Методика обоснования характеристик и элементов рыболовных судов для социалистической республики вьетнам с учетом стохастических и динамических факторов их функционирования

Дам Ван Тунг - диссер. для вывешивания на сайте.pdf

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
«Дальневосточный федеральный университет»
МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И ЭЛЕМЕНТОВ
РЫБОЛОВНЫХ СУДОВ ДЛЯ СОЦИАЛИСТИЧЕСКОЙ РЕСПУБЛИКИ
ВЬЕТНАМ С УЧЕТОМ СТОХАСТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ
ФАКТОРОВ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
Специальность 05.08.03 – «Проектирование и конструкция судов»
Диссертация на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Научный руководитель
Бугаев Виктор Григорьевич
ГЛАВА1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ 10
1 Анализ состояния и перспективы развития рыболовства Вьетнама .. 10
2 Особенности и состояние рыболовного флота Вьетнама 14
3 Современное состояние методологии проектирования рыболовных
судов постановка задачи и методы решения 18
4 Особенности рыболовного судна как объекта исследования 21
5 Электронный цифровой макет рыболовного судна 26
ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПТИМИЗАЦИИ СУДНА 28
1 Математическая модель оптимизации судна 28
2 Математическая модель проектирования судна 31
3 Имитационная модель функционирования судна 43
4 Расчет технико- и эксплуатационно-экономических показателей 50
5 Модель и программное обеспечение оптимизации характеристик и
ГЛАВА 3 ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМЫ КОРПУСА И ХАРАКТЕРИСТИК
ВИНТО-РУЛЕВОГО КОМПЛЕКСА 61
1 Постановка задачи. Основные положения 61
2 Оптимизация формы корпуса (на примере судна с плавными
3 Преимущества и недостатки лекальной и упрощенной форм корпуса78
4 Взаимодействия корпуса судна и винто-рулевого комплекса 80
5 Обеспечение мореходных качеств рыболовного судна 87
ГЛАВА 4 ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ КОРПУСА СУДНА 95
1 Постановка задачи. Теоретические положения 95
2 Оптимизация конструкций корпуса 98
3 Обеспечение прочности палубного перекрытия 106
4 Обеспечение прочности двойного дна 110
4.1 Влияние угла килеватости на прочность конструкций двойного
5 Влияние погиби шпангоутов на уровень прочности бортового
ГЛАВА 5 ОПТИМИЗАЦИЯ ОБЩЕГО РАСПОЛОЖЕНИЯ (КОМПОНОВКИ)
1 Обеспечение вместимости посадки и начальной остойчивости
2 Библиотека элементов конструкций оборудования и механизмов .. 141
3 Проверка адекватности (верификация) математической модели 143
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 148
Актуальность темы исследования.
Вьетнам является страной с протяженной береговой линией с богатыми и
разнообразными рыбными ресурсами. Эффективное освоение рыбных ресурсов
приводит к бурному развитию как рыбохозяйственной и судостроительной
отраслей так и морской экономики Вьетнама в целом. Вьетнамский рыболовный
флот является малотоннажным флотом изготовленным в основном (на 90%) из
дерева. Стальные рыболовные суда существуют в ограниченном количестве
проектируются и строятся на зарубежных верфях в том числе и в России.
Поэтому развитие судостроительной отрасли Вьетнама является перспективным
направлением а постройка современных рыболовных судов на верфях Вьетнама
важной государственной программой.
географическое положение длинная береговая линия и разнообразные рыбные
ресурсы. Согласно статистическим данным общий вылов рыб увеличивается в
среднем на 5% в год и достигнет в ближайшее время 40 млн. тонн. По данным
Food and Agriculture Organization (Продовольственная и сельскохозяйственная
организация - ООН) Вьетнам является одним из лидеров в мире по экспорту
морских биоресурсов поставляет морепродукты на рынки США Японии Кореи
Китая и страны ЕС. Основной вылов рыбы осуществляется деревянными судами в
прибрежных районах промысла (около 68%) что может привести к исчезновению
прибрежных источников морепродуктов [123 128].
В целях сохранения запасов морских ресурсов развития рыбной отрасли и
утверждения суверенитета над территориальными водами Вьетнама в 2014 году
утвержден Указ № 67 в котором указана ориентация на создание и модернизацию
рыболовного флота и развитие рыболовства в удаленных районах промысла. Для
достижения этой цели необходимо постепенно заменить деревянные рыболовные
судна стальными оснащенными современным оборудованием и технологиями
эффективность которых много выше (прибыль от 200 до 250 тыс.) [6].
планируется осуществлять на базе отечественных и зарубежных предприятий (в
информационных технологий.
В практике проектирования и эксплуатации рыболовных судов накоплен
большой опыт однако некоторые представления о взаимодействии сложной
системы каковой является судно с внешней стохастической средой требует
детального изучения. Заметное совершенствование методов проектирования и
оптимизации суть которых заключается в выборе варианта судна из Паретооптимального множества на основе информации о вероятности безотказной
работы. Использование для этих целей оптимизационно-имитационных процедур
позволяет повысить адекватность математических моделей и получить более
информативные вероятностные критерии для принятия решения.
Системный подход выражается в иерархическом рассмотрении структуры
технического комплекса основанном на принципе соподчиненности а также
рассмотрении внутренних и внешних связей судна. Судно представляется
сложной системой состоящей из ряда подсистем в то же время являющейся
частью вышестоящей системы например рыбопромыслового комплекса.
субъективных факторов на принятие решений выбрать наилучший вариант на
основе инженерного и экономического анализа особенностей производства и
эксплуатации проектируемого объекта повысить точность расчетов качество
технологического оборудования.
В силу сказанного разработка методики проектирования рыболовных судов
для Вьетнама с учетом надежности их функционирования с использованием
системных принципов и автоматизированных систем является чрезвычайно
актуальной научной и народнохозяйственной проблемой.
Цель диссертационной работы - создание методики и разработка
математической модели оптимизации характеристик и элементов рыболовных
судов для Социалистической Республики Вьетнам с учетом стохастических и
динамических факторов воздействия внешней среды на основе системного
подхода и интеграции аналитической модели проектирования судна и 3D-моделей
оптимизации и инженерного анализа подсистем.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
Выполнен анализ современного состояния методов проектирования
рыболовных судов и направлений дальнейшего их совершенствования; проведена
исследований в области проектирования и оптимизации рыболовных судов;
рассмотрен системный подход к проектированию судов и их подсистем в задачах
автоматизированного проектирования.
рыболовного судна и его подсистем с учетом требований предъявляемых к
технологии автоматизированного проектирования; разработана математическая
модель и программное обеспечение оптимизации элементов рыболовного судна с
учетом особенностей его функционирования в стохастической внешней среде.
характеристик винто-рулевого комплекса (гребного винта в насадке) численным
методом с системных позиций; проведено численное моделирование мореходных
качеств судна и взаимодействия корпуса судна и винто-рулевого комплекса.
численным методом; выполнен анализ влияния угла килеватости и коррозионного
износа на прочность двойного дна и влияния погиби шпангоутов на уровень
прочности бортового перекрытия.
Разработана методика обоснования элементов общего расположения
судна с точки зрения мореходных и эксплуатационных качеств; создана модель
оптимизации компоновки судна размещения грузов и запасов расположения
вместимости посадке и начальной остойчивости.
Разработаны алгоритмы программы и 3D-модели для оптимизации
элементов судна и численного моделирования гидродинамических и прочностных
качеств подсистем судна. Выполнена проверка точности и работоспособности
как всей методики так и отдельных её моделей и алгоритмов. Выявлены факторы
в наибольшей степени влияющие на эффективность работы судна в море.
Объект исследования: рыболовное судно для лова морепродуктов в
районах промысла Вьетнама.
совокупность моделей и алгоритмов составляющих методику.
проектирования судов теории корабля численные методы гидродинамического
анализа статического исследования прочности судовых конструкций методы
оптимизации характеристик судов и их подсистем методы статистического и
имитационного моделирования функционирования судов.
Научная новизна и основные научные результаты выносимые на
методика проектирования рыболовных судов с учетом особенности их
функционирования в стохастической внешней среде позволяющей решать задачи
моделирования подсистем;
математическая модель и программное обеспечение оптимизации
характеристик и элементов судна включающие в себя имитационную модель
функционирования судна и позволяющие принимать решения на основе
надежности его функционирования;
гидродинамического комплекса конструкций корпуса и общего расположения с
начальной остойчивости и эффективности плавания.
Практическая ценность работы заключается в повышении эффективности
и качества проектируемых рыболовных судов для Социалистической республики
Вьетнам. Полученные выводы и рекомендации могут быть использованы при
проектировании рыболовных судов обосновании
гидродинамического комплекса обеспечении прочности конструкций корпуса
вместимости посадки начальной остойчивости и эффективности.
Достоверность научных результатов и выводов. Научные результаты
выводы и рекомендации диссертационной работы основаны на применении
методов теории проектирования судов теории корабля прочности судов
имитационного моделирования. Достоверность и обоснованность полученных
научных результатов выводов и рекомендаций обеспечивается адекватностью и
точностью вышеперечисленных теорий и методов и подтверждается сравнением
материалами других авторов.
Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы
докладывались и обсуждались на международной конференции по достижениям в
вычислительной механике «ACOME 2017» (о. Фукуок Вьетнам 2017 г.) на
ежегодной региональной научно-практической конференции «Молодежь и
научно-технический прогресс» (г. Владивосток 2018 2019 2020 г.) на II научнопрактической конференции
«Военно-инженерное дело на Дальнем Востоке
России» (г. Владивосток 2018 г.) на студенческой научно-практической
конференции ДВФУ «Наука техника промышленное производство: история
состояние перспективы»
международной конференции PACON 2019 «Морские науки и технологии для
устойчивого развития» (г. Владивосток 2019 г.) на 13-ой научно-практической
конференции с международным участием (г. Владивосток 2019 г.) и на
заседаниях департамента «Морской техники и транспорта» (Политехнический
Результаты диссертационной работы
проведении лекционных и практических занятий при разработке курсовых
проектов по специальным дисциплинам выпускных квалификационных работ
специалистов и магистров а также в научно-исследовательской работе по
данному направлению во Вьетнамском морском университете (VMU).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы представлено
в 13 научных работах среди которых: 6 статей опубликованы в журналах
входящих в перечень ВАК Российской Федерации 2 статьи опубликованы в
издании входящем в международную базу данных SCOPUS и 1 статья
опубликована в научно-технологическом журнале Вьетнамского морского
Личный вклад автора состоит: в постановке научно-исследовательских
задач и их решении; в проведении научных исследовании в области оптимизации
подсистем и решении инженерных анализ при проектировании рыболовного
судна; разработке автоматизированной программы обоснования элементов судна
«V-sh в подготовке основных выводов и рекомендаций.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 186 стр.
Состоит из введения 5 глав заключения приложения содержит 19 таблиц и 140
рисунков. Список литературы содержит 143 наименований из них 43 на
РЫБОЛОВСТВА ВЬЕТНАМА ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ
1 Анализ состояния и перспективы развития рыболовства Вьетнама
Социалистическая Республика Вьетнам (СРВ) - государство в ЮгоВосточной Азии расположенное на полуострове Индокитай омываемое с востока
и юга Южно-Китайским морем.
Южно-Китайское море во Вьетнаме называют Восточным морем (рис. 1.1)
Рисунок 1.1 - Карта Вьетнама с Восточным морем
Восточное море - полузамкнутое море на западе Тихого океана в котором
средняя температура воды на поверхности составляет от 28 0 до 300 летом и
0÷270 зимой (рис. 1.2) [123].
Режим волнения Восточного моря формируется главным образом под
воздействием системы муссонов. Ветры зимнего муссона обладают большой
устойчивостью и силой что благоприятствует развитию штормового волнения и
зыби. Наибольшее по силе волнение наблюдается в северной части моря
наименьшее - в южной. Ветры летнего муссона слабые и неустойчивые. В период
смены муссонов высота волн в Восточном море достигает величины порядка 35
м а длина 70÷100 м. Тайфуны наблюдающиеся над Восточным морем приходят
из западной части Тихого океана. Согласно статистике годовое количество
средних тайфунов в Восточном море составляет 11 тайфунов. Наиболее
сконцентрированы они в северной части моря в июле августе и сентябре [116].
Рисунок 1.2 - Температура на поверхности моря: а) летом; б) зимой
Восточное море имеет важнейшее значение для Вьетнама. Это обусловлено
- является единственным морем омывающим Вьетнам;
- имеет большую береговую линию у Вьетнама;
- обладает большим объемом биоресурсов.
Вьетнам имеет 3260 км береговой линии от Монг-Цай до Ха-Тянь. Площадь
внутренних и территориальных вод Вьетнама составляет 226 тыс. км2 и в
соответствии с конвенцией Организации Объединенных Наций (ООН) по
морскому праву (United Nations Convention on the Law of the Sea) площадь 200мильной исключительной экономической зоны Вьетнама превышает 1 млн. км2
на которую приходится почти 30 процентов Восточного моря. Вьетнам имеет
более 4000 островов включая многие крупные острова такие как Ко То Бак Лонг
Ви Кат Ба Phu Quoc и др. Данные острова имеют большой потенциал для
развития туризма могут использоваться в качестве порта-убежища для судов во
время действия тайфунов кроме того они имеют большое логистическое
значение предполагающее строительство баз обеспечивающих перевалку
продукции для рыболовного флота [128].
По последним оценкам 2018 года общий запас морских рыбных ресурсов
во Вьетнаме оценивается в 436 млн. тонн включая основные группы: мелкая
пелагическая крупная пелагическая и донная рыба. В частности общий
допустимый улов всего морского района Вьетнама составляет около 245 млн.
тонн рыбы в которой донные рыбы составляют около 261% мелкие
пелагические рыбы - 481% и крупные пелагические рыбы - 257%.
Помимо морских рыб существует множество природных ресурсов таких
как 1600 видов ракообразных обладающих высокой биомассой 50÷60 тыс. тонн в
год - это морские креветки омары и крабы. Около 2500 видов моллюсков из
которых самым высоким экономическим значением являются кальмары и
осьминоги (60÷70 тыс. тонн в год) [141 143]. Основные районы и объекты
промысла представлены в табл.1.1 и на рис. 1.3.
Таблица 1.1 - Основные районы и объекты промысла [125 128 135]
Допустимый Глубины Удаленность
Основные объекты промысла
Белый окунь скумбрия камбала
лоцман рыба ставрида анчоусы
кальмар осьминог краб
парусник анчоус палтус рыбасабля окунь
Рисунок 1.3 - Карта распределения районов промысла Вьетнама
среднем на 5% в год. В период с 1991 по 2017 гг. общий вылов рыб увеличился с
85 тыс. тонн (1991г.) до 34 мил. тонн в 2017г. (рис. 1.4) [142].
