.Холоди-лика,'Б.А.Царева, П.А.Иауба и зарубежных ученых.

Практическая ценность работы состоит в разработке методик, алгоритмов и программ оптимизации формы корпуса при проектировании судов переходного режима движения, позволяющих на основе системы параметров фарш сформировать рациональный комплекс обводов проектируемого судна, наилучшим образом отвечавший требованиям эксплуатации.

Предложенная методика позволяет автоматизировать процесс проектирования судна, сократить сроки проектирования и

выбрать рациональное направленно совершенствования форма его корпуса.

Внедрение. Результата диссертационного исследования вга-дренм в ЦКБ "Редан", в ЦШСВ "Алтаяб КПК Минсудпрома и в ЛКИ.

Апробация работы. Осповшз положения и результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях ЛКИ (1985-1987 гг.), т?а научно-технической понфе-ренции ШШГ (1583 г.), на IX и X Дальневосточных научно-технических конференциях (г.Владивосток, 1936, 1989 гг.).

Публикации. Осносймв положения работ« изложены в девяти., публикациях актора.

Структура и объем •работа. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, завдгления, списка литературы и приложения. Работа содержи страниц машинописного

текста, £ таблиц, 4<Э рисунков, ^20 нашонопалий использованной литьратуры, страниц Приложения (распечатки программ, результаты расчетов).

СОДЕРИДНЙВ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность то>.'У диссертационной работы," формулируются цели исследования и описывается общее содержание работы.

Первая глава посвящена анализу особенностей проектиро-пения судов переходного реяи?.5а движения на ранних проектных этапах, з ней определено место проектирования обводов в общей схеме анализа и представлена схема решения задачи проектирования обводов корпуса на основе математической модели сопротивления. Определен круг задач, выполняемое рассматриваемыми судами, проанализирована модель их применения, определено понятие спектра эксплуатационных скоростей. Рассмотрены подхода к формирования критерия оценки обводов корпуса, 1 особенности проектного анализа рассматриваемых судов и связь задачи разработки обводов с другими разделагм проектирования. На рис.1 представлена блок-схема построения математической модели сопротивления и ее использования при проектировании обводов судов переходкого режима движения.. Предлагается следующий подход к решению данной задали. . ■ !

1 Анализ обводов

*

2 Выбор типа обводов

■ ■

3 Описание параметров обводов

4 Отбор параметров -обводов

101 Построение натмодели | сопротивления

<5

Модель адекватна?

12

-.нет

-а

да

Назначение параметров применительно к проектном/ заданию

13

Оценка сопротивления движении

Б Анализ методов построения матмодели сопротивления

1

6 Результаты экспериментов

А

7 Выбор метода построения матмодели сопротивления

./ Метод я эксперимент4*. >т~%8 согласуются? /

да

__±_________

У Метод и параметры N. "\9 согласуются? ?

Да

14 Разработка критерия

А

15 Расчет критерия

1

Вариант обводов N.

удовлетворяет у

\ критерию? у

да

17

Совокупность параметров для проектирования обводов

»

Рис.1 Блок-схема решения задачи проектирования обводов.

Из анализа возможных обводоа (I) определяются типы об-» водов, которые предполагается использовать при решении данной задачи (2). Для выбранных типов обводов определяются параметры формы (3), применяемые для проектного описания обводов при решении задач ходкости» На основе анализа влияния параметров обводов на сопротивление выбирается система параметров (4), которые однозначно и с заданной точностью описывает обводы корпуса и могут быть использованы для построения математической модели сопротивления.

Анализируется метода построения математической • модели сопротивления (о), на основе уха иыещегося экспериментального материала (б) - результатов модельных испытаний корпусов СПР на тихой воде. На основе выбранного метода построе-' ния математической модели, система параметров и экспериментального материала строится математическая модель сопротивления (10). Полученная матмодель проверяется на адекватность (II).

По матмодели определяется сопротивление корпуса СПР на тихой воде (13). Разрабатывается критерий определения оптимального сопротивления для каядого из заданных скоростных режимов движения (14), На основа расчета сопротивления а критерия оптимального сопротивления на задайте: режимах решается оптимизационная задача обеспечения оптимальных характеристик сопротивления. Решением задачи являются значения параметров форма корпуса имеющего минимальное сопротивление в заданном диапазоне скоростных режимов.