Рисунок 1.4 - Общий вылов рыбы в период 1991-2017 гг.
Тем не менее улов рыбы в основном сосредоточен в прибрежных районах
промысла (около 68%). Это приводит к опасности исчезновения прибрежных
источников морепродуктов. Основной причиной является то что рыболовный
флот Вьетнама еще остается устаревшим неразвитым и носит традиционные
характеристики. В целях защиты ресурсов морепродуктов развития морской
экономики и утверждения суверенитета Вьетнама над территориальными водами
Вьетнама в 2014 году государство выпустило Указ № 67 в котором четко указана
ориентация на развитие рыболовства до 2030 года - «Модернизация рыболовного
флота и сосредоточение на развитии рыболовства на удаленных районах
2 Особенности и состояние рыболовного флота Вьетнама
По состоянию на 2018 г. во Вьетнаме насчитывалось более 109 тыс.
рыболовных судов из которых [126]:
- суда имеющие мощность более 90 л.с. относятся к удаленному
промысловому флоту на который приходится только 16% (17530 ед.);
- суда имеющие мощность менее 90 л.с. на которые приходятся 84%
К основным промысловым способам обычно используемым во Вьетнаме
относятся: траловый лов (18%) кошельковый лов (5%) дрифтерный лов (33%)
ярусный лов (17%) и другие (27%). В основном на рыболовных судах Вьетнама
используются традиционные способы лова такие как траловый и дрифтерный
поскольку большинство рыболовных судов Вьетнама имеют деревянную
постройку на которые приходится более 90% общего количества рыболовных
К недостаткам традиционных деревянных судов Вьетнама относятся:
- небольшой срок службы;
- отсутствие средств связи;
- низкая оснащенность или вообще отсутствие спасательных жилетов и
оборудования для обеспечения безопасности жизни на море.
По данным Главного управления рыболовства одним из самых больших
стандартизированной системы сохранения рыбопродукции что в конечном
счете приводит к высоким убыткам после промысла от 20% до 30%. По этой
эксплуатироваться в прибережных районах промысла. Суда способные вести
промысел в удаленном районе существуют в ограниченном количестве и
практически не развиваются.
Согласно данным Министерства сельского хозяйства и развития сельских
районов в ближайшие годы Вьетнам будет укреплять и развивать морской
рыболовный флот в удаленных районах промысла и уменьшать количество
рыболовства в удаленных районах считается одним из основных направлений
стратегии Морского развития направленной на поддержание и стабилизацию
биологических ресурсов в удаленных районах.
Для достижения этой цели
необходимо постепенно заменять деревянные рыболовные судна - стальными
судами оснащенными современным оборудованием. Стальные рыболовные
судна имеют много преимуществ по сравнению с деревянными суднами такими
как высокая прочность водонепроницаемость современная система охлаждения
и способность выполнять множество задач в море.
После первых 4 лет реализации Указа № 67 с 2014 по 2018 гг. было
построено 301 стальное рыболовное судно. Согласно статистике 57% судов из
построенных и принятых в эксплуатацию начали приносить прибыль
судовладельцам. Среднегодовая прибыль этих судов колеблется от 200 до 250
тысяч долларов США что намного выше чем у традиционных деревянных
Длительность одного рейса рыболовного судна в удаленных районах
промысла во Вьетнаме составляет 14÷20 дней. Основными промысловыми
объектами в удаленных районах промысла являются: тунец пятнистый окунь
черный помфрет рыба ставрида с желтой полосой белая рыба луциана морской
макрель палтус кальмар осьминог и др. Среднесуточные уловы колеблются от
до 6 тсутки в зависимости от района промысла опыта экипажа и погодных
На рис. 1.5 – 1.9 показаны рыболовные судна работающие в удаленных
районах промысла Вьетнама [132 - 136].
Рисунок 1.5 - Рыболовное судно проекта «Sang Fish 01»
Рисунок 1.6 - Рыболовное судно проекта «PY-99669-TS»
Рисунок 1.7 - Рыболовное судно проекта «Hoang Anh 01»
Рисунок 1.8 - Рыболовное судно проекта «HT-96706-TS»
Рисунок 1.9 - Рыболовное судно проекта «PY-99999-TS»
3 Современное состояние методологии проектирования рыболовных судов
постановка задачи и методы решения
характеристик судов в настоящее время интенсивно развиваются на основе
методов системного анализа исследования операций теории иерархических
многоуровневых систем математической логики и теории искусственного
Большой вклад в развитие теории проектирования судов внесли В.В.
Ашик [13] А.В. Бронников [15 16] А.И. Гайкович [22 23] Г.Ф. Демешко [24
] С.И. Логачев [32 33] В.А. Мацкевич [36 37] Л.М. Ногид [38] В.М. Пашин
[40] В.Л. Поздюнин [42] Б.А. Царев [49] Захаров Б.Н. [26].
промысловых судов внесли В.И. Апполинариев Н.Ф. Воеводин М.В.
Войлошников И.Г. Захаров В.П. Иванов В.И. Краев В.М. Пашин А.И. Раков
Н.В. Севастьянов Гришов А.П. Г.В. Аракельян М.С. Труб Л.Ю. Худяков S.D.
Dudin H.V. Gaspar John Fyson и многие другие [12 18 27 31 40 41 46 53 56
гидрометеорологических условий сезона промысла характеристик промыслового
район и ряда других факторов в том числе стохастического и динамического
характера. Для подобных исследований применение оптимизационных и
имитационных методов чрезвычайно актуально и эффективно что отмечено в
работах В.Г. Бугаева [59 60] М.В. Китаева [73] И.В. Максимея [35] И.П.
Норенкова [39] Ю.Н. Полякова [94] А. Прицкера [43] Ю.Н. Семенова [47] О.В.
Таровика [99] В.А. Фетисова [100].
Появление и внедрение автоматизированных систем в судостроительной
области является одним из важнейших факторов в совершенствовании методов
чрезвычайно актуальным и перспективным решением.
Дальнейшее развитие методов проектирования и оптимизации судов
связано с внедрением методов многокритериальной оптимизации суть которых
заключается в выборе варианта судна из Парето-оптимального множества на
основе субъективной информации о вероятности безотказной работы. Эти
вопросы были рассмотрены и исследованы в работах Г.С. Антушева Н.П.
Бусленко И.В. Максимея И.П. Норенкова А. Прицкера Р. Шеннона и других
конструкций широкое распространение получили численные методы. Здесь
можно отметить работы по оценке ходкости местной прочности прочности судов
ледового плавания А.Ш. Ачкинадзе И.К. Бородай С.В. Егорова Л.С.
Лаврищевой В.А. Лобанова В.А. Манухина О.П. Орлова А.В. Печенюка А.А.
Родионова А.А. Рудниченко Т.И. Сайфуллина А.Е. Таранова А.Ю. Яковлева и
зарубежных авторов Molland A.F. Turnock S.R. Hudson D.A. Spyros A. Tu T.N.
Dam V.T. [54 98 105 110 113 114].
В последние годы (2010-2019 гг.) во Вьетнаме начали появляться
наибольший интерес из которых представляют методы предложенные Нгуен Вьет
Хоан Май Куок Чыонг Нго Куок Тханг Зыонг Ван Тхань [71 84 87 88]. Однако
эти методы ориентированы на математические модели традиционного типа не
учитывают случайные факторы и не включают в себя имитационное
моделирование процесса функционирования судов.
Современное состояние методологии проектирования судов и сложных
систем позволяет выделить направления совершенствования методов их
проектирования: системный подход предполагающий учет внутренних и
внешних связей системы и декомпозиционные принципы построения моделей
многокритериальной оптимизации; применение CADCAE-систем для создания
D-моделей подсистем оптимизации их параметров и численного анализа.
В связи с изложенным необходимо выделить основные проблемы развития
флота сформулировать цель и задачи исследования определить методы их
решения для устранения отмеченных проблем.
судов для Социалистической Республики Вьетнам на основе системного подхода
с учетом стохастических и динамических факторов внешней среды интеграции
аналитических и 3D-моделей оптимизации судна и подсистем.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- Выполнить анализ современного состояния методов проектирования
- Разработать математическую модель оптимизации элементов рыболовного
судна и его подсистем с учетом требований предъявляемых к технологии
автоматизированного проектирования; разработать математическую модель и
программное обеспечение оптимизации элементов рыболовного судна с учетом
особенностей его функционирования в стохастической внешней среде.
- Разработать методику оптимизации формы корпуса судна и характеристик
винто-рулевого комплекса (гребного винта в насадке) численным методом с
системных позиций; провести численное моделирование мореходных качеств
судна и взаимодействия корпуса судна и винто-рулевого комплекса.
численным методом; выявить влияние угла килеватости и коррозионного износа
на прочность двойного дна влияние погиби шпангоутов на уровень прочности
бортового перекрытия и их металлоемкость.
- Разработать методику обоснования элементов общего расположения судна
с точки зрения мореходных и эксплуатационных качеств; создать модель
оптимизация компоновки судна размещения грузов и запасов расположения
- Разработать алгоритмы программы и 3D-модели для оптимизации
качеств подсистем судна. Выполнить проверку точности и работоспособности
как всей методики так и отдельных её моделей и алгоритмов. Выявить факторы в
наибольшей степени влияющие на эффективность работы судна в море.
4 Особенности рыболовного судна как объекта исследования
- поиск объектов лова и ведение промысла различными орудиями лова;
- хранение и перевозка цельной охлажденной рыбы и морепродуктов в
охлаждаемых танках с водой от 6оС до -1оС;
- длительное нахождение в море при различных метеорологических
- ведение промысла в условиях взволнованного моря и в различных
- изменение нагрузки в процессе промысла и во время рейса.
Ошибки допущенные при выборе промысловой скорости маневренности и
мореходных качеств могут привести к значительному снижению эффективности
В настоящее время постройка стальных рыболовных судов во Вьетнаме
является чрезвычайно актуальной. Для традиционных рыболовных судов
построенных во Вьетнаме характерны формы обводов соответствующие малым
скоростям хода и увеличенным коэффициентам общей полноты. Переход на
новый уровень строительства и эксплуатации рыболовных судов приводит к
необходимости создания методики их проектирования с целью обеспечения
высоких мореходных качеств технологичности и экономической эффективности.
Размерность математической модели судна может быть столь велика что
получить решение за приемлемое время не представляется возможным. С целью
снижения размерности модели используют различные приемы. Первый прием –
самый простой но не самый лучший заключается в уменьшении точности
приближенных формул. Второй прием – наиболее предпочтительный поскольку
не снижает точности математической модели и соответствует технологии и
принципам автоматизированного проектирования судов. Суть его заключается в
следующем: общая математическая модель проектирования судна подразделяется
на ряд подмоделей включающих в себя координирующую модель (оптимизации
характеристик и элементов судна) и локальные модели отдельных подсистем.
Внедрение САПР и функций параметризации в практику проектирования
судов – творческий процесс требующий от конструктора хороших знаний
технологий. Математически описать этот процесс невозможно и нет четких
рекомендаций как и где использовать параметризацию поэтому в каждом
параметризации. Этот алгоритм должен во-первых поддерживать оптимизацию
характеристик судна и элементов его подсистем координацию решений
принимаемых на уровне проектирования отдельных подсистем во-вторых быть
гибким и отражать процессы функционирования и изготовления подсистем и втретьих поддерживать возможность модификации судна и его подсистем.
В работе [17] В.Г. Бугаева приведено содержательное описание методики
проектирования судов с использованием CADCAE-систем без детального
рассмотрения расчетных алгоритмов и процедур. Отмечено что практическая
реализация предложенного подхода требует тщательного изучения технологии и
методов разработки 3D-моделей инженерного анализа и обработки результатов
На рис. 1.10 приведена укрупненная блок-схема алгоритма оптимизации
характеристик судна и элементов его подсистем.
Рисунок 1.10 - Укрупненная блок-схема алгоритма оптимизации характеристик судна и
элементов его подсистем
Каждая из подмоделей имеет свой вектор оптимизируемых характеристик
свои ограничения и критерий. При таком разбиении общей модели на подмодели
возникает необходимость в согласовании решений принимаемых на каждом
уровне и при решении каждой задачи.
На верхнем подуровне решается задача оптимизации характеристик и
элементов судна (грузоподъемности скорости главных размерений длин отсеков
и пр.) с учетом особенностей его функционирования и стохастических факторов
Задача формулируется в терминах математического программирования:
необходимо найти такой вектор Х*=х1х2 хn оптимизируемых переменных
при котором критерий эффективности достигает экстремального значения в
стохастической внешней среде С
и выполняются требования предъявляемые к судну заданные ограничениями
x i max x i x i min i 1 n
где j m n – количество ограничений и
определяющие качества судна; a j – значения граничных условий.
Математическая модель k-й подсистемы записывается следующим образом
f k (X* Xk ) min(max)
и выполняются требования предъявляемые к k-й подсистеме заданные
jk (X Xk ) a jk j 1 mk k 1 k*
где X* – вектор оптимальных характеристик и элементов судна найденных на
верхнем подуровне; Xk – вектор оптимизируемых элементов k-й подсистемы;
f k (X* Xk ) – критерий эффективности k-й подсистемы (локальный критерий);
jk (X* X k ) – ограничения определяющие область допустимых решений по k-й
оптимизации характеристик и элементов судна и определения двойственных
переменных (множителей Лагранжа) ограничений (1.2). Основной особенностью
задачи оптимизации подсистемы (1.1) (1.2) является структура локального
критерия эффективности [40]:
f k (X X k ) f k (X X k ) y j jk (X X k )
где f k ( X X k ) – собственный вклад k-й подсистемы в критерий эффективности
(измеряется в единицах глобального критерия); y j – двойственные переменные
ограничений (множители Лагранжа) задачи оптимизации характеристик и
элементов судна (верхнего подуровня); jk (X* X k ) – приращение j-го
ограничения задачи оптимизации характеристик и элементов судна вызванное
уточнением элементов k-й подсистемы в результате её оптимизации по
сравнению со значением принятым на верхнем подуровне; xi (X* Xk ) –
приращение характеристик и элементов судна в результате оптимизации
подсистем (если это возможно и целесообразно);
производные критерия эффективности судна по компонентам вектора X* .
Глобальный и локальные критерии измеряются в одних и тех же единицах
что снимает проблему непротиворечивости и упрощает согласование решений.
Нарушения ограничений в задаче оптимизации характеристик и элементов судна
(верхнего подуровня) вызванные оптимизацией подсистем штрафуются или
поощряются благодаря специальной структуре локального критерия f k (X* Xk ) .
Основу модели оптимизации рыболовных судов составляет имитационная
модель их функционирования. Выбор имитационного моделирования в качестве
основного метода исследования работы рыболовного судна обусловлен высокой
степенью его адекватности при описании реальных процессов промысла
Использование имитационной модели реализованной на ЭВМ позволяет
произвести экспериментальную оптимизацию характеристик и элементов судов
то есть поставить серию экспериментов на модели с целью получения
информации о показателях эффективности работы судов для их оптимизации при
работоспособности и пр.
5 Электронный цифровой макет рыболовного судна
Применение 3D-моделирования при проектировании судов позволяет
повысить качество и информативность принимаемых решений. Преимуществами
трехмерного моделирования являются: наглядное представление изделия;
сокращение времени проектирования; быстрое получение чертежей; отсутствие
необходимости в физической модели; быстрое и без потери качества изменение
модели; сокращение количества ошибок; эффективное управление проектом и
жизненным циклом и особенно снижение затрат на проектирование.
В настоящем разделе приведены методические рекомендации по созданию
компонентами трехмерной модели судна. 3D-макет судна в нашем понимании
представляет собой совокупность основных компонентов (подсистем) судна в
архитектурно-конструктивный
формообразующие и конструктивные связи. Все построения ведутся с учетом
иерархии компонентов в составе судна.
При подготовке 3D-макета за основу берется трехмерная модель
поверхности корпуса судна. При этом необходимо помнить что модель судовой
предъявляемое к судовой поверхности подлежащей оптимизации.
Для хранения сборок и деталей модели судна создаётся иерархическая
структура папок (рис. 1.11)
Рисунок 1.11 – Фрагмент дерева конструирования: а) сборки «Судно»;
б) сборки подсистемы «Корпус»
Иерархия папок отражает иерархию одноименных компонентов судна. В
этих папках будут храниться все файлы модели. Модель будет представлять
собой вложенную сборку вершиной которой является файл «Судно».
пространства дальнейшего проектирования компонентов и подсистем (блоков
секций и т.п.) входящих в сборку. При изменении длины ширины и высоты
борта судна произойдет изменение компонентов и элементов связанных с
судовой поверхностью и формообразующими элементами.
ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПТИМИЗАЦИИ СУДНА
1 Математическая модель оптимизации судна
Судно предназначено для лова морепродуктов в удаленных районах
промысла исключительной экономической зоны Вьетнама и транспортировки их
в охлажденном состоянии. Организация лова – автономная при которой
рыболовное судно сдает улов или охлажденную продукцию на берег получая с
береговых баз все виды снабжения.
Судно с дизельным двигателем одновинтовое с транцевой кормой
непрерывной верхней палубой и с двухъярусной носовой рубкой. Скорость около
020 узлов. Может иметь поверхность корпуса с плавными или упрощенными
обводами и винт регулируемого шага в поворотной насадке.
Задача оптимизации характеристик и элементов судна формулируется
Yk (XС)≥ak k=1mk x i max x i x i min i 1 n
где Pj (XC) - вероятность удовлетворения j-го условия работоспособности
(прибыль срок окупаемости)
Pj (XC)=P yj (XC)≥aj j=1-m
определяется с помощью имитационной модели функционирования судна;
Yk (XС) – ограничения (требования к мореходным и эксплуатационным
ak aj – значение параметра определяющего границу допустимой области;
m mk n – количество условий работоспособности ограничений и
Ориентация при проектировании рыболовных судов на среднемноголетние
условия промысла может вызвать определенные экономические потери в
изменившейся вероятностной и динамической среде. Тогда определяющим
дополнительным требованием предъявляемым к судну является его высокая
надежность и безопасность плавания в изменившихся условиях. Информация о
надежности функционирования выраженная через вероятность безотказной
и реализованная с помощью имитационной (ИМ) и
оптимизационной моделей (ОМ) является основой выбора наилучшего варианта
судна из Парето-оптимального множества [95]. Вероятность PCT ( XC ) - это
вероятность того что параметры работоспособности находятся в границах
допустимой области под воздействием случайных факторов в течение времени
В состав модели оптимизации характеристик и элементов судна входят (рис.
1): модель внешней среды (случайных факторов); математическая модель
проектирования судна (ММПС); имитационная модель (ИМ) функционирования
судна в условиях промысла; оптимизационная модель (ОМ) обоснования
характеристик и элементов судна на основе надежности его функционирования [67].
Рисунок 2.1 - Схема математической модели оптимизации рыболовного судна
Модель внешней среды (случайных факторов). Элементы векторов
входных воздействий воздействий внешней среды внутренних и выходных
параметров являются элементами непересекающихся подмножеств и могут
носить как детерминированный так и стохастический характер а в некоторых
случаях и характер неопределённости.
Случайными факторами являются: расстояние от береговых баз до районов
промысла состояние сырьевой базы гидрометеорологические условия цены на
рыбопродукцию и топливо. На основе статистических данных получены законы
распределения для каждого из факторов [121 127 139 140].
Модель функционирования судна включает в себя математическую
модель проектирования судна и имитационную модель в основу которой
положены особенности функционирования судна в заданной внешней среде с
учетом его характеристик и элементов. В данном случае осуществляется
стохастических факторов внешней среды с заданными для данного района
промысла законами и параметрами их распределения.
Математическая модель проектирования судна (ММПС) представляет
собой совокупность аналитических логических и алгоритмических зависимостей
описывающих качества судна и его технико-экономические показатели (рис. 2.2).
С помощью математической модели на основе начального вектора характеристик
и элементов разрабатывается исходный вариант судна который в дальнейшем
подвергается оптимизации с точки зрения выбранного критерия и условий
Имитационная модель (ИМ) (рис. 2.6). Имитационное моделирование как
способ исследования объектов большой сложности основано на воспроизведении
развернутого во времени процесса функционирования объектов с учетом связей с
внешней средой. Для имитационного моделирования характерна имитация
элементарных событий составляющих исследуемый процесс с сохранением их
логической структуры и последовательности протекания во времени с учетом
воздействия стохастических и динамических факторов.
Модель оптимизации предназначена для объединения и обработки
результатов полученных
оптимизационной задачи по выбранным критериям эффективности.
2 Математическая модель проектирования судна
Рисунок 2.2 - Блок-схема математической модели проектирования и оптимизации судна
ММПС состоит из 6 блоков (2-7) для определения технико-экономических
показателей судна. Содержательное описание этих блоков приведено ниже.
Блок 2 - Расчет водоизмещения
На ранних стадиях проектирования судна его водоизмещение разбивается
на укрупненные разделы нагрузки которые определяются в функции от его
водоизмещения и главных размерений коэффициентов формы различного рода
измерителей скорости хода дальности плавания и т.п. В этом блоке ставится
проектируемого судна.
Для определения основных элементов проектируемого судна желательно
водоизмещения с вместимостью трюмов и мощностью главных механизмов.
Такому состоянию обычно отвечает либо выход рыболовного судна на промысел
с полными запасами либо начало возвращения с просмыла с полным уловом
рыбы с соответствующими запасами. В этой работе расчетное водоизмещение
судна соответствует варианту начала возвращения с просмыла с полным уловом
рыбы и 40% запасами.
Полное водоизмещение судна включает в себя водоизмещение порожнем D0
Уравнение нагрузки судна имеет вид
D Pко Pпроб Рм Р з Р сн Р т Р б Pгр
где D - водоизмещение судна отвечающее расчетному варианту нагрузки т; Рко –
масса корпуса с оборудованием т; Рпроб – масса промыслового и технологического
оборудования т; Рм – масса главных и вспомогательных механизмов т; Рз – запас
водоизмещения т; Рсн – масса судового снабжения и экипажа т; Рт – масса
топлива и масла для главных и вспомогательных механизмов т; Рб – масса
водяного балласта соответствующая расчетному случаю нагрузки т; Ргр – масса
полезного груза (грузоподъемность судна) т.
Водоизмещение порожнем D0 выражается следующем уравнением
Под массой корпуса с оборудованием подразумевается сумма масс корпуса
оборудования и отделки жилых и служебных помещений судовых устройств
судовых систем и других статей нагрузки которые не входят в остальные
составляющие уравнения (2.2).корпуса с оборудованием определяется по
Pко Р к Р о Р су Р сс g ko D
где gko – измеритель массы корпуса с оборудованием определяемый по суднупрототипу.
Масса промыслового и технологического оборудования включает в себя
массу всего промыслового (лебедки трал брашпиль и др.) и технологического
оборудования (кран холодильные установки и др.). Промысловое оборудование
подбирают в зависимости от принятого типа и размеров орудий лова.этой
статьи нагрузки определяется по формуле
где gоб – измеритель массы промыслового и технологического оборудования.
Масса главных и вспомогательных механизмов включает в себя массы
главных судовых машин котлов с валопроводами и винтами судовой
электростанцию и котельную установку
где qм – измеритель массы механизмов ткВт;
- мощность главных двигателей кВт [44].
Запас водоизмещение Рз определяется в долях от полного водоизмещения судна
В состав дедвейта судна Dw входят массы топлива и масла для механизмов;
пресной воды провизии и экипажа; жидкого балласта и полезного груза (рыбы).
Эти статьи нагрузки зависят от характера элементов и характеристики рейса.
Запасы пресной воды т:
Запасы снабжения топлива и масла судна при выходе на промысел
определяются по формулам:
p сн0 рвод р эк рпров ;
Pт0 k1 (1 a см ) g т (2 t пер t мз ) g 'т т т t пр N
При начале возвращения с промысла в порт с полным уловом рыбы
Pсн 0.4 (pвод p эк pпро ) ;
Pт k1 (1 a см ) g т (t пер t мз ) N k1 (1 a см ) g т (t пер t мз )
Масса жидкого балласта определяет исходя из требований к остойчивости и
посадке судна по формуле:
Здесь t ст - время стоянки судна в порту сутки;
А 2 t пер t про t мз – длительность рейса сутки
- время перехода в район промысла сутки;
k v 095 – коэффициент учитывающий потерю скорости на переходах;
R - расстояние до района промысла миль;
t мз - время морского запаса сутки;
- время на промысле сутки;
k p 11 - коэффициент учитывающий потери времени на промысле;
p cp - средний суточный улов тсутки;
t об - время для технического обслуживания за рейс сутки;
u вод 80 100 - норма расхода пресной воды на одного человека в сутки
u эк 01 - масса одного человека с багажом т;
u пров 25 3 - норма запаса провизии на одного человека в сутки кгсутки;
n эк - количество членов экипажа чел.;
а см 003 - коэффициент учитывающий запасы смазочного масла для ГД;
k1 11 - коэффициент учитывающий расхода топлива и масла для
вспомогательных механизмов;
g т 24 165 10 ^ 6 - удельный расход топлива на переходах ткВт.сутки;
g 'т 06 g т - удельный расход топлива на промысле ткВт.сутки;
т 07 - коэффициент использования мощности главных двигателей на
т 085 - коэффициент учитывающий продолжительность работы ГД в
течение промысловых суток;
qб - измеритель массы жидкого балласта.
Таким образом уравнение нагрузки рыболовного судна в начале
возвращения с промысла с полным уловом рыбы можно привести к следующему
a (1 gко gоб qz qб ) ;
k1 (1 a см ) g т (t пер t мз )
В этой модели все значения измерителей ( q м q з qб g ko g oб ) элементов и
характеристик рейса и района промысла (R t ст t пер t мз t про t об n эк ) выступают
в качестве исходной информации и определяются по данным судна-прототипа
(проект 70133) и удаленности района промысла.
Блок 3 - Расчет главных размерений
Для определения главных размерений судна воспользуемся уравнением
- коэффициент общей полноты судна;
- плотность морской воды.
Отношения главных размерений проектируемого судна
определяются по данным судна-прототипа.
В блоке определяется мощность главного двигателя при заданных
значениях главных размерений (L B T) формы корпуса ( х с ) и скорости
Расчет выполняется последовательными приближениями скорости vs до
совпадения требуемой мощности главного двигателя Р дв
приемлемой точностью .
Расчет сопротивления воды движению судна осуществляется методом В.А.
Ерошина [56 77]. Полное сопротивление воды подразделяется на три
дополнительное сопротивление.
R R ост R тр R доб v 2 (CR CF0 Cдоп )
L 05 B T 055 152 - площадь смоченной поверхности м 2 ;
v - скорость судна мс;
CR CF0 Cдоб - коэффициенты остаточного сопротивления сопротивления
трения и дополнительного сопротивления.
Коэффициент остаточного сопротивления рассчитывается в зависимости от 6
параметров: числа Фруда Fr отношения
величины х с по формуле:
CR i L pp B B T i i x ci Fr C R i L pp B B T 0 0 x c0 Fr
CR 0 L pp B B T 0 0 x c0 Fr CR 0 L pp B B T i 0 x c0 Fr
CR 0 L pp B B T 0 i x c0 Fr CR 0 L pp B B T 0 0 x ci Fr
CR4 0 Lpp B B T 0 0 x c0 Fr .
В этой формуле индекс «i» относится к элементам рассчитываемого корпуса
судна индекс «0» – к базовой форме корпуса.
В качестве базовых форм корпуса рыболовного судна приняты:
0 06 0 0833 x c0 001 .
Диапазоны значений этих параметров указаны в табл. 2.1.
Таблица 2.1 - Диапазон значений параметров корпуса судна
Коэффициент трения гладкой пластины рассчитывается по формуле
Прандтля-Шлихтинга [56]
- число Рейнольдса; 161 10 - кинематическая вязкость
Коэффициент дополнительного сопротивления принимается равным
САР 025 10-3 - коэффициент сопротивления выступающих частей;
СА 05 10-3 - надбавка на шероховатость.
Требуемая мощность главного двигателя определяется по формуле
- пропульсивный коэффициент;
в - КПД валопровода;
t – коэффициент засасывания;
W – коэффициент попутного потока.
Подбор мощности главного двигателя выполняется при сравнении
требуемой мощности главного двигателя Р дв
с заданной мощностью Р дв (в
библиотеке каталога главных двигателей) по формуле
Если значение находится в пределах допустимых значений 105 12
то расчет выполнен и осуществляется переход в следующий блок. В случае
невыполнения данного условия скорость v увеличивается на величину v и
расчет повторяется до совпадения Р дв
и Р дв с допустимой точностью .
Блок 5 - Компоновка судна
Обобщенная схема компоновки судна принята по судну-прототипу (РС
проекта 70133) и представлена на рис. 2.3.