Предлагаемый агетод' проектирования обводов позволяет: ужа на ранних этапах проектирования определить форму обводов кер-пуса судна, наилучшим образом отвечающих предъявленным требованиям; исследовать возможности применения различных форм корпуса для проектируемого судна; оценить по ходу процесса проектирования влияние изменений параметров форш корпуса на оаидаемые ходовые качества судна; сократить трудоемкость проектных работ на ранних стадиях проектирования; выдать рекомендации для проведения испытаний серий моделей корпусов, что позволит в то жэ время уточнить я дополнить саму матмодель.

Далее изложена последовательность анализа характеристик судна при автоматизированном проектировании. Определены основные функциональные требования и проанализированы основные характеристики рассматриваемых судов различного назначения. Эти суда могут использоваться как разъездные, инспекционные, суда и катера милиции и рыбнадзора, пассажирские, аварийно-спасательные, пожарные, медицинские и др. Данные суда имеют, как правило, не одну эксплуатационную расчетную скорость, а несколько. Они одинаково важны для выполнения судном ряда предусмотренных функциональных задач. Эти скорости относятся к различным режимам движения: к ракшу плавания пря Яг},<1,0, к переходному редину (1,0 Гг5 < 3,0) и иногда к летальной стадии глиссирования (Ргэ £-3,0).

Особенности проектирования рассматриваемых судов вытекают из сценария их работы или модели эксплуатации. Примером ноже? служить модель функционирования судна охранения (милицейское, рыбнадзора). Задача заключается в обнаружении нарушителя и его задержании. Сценарий работы: судно патрулирует охраняег^ый район со скорость« 1Г{ , определяемой возмояностьа использования средств обнаружения; при обнаружении нарушителя преследует 'его со скоростью . Из практики макет быть установлено долевое соотношение V, и , которое необходимо при решении критериальных задач по оптимизации параметров ходкости и обводов корпуса.

Это долевое соотногаение мокно назвать спектром эксплуатационных скоростей Зависимость Б обычно носит дискретный характер, но в общем случае мозкет быть и непрерывной функцией.

(81 при

в2 при (I)

í

Учет спектра ВСЮ оказывает существенное влияние на значение критерия оценки проекта в целом.

Поскольку оптимальные обводы корпуса зависят от заданного спектра скоростей и от распределения требуемых характеристик мореходности по сезонам, то. при формировании критерия оптимизации обводов корпуса необходимо учесть характеристики спектра скоростей, достижимых уровней мореходности и характеристики энергетической установки судна (рис.2).

Рис.2. Свдзь спектра скоростей с црпёне-м мореходности.

т

В системе проектного анализа предусматривается: определение характеристик района эксплуатации, формирование элементов судна в первом приближении, определение характеристик электроэнергетической системы и систем жизнеобеспечения, определение параметров форш корпуса я двизителей, анализ технических характеристик главной ¡энергетической установки, определение технических и экономических характеристик судна, выбор основных проектных регаений, разработка компоновки судна, определение нагрузки масс, оценка мореходных качеств, оценка прочности, удифферентовка судна, проварка остойчивости и непотопляемости, уточнение экономических характеристик и анализ вариантов проектируемого судна.

Вторая глава посвящена обосновании проектных параметров формы корпуса для описания обводов судна переходного режима движения. Рассмотрены типы применяемых обводов, проанализированы способы их описания и используемые при этом параметры формы. Предложена новая система из восемнадцати параметров, описывающая обводя корпуса с достаточной точностью и пригодная для построения математической модели обводов.

Параметры форш должки наиболее точно и однозначно описывать форму строевой по шпапгоутам, форму действующей ватерлинии (ВЛ), продольную и поперечную профилировку днища.