Рисунок 2.3 - Обобщенная схема компоновки рыболовного судна
В этом блоке рассчитываются длины основных отсеков судов на основе
судна-прототипа и требований санитарных норм для Вьетнама [8].
В рубке первого яруса (отсек №7) размещаются жилые помещения экипажа.
Ширина рубки (надстройки) принимается равной b р 07 B .
В отсеке №3 размещается жилые помещения экипажа помещения
установки системы охлаждения танков (RSW) и вспомогательные помещения для
кухни и запаса воды.
Длина рубки первого яруса: lр1
Длина жилого отсека №3:
k ж n эк2 k RSW k всп2
Длина машинного отделения:
Длина грузового трюма: lМ.О. Lм lм.о. lж lф lарт м.
Здесь k ж 6м чел. - площадь на 1 члена экипажа;
n эк1 5чел. - количество членов экипажа проживающих в рубке первого
n эк2 n эк n эк1 - количество членов экипажа проживающих в жилом отсеке
k RSW 13 - коэффициент учитывающий длину помещения установки
помещения в жилом отсеке №3;
l арт - длина ахтерпика м.
Блок 6 - Грузовместимость судна
Грузовместимость проектируемого судна определяется по формуле:
W k тр тр l тр (B 2 s из ) (H h дн 2 s из ) м3
где k тр - коэффициент заполнения трюма;
тр - коэффициент полноты теоретического объема трюма;
sиз - толщина тепловой изоляции.
Блок 7 - Остойчивость судна
Блок предназначен для определения начальной метацентрической высоты
h0 диаграммы статической остойчивости lст и критерия погоды k.
Аппликата центра тяжести: z g k z H
kz – относительное возвышение центра тяжести.
Начальная метацентрическая высота: h 0 z m z g
приближенной формуле Власова-Благовещенского [14]:
l y90 f1 z90 zc0 f 2 r0 f3 r90 f 4 (zg zc0 ) sin
- координаты центра величины судна в начальном
положении и при крене 90 ;
r0 и r90 - малые метацентрические радиусы в прямом положении судна и при
z90 z c0 064 (1 1032 ) ;
fi - вспомогательные функции в зависимости от угла крена .
В соответствии с требованиями Правил Регистра остойчивость судна по
критерию погоды k считается достаточной если площадь b на диаграмме
статической остойчивости (работа восстанавливающего момента) больше или равна
площади a (работе кренящего момента) [3 9 10]:
где площади а и b определяются по диаграмме статической остойчивости (рис.
Рисунок 2.4 - Диаграмма статической остойчивости судна
При этом считается что судно находится под действием ветра постоянной
скорости направленной перпендикулярно к ДП которой соответствует плечо
ветрового кренящего момента приложенного статически. Плечи этого момента
вычисляются по формуле (2.32):
Pv - условное давление ветра Па;
h р - высота рубки м;
k - коэффициент учитывающий высоту фальшборта;
z p - аппликата центра парусности.
В процессе эксплуатации судно также подвергается действию шквального
ветра с плечом кренящего момента l w 2 :
Амплитуда бортовой качки судна определяется по формуле
k am - коэффициент учитывающий влияние скуловых килей;
X1 - безразмерный множитель определяемый в зависимости от отношения
коэффициента общей полноты;
S - безразмерный множитель определяемый в зависимости от района
плавания и периода качки Tk
3 Имитационная модель функционирования судна
имитационная модель его функционирования в течение года в случайно
(гидрометеорологических
организационных и др.).
Рыболовное судно может находится в следующих состояниях (рис. 2.6):
подготовка к промыслу (tпод) переход из порта в район промысла (tпер)
штормование (tшт) промысел (tпро) возвращение в порт из района промысла (tпер)
межрейсовая стоянка (tст)
Входными данными ИМ являются:
детерминированные – начальное состояние судна (Qо zо – количество
рыбопродукции и топлива на борту) расстояние от береговых баз до районов
случайные – состояние сырьевой базы гидрометеорологические условия
время обработки судна в порту цены на рыбопродукцию и топливо;
оптимизационной моделью.
Следует отметить что имитационная модель является гибкой в управлении
и легко настраиваемой например некоторые детерминированные параметры
могут быть представлены в виде случайных величин с заданным законом
распределения а случайные в виде детерминированных.
В процессе работы модели выполняется обработка результатов с целью
накапливания и получения информации о затратах времени на переходы
штормование промысел стоянки а также количественных характеристик Q z
необходимых для расчета математических ожиданий и вероятностей величин
характеризующих эффективность функционирования судна.
Рисунок 2.5 - Схема функционирования рыболовного судна
функционирования рыболовного судна.
Режим работы судов определяется исходя из принятой формы и методов
организации промысла. Режим работы судов включает внеэксплуатационное и
эксплуатационное время в течение года.
Рисунок 2.6 - Блок-схема имитационной модели функционирования судна
Внеэксплуатационное время определяется как среднегодовая расчетная
величина по плану работы предприятия и зависит от погодно-климатических
k 5 суткимесяц – количество выходных дней за месяц по нормативам
внеэксплуатационного времени Вьетнама [5];
55 - коэффициент учитывающий затраты внеэксплуатационного
времени от плана ремонта судна и погодно-климатических условий.
Общее годовое эксплуатационное время работы судна в расчетном году
определяется по формуле
Стохастическая модель позволяет получать значения внешних факторов
воздействующих на судно в виде определенного числа случайных реализаций
распределенных по известному закону с заданными параметрами. Информация о
законах распределения и их параметрах задается извне либо выбирается из базы
Входные данные имитационной модели приняты по результатам решения
оптимизационной задачи Р гр Р топ .
Начальное состояние судна характеризуется вектором переменных:
Q=0 – количество рыбопродукции на борту м;
z=0 – количество израсходованного топлива на борту т.
Множество периодов времени функционирования рыболовного судна
описывается выражением:
T t под t пер t t про t ст
где t под (время подготовки перед рейсом) и t ст (межрейсовая стоянка) определены
по нормативам эксплуатации флота рыбной промышленности.
В блоке 3 моделируется переход судна на промысел:
k – коэффициент потерь ходового времени;
R – случайная величина определяемая в зависимости от сезона вылова
Текущее время: t t под t пер расход топлива: z z tпер
Блок 4 определяет возможность встречи со штормом в районе промысла
путем сравнения высоты волны 3%-ной обеспеченности hw с предельной высотой
волна hпр. Если h w h пр переходим к блоку 6 в противном случае переходим к
Штормовые дни в течение года распределяются случайным образом.
Количества штормовых дней по месяцам принимается на основании табл. 2.2
[139]. Для моделирования процесса штормования в Матлабе создана матрица
случайных величин штормовых дней по месяцам.
Таблица 2.2 – Распределение штормовых дней в течение года
Время штормования: t t st если h w h пр ;
Текущее время: t t под t пер t расход топлива: z z tпер z tst .
В блоке 6 моделируются 1 сутки промысла.
Суточный улов q i является случайной величиной и распределяется по
нормальному закону Гаусса имеющему плотность распределения [121 138]:
Рисунок 2.7 - Гистограмма распределения суточного улова Вьетнама в году
В блоке подсчитывается количество рыбопродукции на борту: Q Q q
Текущее время: t t под t пер t t i расход топлива: z z tпер z tst z ti .
В блоке 7 производится проверка заполнения трюма и оставшихся запасов
6 - переход к блоку 8 (переход в порт);
6 - переход к блоку 4 (продолжение промысла).
эксплуатационным временем Тэксп:
если t Tэксп - переход к блоку 11 (окончание моделирования);
t Tэксп - переход к блоку 3 (продолжение моделирования).
По окончании моделирования (блок 11) выполняет подсчет параметров
- количество рейсов в году: n;
- количество рыбопродукции за каждый рейс Qр q
- количества рыбопродукции за 1 год: Q Qрi .
Выходные данные модели (количество произведенной продукции Q
количество израсходованные запасов z количество рейсов и пр.) определяющие
значения целевой функции и ограничений определяются для каждой из
реализаций Q1 Q2 .. Qr. Число реализаций имитационной модели r должно
быть не менее 100. Поскольку результаты моделирования имеют вероятностную
природу и составляют статистическую совокупность их необходимо подвергнуть
статистической обработке. Математическая обработка заключается в построении
гистограмм частот или статистических вероятностей событий в определении
вероятностей удовлетворения каждого условия работоспособности Pj (Х С) j =
_ m а также в определении вероятности безотказной работы PCT (X С).
Функция вероятности Pj (X С) в результате моделирования представляется в
виде гистограммы плотности ее распределения f j (y) (рис. 2.8).
Тогда вероятность удовлетворения j-го условия работоспособности равна
Pj (XС)= a fj (y) dy j = 1m.
Рисунок 2.8 – Плотность распределения вероятности удовлетворения j-го условия
4 Расчет технико- и эксплуатационно-экономических показателей
технико-экономические
функционирования судов в процессе оптимизации.
Строительная стоимость судна
строительную стоимость судна K C стоимость проектирования K ПР стоимость
оснастки КОС и определяется по формуле [18]:
KS KC K ПР КОС n c (К КО К Проб К М КЭУ ) K ПР КОС n c
где KКО K Проб K М KЭУ - соответственно стоимость конструктивных групп
«корпус с оборудованием» «промысловое и технологическое оборудование»
«механизмы» и «энергетическая установка»;
- коэффициент перехода от стоимости серийно освоенного судна к
среднесерийной строительной стоимости;
n c - число судов в серии.
Судовые эксплуатационные затраты
Эксплуатационные затраты рыболовного судна состоят из следующих
Статья 1: Заработная плата
z1 zос 12 z рейс А zпр n p
zос - основная зарплата за месяц ;
z рейс - доплата за работу в рейсе ;
z пр - премии за выполнение рейсового задания .
Статья 2: Топливо и смазочные материалы
z2 цт 09 рт цм 01 рт
цт - цена 1т топлива т;
цт - цена 1т смазочных материалов т.
Статья 3: Износ и ремонт орудий лова
А р - рейсовый вылов по данному судну т;
циз - норма износа на 1т выловленной рыбы т.
цж - цена 1т живца т;
Р ж 002 Р гр - масса живца т.
Статья 5: Амортизационные отчисления
А к - норма амортизационных отчислений %;
Кs – расчетная стоимость судна .
Статья 6: Текущий ремонт
Статья 7: Прочие затраты
В этой статье учитываются расходы на пресную воду питание экипажа
портовые сборы приобретение навигационных пособий и спецодежды
Н проч - норма отчисления чел. сут.
Эксплуатационные затраты рыболовного судна определяется по следующей
z zi z1 z 2 z3 z 4 z5 z 6 z 7 .
Доходы от эксплуатации судов
Доходы судна за рейс определяются по формуле
bc - среднесуточные уловы тсутки;
цi - оптовая цена 1т выловленной рыбы и морепродуктов т.
Прибыль за год судна определяется по формуле:
z - эксплуатационные затраты судна за рейс .
Экономические показатели судна
Экономическая эффективность эксплуатации судов
Срок окупаемости судна
Модель оптимизации. Схема оптимизационно-имитационной модели
обеспечения эксплуатационной надежности судна приведена на рис. 2.9. Входной
информацией являются требования технического задания начальный вектор
оптимизируемых переменных и параметры самой модели.
Воздействие внешней среды
Формирование критерия
Оптимизационная модель
Результаты параметрического синтеза
Рисунок 2.9 – Схема оптимизационно-имитационной модели обеспечения эксплуатационной
В состав вектора оптимизируемых переменных (Х) включены:
х1 – длина между перпендикулярами L;
х2 – ширина по КВЛ B;
х3 – осадка по КВЛ T;
х4 – высота борта до верхней палубы H;
х6 – коэффициент полноты конструктивной ватерлинии
х7 – коэффициент полноты мидель-шпангоута
х9 – скорость судна мс.
Вектор технических параметров Y включает:
y9=y9(x1 x2 y6) – период собственных бортовых колебаний судна.
Вероятность безотказной работы определяется по формуле
где Pj (XС) - вероятность удовлетворения j-го условия работоспособности
определяется с помощью имитационной модели функционирования судна.
Функция вероятности Pj (XС) в результате моделирования представляется в
Pj (XС) f j (y)dy j 1m .
(достигнутого уровня) аj и нахождение Парето-оптимального решения наиболее
близкого к ней. В процессе приближения к оптимальной точке гистограммы
плотностей распределения каждого параметра работоспособности (если они не
противоречивы) смещаются в сторону увеличения вероятностей удовлетворения
условий работоспособности.
вероятность безотказной работы и реализованная с помощью имитационной
характеристик является основой выбора наилучшего варианта судна из Паретооптимального множества.
Результатом оптимизации являются: вектор оптимальных характеристик
судна X * ; вероятность безотказной работы судна PСT (X С); номинальные
значения Yj (X С) и вероятности удовлетворения Pj (X С) j 1 m выходных
параметров а также технико-экономические и эксплуатационно-экономические
Программное обеспечение. Для оптимизации характеристик и элементов
судна создано программное обеспечение "V_SHIP" с использованием функции
«fmincon» математического пакета MATLAB. fmincon – поиск минимума
скалярной функции многих переменных при наличии ограничений. Интерфейс
программы разработан с помощью приложения GUI в MATLAB (рис. 2.10-2.13).
Ввод исходной информации. Исходная информация включает в себя
вектор оптимизируемых переменных Х и граничных условий (рис. 2.10).
рыбопродукции и топлива (рис. 2.11) а также правые части ограничений
критерий эффективности и координаты «идеальной точки» (рис. 2.12).
Диапазон значений грузоподъемности и скорости выбран с учетом условий
эксплуатации судна в Восточном море и характеристик судна-прототипа проекта
грузоподъемность судна 60 ≤ Pg ≤ 90 т;
скорости судна 10 ≤ v ≤ 12 уз.
Программа предоставляет пользователю возможно выбрать в качестве
критерия эффективности судна:
оценку математического ожидания прибыли судна тыс.;
вероятность удовлетворения условиям по сроку окупаемости и прибыли;
оценку математического ожидания срока окупаемости судна лет
период бортовой качки сек;
грузовместимость м3;
метацентрическую высоту м;
максимальное плечо статической остойчивости м;
Рисунок 2.10. Интерфейс программного продукта "V_SHIP": а) меню программы; б) окно ввода
требований технического задания; в) окно ввода ограничений налагаемых на оптимизируемые
Рис. 2.11. Окно ввода элементов судна-прототипа характеристик района промысла и рейса.
Рисунок 2.12 - Окно ввода значений ограничений и выбора критерия оптимизации.