В качестве параметра поперечной профилировки целесообразно использовать коэффициент полноты ппангоута у9» сд/&Т. При этом, шпангоуты любой форш могут быть представлены, эквивалентными плоскими ветвями по днищу и борту. Связь мезду углом килеватости уд" и коэффициентом полноты шпангоута /3 выразится зависимостью:

что позволяет однозначно определить условный угол килеватости днищевой ветви шпангоута. При отображении характера изменения поперечной профилировки днища вдоль судна можно ограничиться описанием миделя и транца (рис.3), тогда полная идаь тификация поперечного профиля днища будет осуществляться шестью параметрами: шириной ВЛ на миделе и транце 8>Тр , относительной шириной скулы на миделе - £ск - Вск/'Вд и транце - §сктр3 6скТ(|/Вгг, коэффициентами полноты миделя •• у^йг и транца гр .

Понятие продольного профиля днища связано с формой ба-токсов обводов корпуса. Продольный профиль днища предлагает-' ся определить в виде осредненного батокса. Осредненный ба- ' токе можно представить как частное от деления площади погруженной части шпангоута - на его ширину цо ВЛ-б;, т.е.

, Такое эквивалентное представление несущей поверхности позволяет сохранить величины водоизмещения V, продольного момента инерции ВД, центра величины погруженного , объема корпуса.

Рас. 3. Параметрическое описание формы корпуса судна переходного режима Лишения.

Для описания формы погруженного объема корпуса доста- . точно в набор параметров включить характеристики формы конструктивной ВЛ, что в совокупности с батоксом характеризует распределение объемов по длине. Для описания формы ВЛ и продольного профиля днища предлагается разделить указанные фигуры по сечении максимальной ширины и рассмотреть отдельно носовые и кормовые части этих фигур. Тогда, на основании построений (рис.35 форму ватерлинии мо.тоо описать четырьмя па-

раметрами: относительным продольным положением максимальной .ширины - коэффициентами полноты носовой - ебг. и

кормовой - Ык частей ватерлинии, относительной шириной ватерлинии на транце - ётр - Ьтр/Ь .

Форш осредненного батокса определяется аналогичны?! образом и характеризуется четырьмя параметрами; относительным продольным положением максимальной величины Т^о* - ^¿б/ь» коэффициентами полноты носовой - и кормовой - частей осредненного батокса, относительной величиной , транца ¿*,= Х-р/^гг» ' Значение определяется по зависимости:

т * - V" (з)

Для учета особенности формы кривой, в.частности ее о -образности, необходимо ввести дополнительный параметр - центр тяжести (ЦТ) площади Х/» (для носовой части ВЛ). Для раскрытия корреляционной связи с коэффициентом полноты с1н предлагается Х/м представить в виде двух слагаемых:

*/« = Х>я<г/, + А (4)

^¿Кпвр » /0*н) ~ (Ь-Ьв )/2(2~<*н) * ■ (б)

где - положение ЦТ равновеликой параболической ВЛ.

описанной параболой Чапмена: ^

у-Штк)^. <б>

Д - отклонение положения ЦТ ВЛ от ЦТ равновеликой паг» раболической ВЛ.

Тогда АХ/» определится по следующей зависимости:

Предложенным приемом удается выделить независимую от Лц составляющую ЛХ^/у, которая выбирается в качестве параметра. Зная Ы.н и можно построить математическую модель носовой ветви ВЛ в виде безразмерной зависимости:

где Х-Х/(ь-ив).

Аналогичным образом можно описать кормовую ветвь ВЛ 1 и продольный профиль днища.

Для связи с главными раэмерениями подводной части корпуса судна необходимо также ввести масштабы длины и ширины:

/.¿/ V"', ёаВ/Ч"* (9)

Таким образом, для описания обводов корпуса судна переходного режима движения в целом, предлагается набор из 18 параметров: V масстабы: С , 8 1

описание КВЛ: <Ац , Л Х/к, С& , отр ;

описание продольного профиля днища: ¿^к , &ХБ„

¿6, t ТР ; р р

описание шпангоутных сечений: , ртр » осктр'

Предложенные параметры независимы друг от друга и отра-жвют особенности формы обводов корпуса с достаточной степени) адекватности.

Процесс построения математической модели обводов можно показать на примере носовой ветви ВЛ, характеризуемой параметрами и аЬ'4. Носовая ветвь ВЛ может быть описана кривой, состоящей из двух безразмерных функций: параболы Чап-мена. ограничивающей равдовеликуь площадь и многочлена, предложенного Ногидом Д.М., для описания отклонения действительной формы ВЛ от параболической

4-Х*+АХ2+вЯ*ч. Сх* (ю)

где X - безрезмерная абсцисса.

Для определения показателя степени N и трех коэффициентов А ,6, С необходимо определить граничные условия, на основании которых можно получить систему уравнений. Решая эту систему, получаем выражения для коэффициентов уравнения: Ах-Ш^ц Х^н , а« Ш-Лн'Щи , С=-Ъ00<АН ДХ^. В результате можно составить уравнение, которое позволит получить безразмерные ординаты носовой ветви ВЛ:

у = у . х А - 60ЫН■ ЛХ/н (ЗХ* - 8Х 5X V (ii) или в размерном виде:

Аналогично можно записать для кормовой ветви с учетом ширины транца:

4».

Зная требуемое водоизмещение судна V и используя масштабы I и § , можно определить длину по KM - L» ¿-У/ъ, максимальная Шфину BJI - Ь« 8-V , а текжо полонезе шпангоута максимальной ширины Lb^bL и ширину ватерлинии ка транце &Тр » &.

Определенных величин достоточно, чтобы определить по зависимостям (12), (13) ординаты полушироты действующей ВЛ проектируемого судна.

Аналогичным образом определяются аппликаты заглубления ссрвдненного батокса, используя параметры его описания: У*. &Хен , & is и С Величина максимального заглубления

вычисляется до зависимости

_ V__- ,т/.

ТрШТч*) «/* '

О л'

Имея значения ординат полушироты ватерлинии щ и апшвдат осрэдненного батокса ¿*, можно получить значения площадей шпангоутов, т.о. строевую по шпангоутам <i)i"2it i * . Дэлзе, зная площади шпангоутов и ширину ватерлинии на мэделе и транце, и, используя параметры описания шлангоутншс сечений: ьек-рц , j3^,ocMTp , firp и зависимость (2), свягывающую ковф-фициент полноты шпангоута с углом килеватости, можно построить упрощенные шпангоутныб сечения миделя и транца. Необходимое для построения заглубление скулы, определяется по зависимости: а

Тс* - m)

Располагая строевой по шпангоутам, конструктивной ВД к схематичный описанием шпангоутов. Ш имеям вполне достаточно информации для разработки и построения теоретического чертежа обычным способом: разработка эскиза теоретического чертежа, его согласование и вычерчивание согласованного теоретического чертежа. При автоматизированной разработке теоретического чертежа, получаемая на основе предложенной системы параметров информация, может служить исходными данными и ограничениями для его генерации.

При реализации предлагаемого подхода используется подсистема Параметры обводов в программном комплексе (ПН) CJTOEP (Суда ПЕреходного Режима движения), реализованного на алгоритмическом языке BASIC для персональных ЭВМ типа IEM PC,

Третья глава затрагивает вопросы формирования модели анализа ходкости судов переходного режима движения. В глава

рассмотрены особенности определения сопротивления корпуса рассматриваемых судов при разработке модели анализа ходкости, проанализированы способы решения прямой и обратной задачи определения сопротивления. Проведен анализ результатов модельных испытаний, используемых при формировании модели ходкости и рассмотрены способы построения математ^еской модели сопротивления. !

При рассмотрении структуры математической модели сопротивления учитывалось, что при изменении относительной скорости движения судна меняются характеристики его ходовой посадки: ходовой: дифферент Ум и всплытие в корме Л. При этом характер изменения элементов посадки соответствует характеру изменения сопротивления корпуса, что подтверждается анализом результатов модельных испытаний. Характеристика посадки оп-пределяются величиной и распределением гидродинамических давлений на гидродинамически активной поверхности днища и, следовательно, от параметров формы этой поверхности к относительной скорости судна

Л * ¿(П<Р, Ггп) ; V, = Рф , (16)

где ПФ - параметры формы корпуса.