Результаты моделирования. По завершении расчетов и обработки
результатов оптимизации выводится следующая информация (рис. 2.13):
оптимальные характеристики и элементы судна;
компоновка общего расположения;
параметры нагрузки ходкости и остойчивости;
прибыль (оценка математического ожидания) тыс. ;
срок окупаемости (оценка математического ожидания) лет;
вероятность (и гистограммы статистического распределения) выполнения
условий по сроку окупаемости;
вероятность безотказной работы.
Рисунок 2.13 - Результаты расчетов: а) характеристики и элементы оптимального судна
критерии эффективности; б) вероятность безотказной работы.
В результате оптимизации формируется таблица параметров в формате
дальнейшем при оптимизации подсистем с помощью их 3D-моделей (рис. 2.14).
Рисунок 2.14 – Таблица параметров в формате Excel
Анализ результатов. В качестве примера на рис. 2.15 представлено
экономические показатели (прибыль и срок окупаемости) и вероятность
грузоподъемности и скорости судна срок окупаемости судна меняется в
достаточно широких пределах (от 355 до 52 лет). Наименьшее значение срока
окупаемости составляет 355 лет в точке с координатами Ргр=700 т v=106 уз.
Рисунок 2.15. Влияние грузоподъемности (Ргр) и скорости (v) на: а) срок окупаемости и
прибыль; б) вероятность безотказной работы.
При увеличении грузоподъемности с 60 до 90 т прибыль судна
увеличивается достигая максимального значения 362 тыс. (в точке Ргр=815 т
уз) и при дальнейшем
увеличении грузоподъемности начинает
уменьшаться. Следует отметить что и по критерию прибыль и по критерию срок
окупаемости оптимальной является скорость близкая v=110 уз.
Вероятность получения прибыли более 300 тыс. составляет 0816 при этом
математическое ожидание равно 347 тыс.. Вероятность срока окупаемости менее
лет составляет 0662 математическое ожидание – 385 лет. Вероятность
безотказной работы РСТ(Х*С)=054. Невысокое значение вероятности безотказной
работы можно объяснить большим разбросом внешних условий учитывающих
как сезонные так и многолетние изменения
высокими требованиями к
«идеальной точке aj» а также противоречивостью некоторых параметров
вероятности безотказной работы позволяет найти компромиссное решение.
В настоящее время правительство Вьетнама выделяет кредиты на постройку
стальных рыболовных судов в размере 90% от проектной стоимости судна.
Судовладельцу необходимо будет вернуть кредит государству после 5 лет
эксплуатации судна. Поэтому предпочтительным критерием экономической
эффективности для судовладельцев во Вьетнаме в настоящее время является
минимальный срок окупаемости судна не превышающий 5 лет.
Основные результаты по второй главе
Переход к вероятностным методам оптимизации позволяет повысить
адекватность математических моделей проектирования судов и получить более
информативные вероятностные критерии для принятия решения приближенного
к «идеальной точке».
оптимизационного и надежностного проектирования судов с единых системных
позиций в многокритериальной постановке как в детерминированной так и в
стохастической внешней среде.
Модель может быть использована для решения следующих задач:
стохастической среде и его оптимизации на этапе модернизации;
исследования характера изменений эксплуатационной надежности судна и
вероятности удовлетворения условий работоспособности во времени и в
изменяющейся внешней среде.
формирования совокупности перспективных сценариев эксплуатации судов
в условиях воздействия случайных внешних факторов что делает исследования
ВИНТО-РУЛЕВОГО КОМПЛЕКСА
1 Постановка задачи. Основные положения
допустимых проектных решений противоречивость отдельных качеств большой
объем информации и требования высокой экономической эффективности и
безопасности плавания предопределили необходимость использования при их
проектировании не только автоматизированных систем но и численных методов
анализа и оптимизации [58 78 86].
Решение задач осуществляется с помощью модулей FlowSimulation и
Simulation программного продукта SolidWorks. Выбор данного программного
продукта связан с наличием дружественного интерфейса специализированных
модулей инженерного анализа и с обеспечением достаточно высокой точности
Численные методы исследования в сравнении с экспериментальными
позволяют существенно уменьшить время и стоимость их проведения а также
рассматриваемых вариантов в задачах оптимизации [51 63 64 65 76 98 105].
Цель - оптимизация формы корпуса и характеристик винто-рулевого
комплекса (гребного винта в насадке).
Постановка задачи. Необходимо определить такие параметры формы
корпуса судна Xk(L B T xшнс lб bб hб) при которых критерий эффективности
достигает экстремального значения (это либо максимальное приращение критерия
эффективности по сравнению с верхним подуровнем либо минимальное
сопротивление R(Xk)min) и выполняются требования предъявляемые к
основном параметрам формы корпуса и винто-рулевого комплекса а также к
вместимости остойчивости и посадке.
Известными величинами являются характеристики и элементы судна
Xk (L B T H α хc zc) оценки ограничений yj найденные на верхнем
подуровне проектирования и представленные в виде таблицы параметров для
создания базового варианта 3D-модели поверхности корпуса судна.
Варьируемые параметры Xk и граничные условия:
длина между перпендикулярами Lm
положение шпангоута наибольшего сечения Хшнсm
удлинение (протяженность) бульба lбma
высота бульба (точки наибольшей длины бульба) hбma
углы наклона конструктивной ватерлинии к ДП и килеватости днища α и .
Критерии эффективности:
- приращение критерия эффективности (прибыли срока окупаемости) по
судну вызванного изменением скорости вместимости и координат ЦВ по
отношению к значениям рассчитанным в задаче оптимизации характеристик и
f k (X Xk ) y j jk (X* X k )
yj – оценки ограничений размерность ограничения;
– приращение скорости уз.;
k – приращение вместимости судна м3;
k – приращение аппликаты ЦВ (метацентрической высоты) см.;
k – приращение абсциссы ЦВ см. и т.д.
- минимальное сопротивление R(Xk)min: R(Xk)= Rд + Rтр
Rд – сопротивление давления кН; Rтр – сопротивление трения кН.
Ограничения – это двухсторонние требования к параметрам формы
корпуса и требования к вместимости остойчивости и удифферентовке:
абсцисса центра величины хсma
аппликата центра величины yсma
вместимость судна W(Xk) ≥ Wm
водоизмещения по ГВЛ Dmin DDmax.
Для традиционных рыболовных судов Вьетнама характерны формы
обводов соответствующие малым скоростям хода. На судах работающих в
различных режимах движения (на переходе тралении и др.) целесообразно
использование винтов регулируемого шага в направляющей насадке. Опыт
проектирования и эксплуатации этих судов показал что они обладают большими
значениями коэффициентов упора и полезного действия на малых скоростях по
сравнению с судами имеющими обычный винто-рулевой комплекс.
Для выбора рациональной поверхности корпуса судна рассмотрены два
вида формы корпуса: с плавными обводами и с упрощенными обводами [66].
Поверхность корпуса с плавными обводами приведена на рис. 3.1а. Форма
мидель-шпангоута (шпангоута наибольшего сечения) выбирается исходя из
соображений обеспечения мореходных и эксплуатационные качеств. Основными
параметрами формы мидель-шпангоута являются углы килеватости днища и
развала бортов радиус закругления скулы и коэффициент полноты. Для судов
соответствующим углом дифферента. Форму бульба характеризуют его сечения в
ДП и в районе НП. В нашем примере выбран s-образный каплеобразный бульб с
определяется исходя из размещения на палубе рулевой рубки устройств и
оборудования для выполнения технологических операций. При проектировании
ГВЛ следует исходить из соображений ходкости остойчивости и удифферентовки
Судовая поверхность с упрощенными обводами состоит из линейчатых
поверхностей соединенных между собой сломами. Исключение составляют лишь
скуловые обводы со скруглением по радиусу 500 мм и часть носовой оконечности
в районе форпика. Все сломы находятся выше конструктивной ватерлинии. Таким
образом достигается повышение технологичности конструкций корпуса без
существенного роста сопротивления воды [112]. 3D-модель поверхности корпуса
судна с упрощенными обводами без лито-сварного ахтерштевня показана на рис.
Рисунок 3.1 - Поверхность корпуса судна: a) с плавными обводами; б) с упрощенными
2 Оптимизация формы корпуса (на примере судна с плавными обводами)
Использование методов оптимизации на начальных стадиях проектирования
судов вносит в этот процесс элементы научно-исследовательского характера.
Поскольку именно на начальных стадиях в основном ставятся оригинальные
технические задачи и разрабатываются оптимизационные математические модели
для их реализации [90-92].
В силу большого количества параметров и противоречивым характером их
исследований целесообразно решение общей задачи оптимизации формы корпуса
(3.1)÷(3.3) разделить на два этапа. Задачу первого этапа можно сформулировать
следующим образом: необходимо определить такие параметры формы корпуса
Xk(L B T xшнс) при которых водоизмещение судна имеет искомое расчетное
значение D и выполняются требования предъявляемые к элементам поверхности
судна (без учета сопротивления воды). Решение этой задачи позволяет
сформировать область состоящую из вариантов с заведомо приемлемыми
элементами но не всегда наилучшими с точки зрения ходкости. Задача второго
этапа посвящена выбору из совокупности допустимых вариантов наилучших с
точки зрения ходкости с одновременной оптимизацией формы носовой (формы
бульба) и кормовой оконечностей. Такое решение задачи позволяет с одной
стороны значительно уменьшить её размерность и сократить время расчетов а с
другой стороны – обратить больше внимания на отработку наиболее проблемных
участков поверхности с использованием инструментов визуализации.
D-модель поверхности корпуса
В настоящее время существует большое количество рыболовных судов
имеющих весьма разнообразную форму корпуса. На рис. 3.2 представлены
модели малого рыболовного траулера рефрижератора МРТР-30 и краболовного
судна (Pella PL-475) [119 120].
Рисунок 3.2. Модели рыболовных судов: а) малого рыболовного траулера рефрижератора
МРТР-30; б) краболова Pella PL-475.
В качестве прототипа (начального приближения) при создании поверхности
корпуса проектируемого судна принят проект Pella PL-475 (рис. 3.2б). Судно
имеет плавные обводы без сломов и протяженных плоских участков бульбовую
носовую оконечность и транцевую корму.
В общем случае известными величинами являются элементы судна Xk =(L
B T H α zc) найденные с помощью математической модели на верхнем
подуровне проектирования. Расчетные значения элементов судна полученные в
результате технико-экономического обоснования приведены в табл. 3.1. В
качестве основного расчетного варианта загрузки выбран выход из района
промысла с полным грузом и с количеством запасов обеспечивающих осадку
судна по грузовую ватерлинию (ГВЛ). В процессе уточнения нагрузки
вместимости компоновки удифферентовки и т.д. с использованием CAD- и CAEсистем водоизмещение изменяется поэтому поверхность корпуса должна быть
гибкой для принятия компромиссных решений.
Таблица 3.1 - Основные элементы судна
Длина между перпендикулярами L м
Осадка по грузовую марку Т м
Коэффициент полноты мидель-шпангоута
Коэффициент общей полноты
Коэффициент полноты ГВЛ α
Площадь смоченной поверхности м2
Рисунок 3.3. Трехмерная модель поверхности корпуса проектируемого судна (начальное
Особенностью 3D-модели является возможность оптимизации поверхности
водоизмещению вместимости положению центра величины и коэффициентам
полноты мидель-шпангоута и конструктивной ватерлинии по критерию минимум
В качестве варьируемых параметров при создании 3D-модели приняты:
длина ширина осадка высота борта;
положение по длине шпангоута наибольшего сечения;
углы конструктивного дифферента килеватости наклона ГВЛ к ДП;
длина (протяженность) и ширина (развитость) бульба отстояние точки
наибольшей длины бульба от основной плоскости.
Поверхность корпуса судна построена на основе формообразующих
каркасных линий: килевой линии мидель-шпангоута (шпангоута наибольшего
сечения) форштевня ахтерштевня верхней палубы конструктивной (грузовой)
ватерлинии баланс-шпангоутов ватерлинии на уровне наибольшей длины бульба
(если таковой есть). Каркас поверхности создан в среде Solid Works с
использованием инструментов сплайна и -сплайна (рис. 3.4).
Рисунок 3.4. 3D-модель поверхности корпуса судна: а) каркасные линии;
б) поверхность корпуса на фоне каркасных линий и теоретических сечений
Мидель-шпангоут (шпангоут наибольшего сечения) имеет плавные обводы
заданной формы и близкий к расчетному коэффициент полноты. Основными
развала бортов. Для судов имеющих конструктивный дифферент килевой линии
придается соответствующий угол наклона.
Носовая оконечность рыболовных судов имеет весьма разнообразную
форму. Особое внимание уделяют форме и углу наклона ГВЛ к ДП форме
шпангоутов придавая им умеренную V-образную или U-образную форму в
зависимости от относительной скорости и с учетом ходкости всхожести на волну
и интенсивности килевой качки. Исходными предпосылками для построения ГВЛ
наибольшего сечения форма носовой и кормовой ветвей ГВЛ углы заострения в
оконечностях. ГВЛ принимает слегка выпуклую прямую или слегка вогнутую
форму с углом наклона 15÷30 град. Размеры и форма верхней палубы
определяются исходя из размещения на палубе рулевой рубки устройств и
оборудования для выполнения технологических операций. Управление формой
носовой и кормовой оконечностей осуществляется с помощью балансшпангоутов. Особое внимание форме носового баланс-шпангоута следует уделить
Бульб имеет каплеобразную форму с возможностью его преобразования в
характеристиками бульба являются его протяженность развитость и форма (рис.
5). Протяженность бульба определяется отношением длины бульба к длине
судна l=lбL развитость – отношением площади поперечного сечения бульба на
НП Sб к площади МШ fб=Sб - коэффициент бульбообразности. В нашем
примере форма бульба в большей степени определяется его удлинением l б
шириной в плоскости носового перпендикуляра bб и положением точки
наибольшей длины по высоте hб.
Выбор формы кормовой оконечности осуществляется из соображений
снижения сопротивления и взаимодействия винто-рулевого комплекса с
корпусом. V-образные шпангоуты уменьшают сопротивление а U-образные
создавая более равномерное поле скоростей в диске винта улучшают
взаимодействие винто-рулевого комплекса с корпусом. Следовательно при
создании 3D-модели поверхности корпуса следует отдать предпочтение умерено
V-образным и U-образным шпангоутам. В районе грузовой ватерлинии
шпангоутам придают U-образный характер со значительным развалом бортов.