Полное сопротивление корпуса Яп рассматриваем в виде двух составляющих - сопротивления трения ЙТр и остаточного сопротивления к»сг .

Сопротивление трения (17) существенно зависит от смоченной поверхности 5?с«, а коэффициент трения « определяемый по известной формуле Прандтля - Шлихтинга, от смоченной длины ¿саг.

йтр'Ъгг-^гЪсн. (I?)

и ЬСц изменяются при движении судка в зависимости от относительной скорости Рг*з и, следовательно могут бытыред-ставлены в виде зависимостей:

¿¿см.* б?о СЮ)

где 5?0,<!-о - исходные значения (при 0), выраженные через главные размерения и параметры формы корпуса.

Вид зависимости остаточного сопротивления от чисел Фру-за хорошо известен и может быть описан следующей функцией*

=, а • гА е срг* (20)

А

или я

{»(¿"^¿„а.е&гь+с-Пъ. (21)

Коэффициенты й , 8 и С должны отражать индивидуальные особенности различных обводов корпуса, а так как параметры ходовой посадки являются индивидуальными характеристиками, указанные коэффициенты следует искать в виде зависимостей от V* и /?. Тогда (21) преобразуется к виду:

(22-

Указанные обстоятельства даст возможность использовать двухуровневую математическую модель сопротивления на тихой воде. На первом уровне определяются характеристики ходовой посадки судна в зависимости от параметров фермы корпуса и относительной скорости, на втором уровне - сопротивление корпуса судна на тихой воде в зависимости от характеристик ходовой посадки ^ и А я относительной скорости РГр.

При выборе критерия оптимизации обводов необходимо учитывать их многорежимность. Для оценки характеристик ходкости рассматриваемых судов необходимо использовать критерий, учитывающий значения сопротивления судна во всем диапазоне эксплуатационных скоростей.

Критерием оптимальности обводов в.данном случав щяе? служить величина работы, совершаемая судном при движении, соответствующей спектру скоростей (I) за период эксплуатации

£-1 ' где Т - время эксплуатации.

Модель эксплуатации судна в виде спектра скоростей Может в общем случае носить непрерывный характер 3 (V). Тогда критерий оценки качества обводов можно записать в общем

/7=7* !ё(1/)с!1Г гпеп (24)

Предложенный критерий позволяет подобрать обводы тдким образом, что эксплуатируемые по заданному спектру скоростей суда будут расходовать минимальное количество топлива, а при заданных запасах топлива будут обладать максимальной дальностью плавания. При этом будет обеспечена заданная полная

скорость хода. Расчеты, проведенные для оценки реальной экономики топлива, показали, что для судна водоизмещением около 350 т, использование указанного критерия при выборе обводов корпуса приводит к уменьшении сопротивления на скорости 12 узлов на 30-5056.

Такой подход к оценке обводов корпуса судов переходного режима движения может быть распространен на оценку качеств проектируемого судна.при анализе решения всего блока задач ходкости. Данный критерий может быть использован для сравнения и оценки ходовых качеств вариантов судна с учетом обводов корпуса, параметров движителей и варианта энергетической установки при условии обеспечения заданной максимальной скорости в качестве ограничения и будет иметь вид относительной работы при движении судна по спектру скоростей

■fHi-sm т f RiVijSfa) (i-Щ

¿7 А1Гс ' ¿1 0-ti)t?Pi (25)

kl ~ R(Vmax) • Vnatr

Nma* ~ 1Ще

где typ» - КОД движителя на i -й скорости; q - пропульсив-ный коэффициент; bJi - коэффициент попутного потока; -коэффициент засасывания; S(Vt-) - спектр эксплуатационных скоростей хода; R(V;) - значение сопротивления корпуса судна на данной скорости спектра; /V* - требуемая мощность при движении с данной скоростью.

Предлагаемому критерию можно придать и более ярко выраженную экономическую направленность. Б этом случае его можно использовать для сравнительной оценки различных вариантов судна переходного режима, учитывая и обводи корпуса, и параметр движителей, а также тип и состав энергетической установки. В таком случае критерий будет отражать расход топлива в единицу времени при движении по заданному спектру эксплуатационных скоростей

Г)

Z Q.lS(Vc) -min <*б)

i-'

£ < - удельный расход топлива энергетической установкой судна при движении с i -й скоростью спектра.

В ПК СУПЕР позициям третьей главы соответствуют подсис-

теш Модель сопротивления, Регрессионная взаимосвязь параметров и сопротивления, Критерий,

В четвертой главе суммируются результаты исследования и формулируется схема применения методики оптимизации обзо-дов судов переходного режима дагсгэния.

Рассмотрены способы предварительной сценки судна, предшествующих разработке обводов. Исксдшлги данными для решети этой задачи являются элемент технического задания: назначо» нио, полезная нагрузка, ориентировочное водоизмещение, мореходность, дальность плавания, автономность, раДон эксплуатации, сценарий использования, спектр зксщуатзцзошпк скорос-. тей хода и др.

В соответствии с величиной и структурой составляющих по» лезной нагрузки определяется область исследования по.водоизмещению и длине судна. Диапазон водоизмещение D,nir,<D<Dmt/. устанавливается по статистическим -зависимостям в функция-- о': . полезной нагрузки и назначения. По характерное/ для pact&ja?-ркваемых судов диапазону относительных удлинений (5,?<£ <8,7) .определяется интервал длин Lmtn < L,< Lrr,nx. В исследуемом .ди-пазоне создается сетка вариантов со значениями длин а еодо-изиещений ( Lj} Di). Также по статистическим зависимостям определяются приближенные значения мощности энергетической установки (ЭУ) Nm(a и Nm)C, которые' обеспечивает минннаяь-нуо (Vmin) " максимальную (V^ax ) скорости заданного спектра эксплуатационных скоростей

Nijmtn ~J(I>i,Lij, Vmin) Г ß>7)

A/lj mar =j(Di> Lj, Vmax) .

Выбираются варианты ЗУ, удовлетворяющие- условии обеспечения минимальной и максимальной скоростей эксплуатационного спектра. Вариант ЭУ содержит: кинематическую схему (число гребных валов, число агрегатов и схему их соединения), ¥илы агрегатов и их технические характеристики. Для каждого варианта ЭУ определяется длина - LHo> ширина - ß мо машинного отделения и его объем -V/мо » которые являются ограничениями при проектировании обводов корпуса судна.

На основе математических моделей сопротивления корпуса на тихой воде, проектирования оптимальных винтов с .учетом взаимодействия с корпусом судна производится оптимизация

главных размеренна и параметре)!, формы корпуса и гребных винтов по минимуму часового расхода топлива по спектру эксплуатационных скоростей хода с учетом ограничения по ширине в района машинного отделения - ВМо. В результате, для кадцого варианта ЭУ, будут определены в некотором диапазоне длин оптимальные главные" раэмерения, параметры формы подводной части корпуса и движителей, водоизмещение, продольное положение центра величины, характеристики ходовой посадки на заданных скоростях движения. Далее производится построение уравнения скорости 2Ь/(Ь) при Vо сол5( и расчет паспортных диаграмм.

Ввиду ограниченности каталога подходящих двигателей, в процессе проектирования возникают ситуации, когда в оптимизируемой точке совокупности исследуемых вариантов требуемая мощность равна Ы0 и мощность двигателя Ы>Ыо недоиспользуется. В качестве основных альтернатив использования резерва мощности можно назвать либо повышение скорости судна, либо увеличение полезной нагрузки (при росте водоизмещения В ), либо частичное использование прироста водоизмещения на дополнительный запас водоизмещения.

В процессе проектирования необходимо иметь . возможность обоснованно контролировать состояние нагрузки судна. Предпочтительно использование такого решения, когда возможно иметь некоторый проектный резерв водоизмещения, не ухудшающий ходовых характеристик судна. Возможность выявления такого резерва лежит в исследовании интервала изменения относительной длины судна £ «= Ь /Ьч\ Проиллюстрировать это можно совместным решением уравнения скорости в форме: Б = /(с) при = = соп&1, и уравнения нагрузки 1> = 4 йс.,где Ррссг - постоянные грузы, куда входит и вес ЭУ так как такое исследование необходимо проводить для каждого типа ЭУ, если имеются альтернативные варианты.