Это связано с обеспечением остойчивости и размещением помещений
оборудования или грузов. Наличие транца дает определенные экономические и
эксплуатационные преимущества. В тоже время погруженный транец может
увеличивать сопротивление что связно с отрывом пограничного слоя на концах
Рисунок 3.5 - Форма носовой оконечности: а) теоретические сечения поверхности корпуса; б)
форма и размеры бульба
Созданный каркас позволяет построить гладкую поверхность корпуса судна
в полной мере соответствующую расчетным значениям элементов судна и
позволяющую выполнить оптимизацию формы корпуса с целью обеспечения
требований предъявляемых к элементам судовой поверхности.
На рис. 3.6 приведены поверхности созданные с помощью аффинного
переобразования как иллюстрация простого способа перестроения поверхности.
Большое количество варьируемых параметров способствует гибкому
оптимизационной задачи и анализ полученных результатов. На рис. 3.7
представлена схема оптимизации формы корпуса судна которая включает в себя
два отмеченных выше этапа оптимизации.
Рисунок 3.6 - Результаты аффинного преобразования: а) х=075; y=1; z=1; б) х=075; y=1; z=125
Рисунок 3.7. Схема оптимизации формы корпуса судна
Этап 1. Необходимо определить такие параметры формы корпуса судна
Xk(L B T xшнс) при которых водоизмещение имеет искомое расчетное значение
D и выполняются требования предъявляемые к элементам судна (без учета
сопротивления воды).
Удлинение (протяженность) lб ширина bб и высота бульба (точки
наибольшей длины бульба) hб приняты постоянными на уровне средних
удлинение (протяженность) бульба
ширина бульба bб = 16 м;
высота бульба (точки наибольшей длины бульба) hб = 12 м.
длина между перпендикулярами 2722 L2802 L = 02 м;
ширина по ГВЛ 696В756 В = 02 м;
осадка по ГВЛ 261Т271 Т = 002 м;
высота борта (ВП) 35H355 Н = 005 м;
положение шпангоута наибольшего сечения -06Хшнс-03 Хшнс = - 03м.
абсцисса центра величины -041 хс -051м;
аппликата центра величины 166 ус156 м;
вместимость судна W 440м .
Цель (критерий): искомое значение водоизмещения по ГВЛ D = 3057 т.
Решение задачи первого этапа позволяет сформировать совокупность
вариантов поверхности корпуса судна с водоизмещением наиболее близким к
удовлетворяющих перечисленным выше требованиям. Каждый из вариантов
может стать оптимальным с учетом всех требований предъявляемых к судну и
иметь минимальное сопротивление. Для дальнейших исследований выбраны 5
вариантов (табл. 3.2).
Таблица 3.2 - Результаты оптимизации (этап 1)
Этап 2. Необходимо определить такие параметры (размеры) бульба Xk (lб
bб hб) при которых судно имеет минимальное сопротивление R(Xk)min и
выполняются требования предъявляемые к вместимости остойчивости и посадке.
Длина между перпендикулярами L ширина по ГВЛ В осадка по ГВЛ Т и
положение шпангоута наибольшего сечения хшнс для каждого варианта в процессе
решения задачи второго этапа принимаются на уровне задачи первого этапа. На
втором этапе решения оптимизационной задаче были задействованы пять
вариантов из таблицы 3.2 которые являются близкими к оптимальному.
удлинение (протяженность) бульба: 08
ширина бульба: 13 bб 19 bб 02м ;
высота бульба (точки наибольшей длины бульба): 11 h б 14 h б 01м .
водоизмещения по ГВЛ: 3057т D 309т ;
вместимость W(Xk) 440 м3.
Цель (критерий): минимальное сопротивление R(Xk)min.
Основными проблемами при решении задач гидродинамики численными
методами являются точность модели (соответствие реальному объекту) и
исходной информации а также размеры сетки.
использованием сплайновой математики с широкими возможностями управления
формой корпуса. Сплайн управляется не только положением точек на кривой или
точек многоугольника но и длиной и направлением касательных в концевых
точках что существенным образом изменяет характер кривой.
турбулентное. Шероховатость: 150 микрометров. Скорость набегающего потока
узлов (Fr033). Расчетная область выбрана из соображений минимизации
воздействия внешних граничных условий на картину обтекания корпуса судна.
Размеры сетки. На начальном этапе решения задачи размеры базовой сетки
(количество ячеек по осям Х Z и Z) устанавливаются в автоматическом режиме
исходя из условия сходимости целей. На последующих этапах при окончательной
отработке формы корпуса и бульба осуществляется адаптация (разбиение) сетки в
процессе расчета в областях с особенностями течения (в носовой и кормовой
оконечностях) для обеспечения установленной точности результатов.
Размеры базовой сетки: количество ячеек по оси X – 68÷284; количество
ячеек по оси Y – 18÷71; количество ячеек по оси Z – 34÷142. Всего количество
ячеек – от 41541 до 2863288. Сеточная независимость наступает при наличии
сетки в 25 миллиона ячеек.
Результаты оптимизации формы корпуса судна в однородном потоке
представлены в табл. 3.3.
Для вычисления сопротивления воды движению судна на основе метода
инструментов Matlab и выполнены по ним расчеты сопротивления. Интерфейс и
результаты расчетов приведены на рис. 3.8. На рис. 3.9 показаны картины
обтекания корпуса судна после оптимизации.
Рисунок 3.8 - Результаты расчета сопротивления по методу В.А. Ерошина
Результаты расчетов сопротивления воды движению судна (табл. 3.3)
выполненные численными методами (R1) достаточно хорошо согласуются с
расчетами по методу В.А. Ерошина (R2). При скорости движения 6 мс для
оптимального варианта сопротивление воды меньше на 6%. Для остальных
вариантов расчетное сопротивление по методу В.А. Ерошина (R2) больше
сопротивления R1 что на наш взгляд можно объяснить с одной стороны
отсутствием в методе В.А. Ерошина параметров учитывающих наличие бульба с
другой – большей точностью и чувствительностью численных методов к
изменению поверхности корпуса.
Таблица 3.3 - Результаты оптимизации (этап 2)
Рисунок 3.9 - Диаграммы: а) объемной концентрации воды в плоскости ГВЛ;
б) скорости потока в плоскости ГВЛ
На рис. 3.9 достаточно четко просматриваются зоны повышенного давления
и изменения скорости потока жидкости которые приводят к образованию носовой
и кормовой групп волн. В носовой оконечности происходит формирование
подпорной волны и сложение расходящихся волн менее заметно образование
поперечных волн в силу незначительной скорости движения судна. В кормовой
оконечности одновременно с образованием расходящихся и поперечных волн
появляется попутный поток который в районе сужения корпуса отрывается от
него создавая полосу завихрений (рис. 3.9б).
На рис. 3.10 изображена картина распределения давления и линий обтекания
корпуса судна в носовой и кормовой оконечностях в районе мидель-шпангоута
дополнительно показан пограничный слой.
Рисунок 3.10 - Картина давлений и линий обтекания корпуса судна:
а) в кормовой оконечности; б) в районе МШ; в) в носовой оконечности.
Максимальный эффект от оптимизации бульба (5–6%) по сравнению с
начальным вариантом (lб = 12 м bб = 16 hб = 12 м) достигается при lб = 10 м bб =
hб = 13 м однако на практике часто применяются бульбы близкие к
оптимальным но удобные с точки зрения маневренности и эффективности в
Особый интерес представляет анализ околооптимальной области и влияния
размеров и формы бульба на сопротивление. На рис. 3.11 приведены поверхности
влияние длины lб и высоты hб бульба на сопротивление судна ширина
бульба bб =15 м (рис. 3.11а);
влияние длины lб и ширины bб бульба на сопротивлении судна высота
бульба hб =13 м (рис. 3.11б);
влияние высоты hб и ширины bб бульба на сопротивлении судна длина
бульба lб =10 м (рис. 3.11в).
Рисунок 3.11 - Зависимость сопротивления судна от параметров формы бульба: а) длины lб и
высоты hб (при bб = 15 м); б) длины в) высоты hб и ширины bб
Рисунок 3.12 - Картины обтекания корпуса судна в носовой оконечности.
Оценивая влияние длины lб и высоты hб бульба на сопротивление судна (при
bб = 15 м) (рис. 3.11а) можно сделать следующий вывод. Смещение центра объема
бульба вверх или вниз (изменение hб в пределах от 11 до 14 м) от оптимального
значения (при hб = 13 м и lб = 10 м) приводит к увеличению сопротивления на
÷56% соответственно. При увеличении либо уменьшении длины бульба lб по
сравнению с оптимальным – сопротивление увеличивается на 23÷49%.
Смещение центра объема бульба в нос и в прикилевую область позволяет
заострить ватерлинии в районе ГВЛ и тем самым уменьшить размеры носовой
подпорной волны. Одновременно с этим уменьшается интенсивность перетока
воды к днищу и образование скуловых вихрей что делает обтекание корпуса
более плавным. Смещение же центра объема бульба вверх приводит к
благоприятной интерференции волн однако существенных преимуществ при bб =
м не даёт что наглядно видно на эпюре сопротивления (рис. 3.11а).
Влияние длины lб и ширины bб бульба на сопротивление судна (hб=13 м)
(рис. 3.11б). При любых изменениях длины lб и ширины bб бульба в переделах
граничых условий происходит увеличение сопротивления до 84% (точка lб=08 м
bб =13 м) за исключением точки с координатами lб=12 м bб =15 м в которой
происходит локальное уменьшение сопротивления на 05%.
Влияние высоты hб и ширины bб бульба на сопротивление судна (lб=10 м)
(рис. 3.11в). Положительное влияние бульба (в околооптимальной области)
достигается за счет благоприятной интерференции волн создаваемых бульбом и
корпусом судна приводящей к уменьшению волнового сопротивления что
достаточно иллюстративно представлено на рис. 3.11в. Для таких судов
характерны каплеобразные бульбы. Отклонение высоты hб и ширины bб бульба в
сопротивления (до 85%).
Близкая к лыжеобразной форма кормовой оконечности с умеренно Uобразными шпангоутами делает линии тока параллельными батоксам и улучшает
подток воды к винту. Следует отметить что форма бульба мало влияет на
обтекание корпуса судна в кормовой оконечности и следовательно на её
сопротивление. Однако это заключение неоднозначно касается рассматриваемого
судна и требует дополнительных исследований. В действительности влияние
формы и размеров бульба на сопротивление и маневренность судна более сложно
и зависит от многих факторов в том числе от особенностей эксплуатации на
К недостаткам судна с бульбом относятся увеличение стоимости корпуса и
сопротивления при движении в балласте снижение управляемости.
Оптимизация формы корпуса судна позволяют определить не только
наилучшие с точки зрения сопротивления параметры формы корпуса но и
провести детальный анализ решений которые невозможно строго описать
математически и дорого реализовать на физических моделях. К таковым
относятся выбор углов наклона ГВЛ к ДП углов килеватости и конструктивного
дифферента степени V-образности или U-образности шпангоутов в оконечностях
Выбор формы корпуса судна необходимо выполнять с учетом его
взаимодействия с винто-рулевым комплексом и маневренности (поворотливости)
что является весьма сложной задачей.
3 Преимущества и недостатки лекальной и упрощенной форм корпуса
В настоящее время в практике проектирования рыболовных судов
достаточно широко используются как лекальные так и упрощенные формы
обводов корпуса каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Форму корпуса выбирают исходя из соображений обеспечения требований к
мореходным и эксплуатационным качествам судна и технологичности корпуса
экономической эффективности.
Суда с плавными обводами как правило имеют меньшее сопротивление
однако использование лекальных (плавных) обводов усложняет применение
снижению технологичности и увеличению затрат в процессе производства. Таким
образом требование производства - максимально возможное упрощение формы
корпуса - в определенной степени находится в противоречии с требованиями
Суда с упрощённой формой корпуса с одной стороны обладают большей
автоматизированных линий по изготовлению конструкций корпуса снижения
объема гибочных работ номенклатуры технологического оборудования и
оснастки а с другой имеет и большее сопротивление. Для судов с малыми
скоростями хода обладающих незначительным сопротивлением целесообразно
применение упрощенных обводов.
Решение столь сложной компромиссной задачи связано в большей степени с
определением не только сопротивления движению и технологичности но и с
определением экономической эффективностью в процессе эксплуатации. Достичь
этого можно с помощью численных методов учитывая влияние формы корпуса
на ходкость технологичность и массу конструкций.
преимуществ и позволяют:
- уменьшить объем гибочных работ;
- увеличить объем автоматизированных операций при изготовлении
деталей сборке и сварке секций и формировании блоков;
- увеличить количество унифицированных и стандартных деталей и узлов
конструкций корпуса;
- уменьшить количество и номенклатуру технологического оборудования и
оснастки для изготовления деталей сборки и сварки секций и блоков;
- улучшить использование внутренних помещений и размещения в них
механизмов и оборудования.
Опыт показывает что для рыболовных судов с упрощенными обводами из
развертывающихся поверхностей экономия трудоемкости составляет от 10 до
% стоимость корпуса уменьшается в среднем на 20% по отношению к
стоимости корпуса судна с плавными обводами.
В дальнейших исследованиях основное внимание обратим на суда с
упрощенными обводами как наиболее перспективные для Вьетнама в настоящий
момент времени с технологической точки зрения.
4 Взаимодействия корпуса судна и винто-рулевого комплекса
Переход на новый уровень строительства и эксплуатации рыболовных
судов требует тщательного и детального анализа формы корпуса и характеристик
винто-рулевого комплекса а также их взаимодействия в процессе промысловых
D-модель поверхности корпуса судна с упрощенными обводами построена
на основе элементов полученных при оптимизации формы корпуса с плавными
обводами в п.3.2 (см. табл. 3.3).
Таблица 3.4 - Основные элементы рыболовного судна
Lпп- длина между перпендикулярами м
T- осадка по грузовую марку м
- коэффициент полноты подводной
части мидель-шпангоута
- коэффициент общей полноты
φ- коэффициент продольной полноты
Для исследований гидродинамических характеристик винто-рулевого
позволяющая моделировать работу судна в различных режимах промысловых
операций и переходы. Базовым выбран винт диаметром 19 м с конструктивным
шагом 124 м шаговым отношением 0653 и дисковым отношением 063 (рис.
13б). Модель базового варианта насадки приведена на рис. 3.13в.
Рисунок 3.13 - 3D-модели: a) судовой поверхности; б) гребного винта; в) насадки со стабилизатором
Для оценки взаимного влияния и оптимизации системы поверхность –
винто-рулевой комплекс создана трехмерная модель сборки судовая поверхностьвинт в насадка (рис. 3.14) позволяющая определить:
зависимость сопротивления воды от скорости движения судна и формы
гидродинамические характеристики винта в свободной воде;
взаимодействие винто-рулевого комплекса с корпусом;
Рисунок 3.14 - Трехмерная модель сборки: судовая поверхность-винт-насадка
Зависимость сопротивления воды от скорости движения судна и формы
корпуса. Моделирование движения судна осуществляется в режиме перехода (без
учета волнения) с числами Фруда позволяющими рассчитать сопротивление воды
движению судна с помощью традиционных методов и сравнить их с результатами
настоящих исследований. Основное внимание уделяется движению судна со
Шероховатость поверхности корпуса суда принимается равной 150 мкм
(микрометр). Размеры расчетной области выбраны таким образом чтобы
исключить влияние граничных условий на результаты обтекания поверхности
корпуса. В качестве показателей определяющих эффективность формы корпуса
приняты: полное сопротивление сопротивление давления и сопротивление
трения а также скорости потока в пограничном слое и давление на поверхности.
На рис. 3.14 приведены эпюры распределения скоростей в различных плоскостях
Рисунок 3.15 - Эпюры (поле) скоростей: а) в плоскости ГВЛ; б) в плоскости мидель-шпангоута;
в) в плоскости диска винта вид сзади (винт погашен).
В районе кормовой оконечности наблюдается значительное уменьшение
давления (скорости потока) что вызывает образование вихрей и отрыв потока в
местах резкого изменения давления. Поле скоростей в плоскости диска винта
имеет значительную окружную неравномерность что связано с V-образной
формой обводов в кормовой оконечности а установка насадки несколько
сглаживает эту неравномерность.
Гидродинамические характеристики винта в свободной воде
Сила упора (P) и момент сопротивления вращению (М) гребного винта
создается в результате обтекания лопастей потоком жидкости. Сила упора Р
определяется по формуле (3.1)
Момент сопротивления вращению гребного винта рассчитывается по
где D – диаметр гребного винта м; n – частота вращения гребного винта обмин;
k1 – коэффициент упора; k2 – коэффициент момента.
Коэффициент полезного действия (КПД) гребного винта р вращающегося
в свободной воде (при отсутствии влияния корпуса судна и поверхности воды)
гидродинамическими характеристиками гребного винта. Их величины зависят от
относительной поступи винта р
которая характеризует режим работы
При моделировании приняты следующие начальные условия:
частота вращения гребного винта 350 400 450 обмин;
скорость набегающего потока от 0 до 8 мс с шагом 2 мс;
гидродинамические характеристики винта;
размеры сетки позволяют получить результаты с достаточной степенью
В дополнение к предыдущим в состав показателей качества введены: k1 –
коэффициент упора; k2 – коэффициент момента; КПД – коэффициент полезного
На рис. 3.16 приведены результаты расчетов: а) эпюра скоростей в ДП; б)
линии тока через насадку а на рис. 3.17 – кривые действия винта k1 k2 и КПД.
Рисунок 3.16 - Визуализация результатов расчета: а) эпюра скоростей в ДП;
б) линии тока через насадку и стабилизатор
Рисунок 3.17 - Кривые действия гребного винта
Результаты расчетов достаточно хорошо согласуются со значениями
полученными по диаграммам винтов регулируемого шага в направляющих
насадках (разница составляет 5 – 10%) приведенным в справочной литературе
[2]. Расчетное значение коэффициента полезного действия винта установленного
на судне несколько меньше (на 5%) чем у винтов серии В. Однако
универсальность и возможность управления тягой.
Недостатком некоторых гребных винтов в направляющей насадке является
закручивание винтом потоков воды внутри насадки которые под воздействием
центробежной силы перемещаются в радиальном направлении и создают
повышенное давление между концом лопасти и насадкой что приводит в свою
очередь к появлению дополнительной составляющей момента и снижению
коэффициента полезного действия.
Размеры и форма насадки и винта выбраны таким образом чтобы
исключить вышеописанное явление.
Взаимодействие винто-рулевого комплекса с корпусом
После выполнения предыдущих расчетов снова проводится исследование
но уже с целью определения влияния элементов на работу системы в целом.
На рис. 3.18 представлены эпюры распределения скоростей в сборке
поверхности корпуса судна с винто-рулевым комплексом в плоскости мидельшпангоута и в диаметральной плоскости.
Рисунок 3.18 - Взаимодействие винто-рулевого комплекса с корпусом: а) эпюра скоростей в
плоскости мидель-шпангоута; б) эпюра скоростей в диаметральной плоскости
На рис. 3.19 наряду с кривыми зависимости сопротивления судна
полученными численным методом (R2) и по методу В.А. Ерошина (R1)
приведена зависимость сопротивления судна с вращающимся винтом в насадке
Рисунок 3.19 - Зависимость сопротивления воды от скорости движения судна
Результаты расчетов сопротивления воды движению судна (R2) достаточно
хорошо согласуются с расчетами по методу В.А. Ерошина (R1) при скорости 446
мс разница составляет 10% а при скорости 59 мс уменьшается до значения
Установка насадки за корпусом судна приводит к уменьшению полного
сопротивления системы (судовая поверхность – винто-рулевой комплекс) (R3)
соответственно на 95% (при средних скоростях) и на 5% (при высоких
скоростях). Сказывается положительное влияние винто-рулевого комплекса на
формирование потоков обтекания элементов всей системы.
В завершении исследования строится паспортная диаграмма для анализа
взаимодействия гидродинамического комплекса и энергетической установки. В
табл. 3.5 представлены результаты расчетов полученные в Solidworks где: Ne –
мощность потребляемая гребным винтом определяется по формуле
Таблица 3.5 – результат расчетов паспортной диаграммы
По резльтатам расчетов построена паспортная диаграмма (рис. 3.20).
Рисунок 3.20 - Паспортная диаграмма
5 Обеспечение мореходных качеств рыболовного судна
безопасность плавания является управляемость.
Выбор размеров винто-рулевого комплекса осуществляется исходя из
соображений обеспечения требований ходкости и управляемости судна. Диаметр
шаг дисковое отношение гребного винта а также коэффициенты раствора и
расширения насадки определяются в основном из соображений ходкости. В то
время как длина насадки хорда и высота пера стабилизатора – из требований
управляемости [21]. Строго говоря насадка со стабилизатором и винтом – это
система и рассматривать её необходимо с системных позиций.
Влияние корпуса судна и винта на гидродинамические характеристики
насадки обусловлено следующими факторами: а) наличием попутного потока за
корпусом судна; б) наличием скоса потока воды при дрейфе судна; в) наличием
свободной поверхности; г) увеличением скорости потока набегающего на
насадку создаваемого винтом. Существенное влияние на гидродинамические
характеристики насадки а следовательно на ходкость и управляемость
оказывают также скорость судна частота вращения винта и угол поворота
Ниже приведены результаты расчетов поперечных сил и сил сопротивления
действующих на изолированную насадку насадку с вращающимся винтом и с
вращающимся винтом за корпусом судна в наибольшей степени обеспечивающих
высокие мореходные качества судна.
характеристик (поперечной силы F(y) и силы сопротивления F(x)) изолированной
насадки со стабилизатором от углов её поворота (при различных скоростях
набегающего потока) показаны на рис. 3.21.
Рисунок 3.21 - Зависимость гидродинамических характеристик изолированной насадки от углов
существенно изменяет поперечную силу насадки вследствие увеличения скорости
её обтекания и изменения углов атаки. Это происходит в результате закручивания
струи и наличия в ней тангенциальных вызванных скоростей.
частота вращения винта n: 350 400 450 обмин;
скорость набегающего потока v: 2 4 6 мс;
угол поворота насадки αр: 10 20 30 град.
Поперечная сила зависит от борта перекладки насадки и направления
вращения винта. На рис. 3.22 приведены гидродинамические характеристики
соответствующие направлению перекладки насадки с наибольшими значениями
Рисунок 3.22 - Зависимость поперечной силы насадки от углов её поворота: а) v=2 мс; б) v=6
Гидродинамические характеристики насадки (поперечные силы F(y) и силы
сопротивления F(x)) с вращающимся винтом при скорости набегающего потока 4
мс приведены на рис. 3.23.
Рисунок 3.23 - Гидродинамические характеристики насадки с вращающимся винтом при
скорости набегающего потока 4 мс
Вращающийся в насадке винт формирует струю повышенной скорости
которая набегая на профиль насадки создает дополнительный упор. На малых
скоростях дополнительный упор может составлять до 10-15 %. Дополнительная
поперечная сила возникающая вследствие набегающего потока от вращающегося
винта составляет от 8% до 40% в зависимости от частоты вращения винта.
Насадка с вращающимся винтом за корпусом судна. Зависимость
гидродинамических характеристик насадки от углов её поворота с вращающимся
винтом за корпусом судна при скорости его движения 4 мс приведена на рис.
Рисунок 3.24 - Зависимость гидродинамических характеристик насадки от углов её поворота с
вращающимся винтом за корпусом судна
Наличие тангенциальных скоростей потока набегающего на насадку
попутного потока и близость обшивки корпуса судна приводит к уменьшению
поперечной силы на 18-25% и возникновению дополнительной поперечной силы
для компенсации которой требуется перекладка насадки на угол нулевой
Расчетные данные полученные в настоящем исследовании достаточно
хорошо согласуются с результатами гидродинамических расчетов по схеме
предложенной Р.Я. Першицем основанной на обработке результатов испытаний
серии моделей поворотных насадок [2 40].
Поворотливость рыболовного судна
В процессе перекладки насадки на ней возникает поперечная сила F(y) и
момент этой силы М(y) стремящийся повернуть судно в сторону перекладки
насадки. Одновременно с этим появляется сила вызывающая смещение судна в
поперечном направлении в сторону противоположную перекладки насадки. В
результате поворота судна меняется направление и скорость набегающего потока
и появляются дополнительные силы приложенные в центре давления на корпусе
судна. Продольная дополнительная сила Р(х) увеличивают сопротивление воды а
поперечная Р(y) – уравновешивает силу поперечного смещения судна.
При малых углах дрейфа центр давления смещен в нос от центра тяжести
судна и поперечная сила увеличивает поворачивающий момент. По мере
увеличения угла дрейфа центр давления смещается в корму от центра тяжести а
момент возникающий при этом уравновешивает момент поперечной силы на
В установившийся период циркуляции наступает равновесие всех сил и
моментов действующих на судно и циркуляция превращается в окружность
диаметром Dц. Угол дрейфа и скорость судна на циркуляции стабилизируются и
принимают постоянное значение до окончания поворота.
Чем больше угол поворота насадки тем больше поперечная сила и сила
сопротивления воды движению судна и тем больше потеря скорости на
Алгоритм моделирования.
Маневренный период. В начальный момент судно движется прямолинейно
с заданной скоростью (в исследовании поворотливости 4; 5; 6 мс) затем насадка
перекладывается на угол 10 20 30 град.
Эволюционный период. Судно начинает поворачиваться при этом
изменяются траектория движения угол набегающего потока и сопротивление
движению. Угол при котором моменты М1Z и М2Z (см. рис. 3.25) равны система
(скорость судна снижается до 3; 4; 5 мс) центробежная сила вызывающая крен
и диаметр установившейся циркуляции.
На рис. 3.25 приведена схема (система) сил и моментов действующих на
судно при циркуляции и картина работы винто-рулевого комплекса с повернутой
на 30 град насадкой и вращающимся винтом.
Рисунок 3.25 - Иллюстрация моделирования: а) силы и моменты действующие на судно при
циркуляции; б) картина работы винто-рулевого комплекса
Диаметр циркуляции (по Шенхеру) определяется по приближенной
где k - эмпирический коэффициент зависящий от отношения
площадь погруженной части диаметральной плоскости судна м ; V - объемное
водоизмещение судна м ; Су - коэффициент подъемной силы; Sр - площадь пера
руля (насадки) м ; р - угол перекладки пера руля (насадки) град.
Завышенные значения диметра циркуляции полученные по формуле
Шенхера по сравнению с численными расчетами можно объяснить следующим
- в формуле Шенхера используется коэффициент подъемной силы пера
руля а не насадки со стабилизатором. Поэтому поперечная сила по Шенхеру
меньше чем в численном исследовании.
- в формуле Шенхера подъемной силы пера руля зависит только от угла
атаки и не зависит от скорости набегающего потока на циркуляции.
Результаты численного моделирования и расчетов по формуле Шенхера
приведены на рис. 3.26.
Рисунок 3.26 - Результаты моделирования
Поле скоростей в плоскости диска винта имеет значительную окружную
неравномерность что связано с V-образной формой обводов в кормовой
оконечности. Установка насадки несколько сглаживает эту неравномерность и
компенсирует снижение (по сравнению с рулем) поперечной силы и тяги винта
возникающих вследствие неравномерности потока.
поперечной силы на 18-25%. Вращающийся в насадке винт формирует струю
дополнительный упор. На малых скоростях дополнительный упор может составлять
до 10-15%. Дополнительная поперечная сила возникающая вследствие набегающего
потока от вращающегося винта составляет от 8% до 40% в зависимости от частоты
Картина результатов моделирования винто-рулевого комплекса судна а
также численные значения выходных параметров свидетельствуют о пригодности
численного моделирования для использования на этапе проектирования и
инженерного анализа до проведения экспериментальных исследований.
Основные результаты по главе
В силу большого количества информации численного и визуального
характера процесс принятия окончательного решения превращается в сложную
научно-техническую проблему связанную с обеспечением не только ходкости
остойчивости удифферентовки и вместимости в различных вариантах загрузки но и
компоновки основных помещений прочности и технологичности конструкций.
Важным преимуществом оптимизации с использованием САПР и
численных методов по сравнению с традиционными методами натурными
испытаниями и модельными экспериментами является возможность исследования
как системы корпус-насадка-винт в целом так и каждого элемента в отдельности
уделив особое внимание его характеристикам.
ГЛАВА 4 ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ КОРПУСА СУДНА
Адекватная оценка напряженно-деформированного состояния корпуса судна
конструкций определения нагрузок в соответствии с требованиями Правил РМРС
и ВМРС [4 10]. Конструкции корпуса изготовлены из судостроительной стали
нормальной прочности категории А с гарантированным пределом текучести не
менее 235 мПа (24 кгсмм2) в соответствии с ГОСТ 5521-86 [1].
1 Постановка задачи. Теоретические положения
Постановка задачи. После оптимизации поверхности корпуса судна
возникает необходимость в оптимизации конструкций корпуса как подсистемы
во многом определяющей эффективность и надежность судна.