Решение уравнений производится следующим образом. Для диапазона водоиэмещений 1>Я!П<!)<рассчитываются значения полного сопротивления в широком диапазоне относительных длин 6,0 ^ С ( 8,5. На полученную зависимость сопротивления судна от его длины и водоизмещения при V" * = соп&{ в качестве ограничения накладывается кривая предельной тяги р£ Такой расчет производится для некоторого диапазона скоростей 1/ЬЛ} +1-2,узла. В результате расчета по-

лучаем серию кривых - уравнений скорости, характеризующих зависимость водоизмещения судна от его длина а скорости '15 => ■ Налойив на полученную зависимость уравнение на-

грузки масс, получим диаграмму связывающую достияямую скорость судна и нагрузку (рио.4).

Полученная диаграмма наглядно показывает, что при заданной ЭУ и заданной скорости, при росто длины судна 1.»1.04д1. образуется резерв водоизмещения лР, которой ыоано использовать для погашения излишков нагрузки масс образующихся по ходу процесса проектирования судна. По данной диаграмме удобно контролировать нагрузку в течение проектного цикла судна и всегда моано оценить во что, о точки зрения ходкости, обойдется то или иное техническое решение, связанное о изменен»-, ем нагрузка.

На рис.4 представлены зависимости, рассчитанные на ЭВМ. Сопротивление рассчитывалось на основе диаграммы Реет/® -я для серий моделей Нордстрема Грота. Уравнение На-

грузки подучено пересчетом с прототипа по кубическому моду-

лю 1ВН./

Д>

/уя COOвt

Ъ V* % %

а <з

Д

Приведенная диаграмма показывает эффективность удлинения судна при росте? нагрузки тсс для сохранения его ходовых качеств. Так увеличение длины судка на Ъ% позволяет либо увеличить его скорость на 0,7 узла, либо увеличить полезную нагрузку на 11$ или получить проектный резерв водоизмещения 5,6$

Для проведения оптимизационных расчетов была выбрана интерполяционная модель сопротивления, полученная Б.Л.Царе-шы при обработке испытаний серии моделей остроскулых корпусов с систематически изменявшейся длиной, осадкой и положением центра масс. Математическая модель отражает зависимость полного удельного сопротивления от относительной скорости относительного удлинения 1 = Ь/в1/-5 к относительного положения центра масс по длине, изме енного от мидель-шпангоута Х= Ху /(_,. Зависимость имеет следующий вид:

+ 0,8(?'Ь)(0,19-Х). '28)

Б качества оптимнзируенцх параметров били выбраны характеристики корпуса £. и / . Пределы изменения оптимизируемых параметров были ограничены значениями, характерными для судов переходного режима движения

Д < 10,0

{

!_ 0,11<Х< 0,18 (29)

В качестве критерия оптимизации была выбрана работа выполненная судном за период эксплуатации при движении по заданному спектру скоростей хода (23). Спектр скоростей принят состоящим из двух скоростей хода "Ц и У г '

= ( лри £ ' (30)

1 с Б* пРм ,

где и доля каждой скорости в спектре.

Задача решалась в безразмерном виде и функция критерия

имела вид;

Г = 6,' * £2\/2 , (31)

Где и /£г - значения удельного сопротивления при относительных скоростях V, и Уг , определённые по (28).

В ПК СУПЕР для расчете» использованы подсистемы Алгоритм оптимизации обводов и Проектная оптимизация.

Для шявлспия чузстаи*еяь«ости функции критерия ("."л:! рассмотрены урн спсягра скоростей с различии! а значениями скоростей V, ц и га долевого соотношения в опсдтр-ч и

Анализ розульзатоз показал, тао гибрегаэгй крямркЛ оп» •гашсяции «увстгзтелзн к нпкзпеэта долевого соогиояеш'я ррс-шш? использопгшгя- сйорос7c.it в- спектра оксотуатапгтогагл: етге-роегсй и л кснярз'пг.'М зпзчоншш скорсотгХ- спей?ра,

В И В О Д И

На осиово шполнеш&з рагработст? и расчиоз предложена пзтодгаса оптимизация'обводов корпуса при проетгсяройалии судов переходного реяпма двипгишй. Пру со' сЗаспоцглпгл и приложении к конкретным- задача« яояучсин слздущэд. пстае . результаты:

1. Сформулирован 'новый - подход по :?та?ореяацсс?а, при проедарировшпщ судов переходного ркйша дг'-псппгг, -а тем число проанализпровпщ- кодёлъ ояспдуа?ац;гя ц згттея ряцчо-налыпй критерий оптимизации для ?а:;кл судоз»

2. С|ор:-уякрована- кодеяг>' отгаиизшгкк рессиг^ркзаатг-; судов- на основе- систематизации требования з нкм л анализа ^со-бешостей их прогкТяровпния«

3. Предложен' новый способ создания «рвсрстпчесиого тшр-тсл:а рассматриваемых оудов на основе реиети обратной мкиимизмщи сопротивления,

4. Предложены поецз подхода к геометричес:го?.гу и аналитическому описали» обводов корпуса на основе но тривиальной сивтекх параметров фор?.<я корпуса,

б, Сформирована система аналитических моделей сопротивления судов переходного реэдла движения в функции новых параметров Фор:.Е1 обводов' корпуса и с учетом характеристик ходовой посадки на основе иатемаигческой обработки широкой совокупности серийных испытаний о унификацией представления составляющих сопротивления,

6. Создан комплекс автоматизированного выбора оптималь» них параметров обводов рассматриваемых судов на основе 'объединения аналитических моделей и оптимизационных алгоритмов.

7. Предложен новый способ обоснования рационального соотношения длины и полной массы судна путем совместного решения уравнений ходкости и нагрузки.

0. Пр-дчохсга новый подход к обоснованна характернее« ОИбр.'ЛЧ'.ЧССКО': yCTBUOEKIl СуДЯД, обкспсчисакцкй 60 COCTDOTCV-вке заданному ллскгру оксплуатациошшх скоростей.

Оспое:Юо содор-глнкс диссертации опубликовано а следующих работе:?

1. Обоснование проектнух параметров фэрш корпуса при построонип натематичиской модели обводов судов переходного рзакиа дик.ен$ш. - Труды ЛКИ: Обоснование характеристик проектируй.:.« судов, 19.34. - С.61-25.

2. Особенности проектирования обводов судов переходного ронжа лишения. - Труда ДМ: Оптимизация проектируешь судов. 1536. - С.3-7 (в соавторство с В.В.Ашиком).

3. Учет взаимосвязи характеристик посадки л параметров обводов при проектном анализе судов переходного режима движения. - Труди ЛКИ: Актуальные вопросы'проектирования, 123-3. С. 75-75,

4. Учет переменных условий эксплуатации и требований мореходности при проектировании скоростных судов дли Дальневосточных морей. В кн.: Учет особенностей Дальневосточного бассейна при проектировании и модернизации судов. Влодивос-ток: изд. НПО "Дальрабсистемотехника", 1935. - С.6-4-66.

5. Обоснованно водоизмещения и длини скороютых судов с учетом проектнга альтернатив использования резерва моцнос-ти. - Труди ДКН: Проектирование морских судов и плавучи;: технических средств. 1287. - С.72-75.

6. Обоснование выбора энергетической установки при проектном анализе скоростных судов. - Труди ЛКИ: Проектирование морских судов, 1988. - С.55-58.

7. Формирование математической модели проектной оценки ходкости среднескоростннх судов. Сборник научных трудов. ЛИЙВТ, 1283. - С.105-100.

8. Задача проектирования обводов корпуса на основе моделей ходкости. В кн.: Опыт проектирования и модернизации судов для Дальневосточного бассейна. Владивосток: изд. "Даль-рыбсистемотехника", 1989. •• С.В7-0У.

2. Последовательность анализа характеристик при автоматизированном проектировании скоростных судов. - Груды ЛКИ: Оптимизационное проектирование судов, 1990. - С.81-85.

Бесплатно.