напряжено-деформированного
рыболовного судна с целью снижения его металлоёмкости и увеличения
Задачу оптимизации конструкций корпуса в терминах математического
программирования можно сформулировать следующим образом. Необходимо
найти такой вектор X x1 x 2 x n оптимизируемых переменных при котором
критерий эффективности достигает экстремального значения
x i max x i x i min i 1n
где j m n – количество
ограничений и неизвестных (переменных); F(Х) – критерий эффективности; j –
технические и эксплуатационно-экономические показатели; a j
Для решения задачи оптимизации необходимо:
- создать трехмерную модель конструкций;
- выбрать вектор оптимизируемых переменных;
- установить перечень ограничений (датчиков);
- выбрать критерий эффективности;
- провести анализ решения и выбрать оптимальный вариант.
Описание 3D-модели начального варианта
Корпус судна представляет собой сложную техническую систему
состоящую из отдельных увязанных между собой перекрытий и конструкций
обеспечивающих судну достаточную прочность надежность и экономическую
эффективность в процессе его эксплуатации [50 52].
Корпус судна набран по поперечной системе набора с начальной шпацией
0 мм. Шпангоуты и бимсы изготовлены из полособульба. Продольные и
поперечные переборки - сварные плоские усиленные вертикальными ребрами
жесткости. Три грузовых люка размером в свету 800х1200 мм установлены на
верхней палубе для доступа в охлаждаемые танки (RSW). Вырезы подкреплены
ребрами жесткости продольного и поперечного направлений. Углы вырезов
закруглены в целях предотвращения концентрации напряжений. Между люками
установлены две продольные переборки подразделяющие трюм на три танка. На
палубе установлена траловая лебедка имеющая: ваерный барабан (3 тонны х 60
ммин); сетной барабан (8 тонн х 40 ммин); вытяжную лебедку (2 тонны х 40
ммин). Трехмерная модель приведена на рис. 4.1.
Элементы конструкций блоков и секций (шпангоуты бимсы флоры ребра
жесткости кницы и т.п.) как детали для сборки формируются в контексте сборки
и размещаются внутри судовой поверхности в трехмерном режиме с привязкой к
ранее установленным родительским связям или к системе координат. Все
элементы набора имеют параметрическую и ассоциативную связь позволяющую
быстро трансформировать конструкции при изменении формы корпуса и других
родительских связей [55 64 115].
Рисунок 4.1 - Конструкции корпуса: а) мидель-шпангоут; б) 3D-модель охлаждаемого трюма
На этапе создания конструкций и принятия окончательного решения
элементы конструкций подвергаются инженерному анализу в целях обеспечения
прочности технологичности и других свойств. По результатам анализа
В качестве критериев прочности конструкций для пластичных материалов
- эквивалентные максимальные напряжения по Мизесу;
- нормальные напряжения по
- главные напряжения 1 23 и др.
Допускаемые напряжения для конструкций принимаются в соответствии с
теорией Мизеса учитывающей совместное влияние изгиба и сдвига. Суть теории
Мизеса (максимальной энергии формоизменения) заключается в утверждении
что пластичный материал начинает разрушаться в местах где напряжения по
Мизесу равны предельному напряжению. В качестве предельного (максимально
допускаемого) напряжения используется предел текучести у. Коэффициент
принимаются равными:
предел = у = 235 МПа;
предел = 09y = 1227 МПа где yy.
2 Оптимизация конструкций корпуса
Оптимизация конструкций корпуса судна позволяет определить не только
наилучшие размеры связей корпуса с точки зрения минимума массы но и оценить
экономический эффект. Особое внимание уделяется исследованию зависимости
напряжений перемещений и массы от величины шпации размеров шпангоутов и
бимсов и толщины флоров с учетом требований Правил РМРС.
Численные методы получили широкое распространение не только при
решении задач гидродинамики судов но и при решении задач прочности судовых
конструкций [78-80]. При исследованиях прочности и жесткости днищевых
традиционные так и численные методы [85].
Постановка задачи. Прежде всего мы должны решить две задачи: 1)
оптимизация конструкций корпуса судна по критерию минимума массы; 2)
оптимизация конструкций корпуса судна по критерию максимального увеличения
эффективности судна по сравнению с верхним подуровнем его проектирования.
размеры связей конструкций при котором критерий эффективности достигает
прочности и элементам конструкций а также к вместимости остойчивости и др.
Известными величинами являются элементы судна архитектурноконструктивного типа общего расположения (количество и расположение
продольных и поперечных переборок палуб и др.) Х*(L B T H lT bT hДВ) и
двойственные оценки ограничений yj полученные на верхнем подуровне
ближайшей продольной переборки м; дв – высота двойного дна м.
В качестве оптимизируемых переменных приняты:
a – шпация поперечного набора палубы борта и днища (вертикального
набора поперечных переборок) м;
s1 s2 – толщины палубной и бортовой обшивок мм;
n1 n2 – размеры бимсов и шпангоутов (номер полособульба);
l1 l2 – пролеты бимсов и шпангоутов м.
переменными являются:
W – моменты сопротивления балок набора палубы и борта см3;
s3 – толщина флоров мм.
Количество переменных в настоящем исследовании выбрано с учетом
ресурсов вычислительной техники и гибкого управления моделью.
Критерий эффективности:
Задача 1. Минимум массы корпуса судна:
fk (X* Xk ) min Мk (X* a n l s W)
где Мk (X* a n l s W) – масса конструкций корпуса в функции оптимизируемых
переменных a n l s W
размерениях и компоновке судна X* т.
Задача 2. Приращение критерия эффективности по судну вызванное
изменением нагрузки (масс) вместимости и координат центра тяжести (ЦТ) по
отношению к рассчитанным в задаче определения элементов судна на верхнем
подуровне если таковые имеются
где yj – оценки ограничений размерность ограничения;
k – приращение массы металлического корпуса;
k – приращение абсциссы ЦТ металлического корпуса;
k – приращение метацентрической высоты и т.д.
Оценки в задаче 2 определены на верхнем подуровне при оптимизации
элементов судна и в нашем конкретном примере равны:
y1 – оценки приращения массы металлического корпуса (грузоподъемности) y1 =
y2 – оценки приращения абсциссы ЦТ металлического корпуса y2 = 0;
y3 – оценки приращения метацентрической высоты y3 = 0.
То есть ограничения по абсциссе ЦТ и метацентрической высоте не
являются лимитирующими.
Ограничения определяющие область допустимых решений могут быть
построены на основе Правил Регистра или норм прочности [4 9 10]:
a – шпация поперечного набора палубы борта и днища лежит в пределах (п.
1.3) a*1 ≤a(Xk ) a*2 ;
s1 s2 – толщины палубной и бортовой обшивок не менее требуемых
(1.6.4.4) s(Xk )≥s* ;
l1 l2 – пролеты балок (определяются в функции размеров судна и
количества продольных переборок)
требуемых W(Xk )≥W* ;
n1 n2 – размеры бимсов и шпангоутов (определяются с учетом пролета и
момента сопротивления балок (1.6.4.1 – 1.6.4.2));
s3 – толщина флоров не менее требуемой (п. 2.4.4.3) s(Xk )≥s* ;
напряжения не превышают допустимых пределов Хk) ≥предел.
Важным условием сходимости решения задачи является хорошее начальное
приближение. В качестве начального приближения принята модель базового
варианта судна созданная с учетом элементов судна Х* =(L B T H lT bT hдв ) и
рекомендаций Правил РМРС. На рис. 4.2 приведена 3D-модель конструкций
корпуса судна в районе танков.
Рисунок 4.2 - 3D-модель конструкций корпуса судна в районе танков
В состав трехмерной модели включены поддерживающие конструкции для
обеспечения реальной картины работы конструкций без упрощений и введения
поправочных коэффициентов.
Требования к трехмерной модели конструкций корпуса:
- моделирование конструкций по предполагаемому (заранее заданному)
макету общего расположения (компоновки) судна;
- минимально возможное количество оптимизируемых параметров для
гибкого управления модификацией конструкций;
параметры конструкций корпуса в заданных пределах. При этом концепция
конструкций корпуса должна сохранять принятое на верхнем подуровне решение.
Последовательность решения задачи. Этап 1 – оптимизация конструкций
без вырезов грузовых люков. Этап 2 – проверка прочности конструкций с
Нагрузка. Расчетное давление P действующее на корпус судна со стороны
моря определяется по правилам Российского Морского Регистра Судоходства (п.
Нагрузка действующая на палубу включает в себе поперечную равномерно
распределенную нагрузку от веса находящегося на палубе груза (улова) и веса
обусловленное перемещениями корпуса относительно профиля волны для точек
приложения нагрузок расположенных выше и ниже КВЛ приведены на рис. 4.3.
Рисунок 4.3 - Приложение нагрузки: а) 3D-модель; б) схема приложения
Крепление. Конструкции корпуса судна созданы из отдельных увязанных
между собой перекрытий и узлов обеспечивающих судну достаточную
прочность надежность и устойчивость под действием внешних нагрузок.
Конструкции трюма в районе поперечных переборок жестко заделаны в районе
ДП - закреплены с учетом симметричности конструкций относительно ДП (рис.
Сетка. Важным этапом в анализе конструкций является создание сетки. От
её параметров зависят качество и время исследования (рис. 4.4б). В настоящем
исследовании сетка создана на основе кривизны. Характеристики сетки: тип – на
твердом теле; максимальный размер элемента – 7867 мм; качество – высокое;
всего узлов – 1453189; всего элементов – 756912.
Рисунок 4.4 - Начальные условия: а – схема крепления конструкций;
б – сетка в районе бортовой кницы
Результаты исследований
Базовый вариант (начальное приближение). В результате исследования
базового (начального) варианта определяются напряжения перемещения и
деформации: максимальное напряжение 209 МПа; максимальное перемещение
02 м; максимальная деформация 00006. Расчетные напряжения не превышают
допустимые пределы что говорит о достаточной прочности конструкций а масса
конструкций трюма составляет 2х9862 кг.
Оптимизация. Размеры конструкций корпуса начального варианта в табл.
1 выделены желтым цветом оптимального варианта – зеленым цветом.
Таблица 4.1 - Размеры конструкций корпуса начального и оптимального вариантов
Наименование размерность
Продолжение таблицы 4.1
Шпангоут (полособульб)
Напряжения по Мизесу
напряжений и массы конструкций от шпации для начального и оптимального
вариантов (рис. 4.5б). Распределение напряжений вдоль бимса (ДП – борт) и по
высоте шпангоута (днищевое перекрытие – палубное перекрытие) до и после
оптимизации показано на рис. 4.6.
Рисунок 4.5 - Результаты оптимизации: а – эпюра напряжений; б – зависимость напряжений и
массы конструкций от шпации
Рисунок 4.6 - Распределение напряжений (Шп.29): а – вдоль бимса; б – по высоте шпангоута.
Максимальные напряжения возникают в районах соединения бортового и
палубного перекрытий и продольной переборки и палубы с помощью книц.
Несмотря на обеспечение прочности конструкций в оптимальном варианте
напряжения в бортовой книце все-таки достигают высоких значений близких к
пределу текучести. С целью снижения напряжений в книце ей следует придать
незначительное скругление и приварить поясок (рис. 4.7а).
Установка вырезов люков в палубе не привела к существенному изменению
прочности и массы конструкций (рис. 4.7б).
Рисунок 4.7 - Узловые напряжения оптимального варианта: а – в бортовой книце со
скруглением; б – в районе выреза.
Экономический эффект только от оптимизации конструкций танков
достигает 218 тыс. за счет уменьшения стоимости корпуса (металла) и
увеличения грузоподъемности:
fk (X* Xk )= fk (Xk )+ m
j=1 yj jk =fk (Xk )+50*0436=218 тыс.
здесь fk (Xk ) - доля прибыли (критерия) получаемая за счет снижения стоимости
корпуса. Численное значение fk (Xk ) определяется в процессе техникоэкономического обоснования элементов судна.
Результаты оптимизации
Прочность конструкций корпуса обеспечена при воздействии нагрузок
регламентированных Правилами Российского морского регистра судоходства:
максимальные напряжения при оптимальном варианте составляют 229 МПа в
районе Шп. 29 что не превышает предельно допустимых значений напряжений
равных 235 МПа; максимальные перемещения при оптимальном варианте
составляют 168 мм в центре пластины в районе Шп. 21-22.
конструкции трюма до оптимизации составляла 2х9862 кг после
оптимизации – 2х9644 кг т.е. произошло уменьшение массы на 2х218кг (22%).
Положение центра тяжести практически не изменилось следовательно
посадка и остойчивость также не изменятся в результате оптимизации
Важным преимуществом конечно-элементного анализа является не
только определение анализ и оценка критерия эффективности и ограничений но
и визуализация результатов решения задачи в виде картин графиков и эпюр.
В дальнейших исследованиях выполнен анализа прочности палубного и
днищевого перекрытий а также влияние погиби шпангоутов и коррозионного
износа на уровень прочности с целью уточнения результатов и выработки
рекомендаций по обеспечению прочности конструкций корпуса судна.
3 Обеспечение прочности палубного перекрытия
Описание 3D-модели. С целью детального анализа конструкций при
воздействии локальных нагрузок перекрытия выделяют из общей системы и
рассматривают их автономно а влияние смежных конструкций учитывают
моделированием заделки перекрытия по периметру. Строго говоря выделение
перекрытий из системы является вынужденной мерой и правильнее было бы
рассматривать замкнутый контур в целом однако такой расчет весьма трудоемок
и затратен. Трехмерная модель палубного перекрытия приведена на рис. 4.8.
Рисунок 4.8 - Конструкция палубного перекрытия: а) 3D-модель; б) 3D-модель (палубный
Крепление. Опорный контур перекрытия образуют борта судна продольные
и поперечные переборки которые в свою очередь жестко заделаны у днища (рис.
9а). Продольные переборки и пластины палубы считаются жестко заделанными
на поперечных переборках а бимсы на бортах – упруго заделанными с
определенным коэффициентом податливости упругой заделки.
Нагрузка. Прочность связей палубного перекрытия проверяется на действие
равномерно распределенной нагрузки от веса находящегося на палубе улова
и(или) веса воды попадающей на палубу во время шторма. Одновременно с этим
на палубу через фундамент действует нагрузка от траловой лебедки имеющей:
ваерный барабан (3 тонны х 60 ммин); сетной барабан (8 тонн х 40 ммин);
вытяжную лебедку (2 т х 40 ммин).
Расчетная нагрузка определяется по формуле [4]:
принимается Р=13кПа (рис. 4.9а)
где G – масса технологического оборудования т; Sn – площадь палубы м2; mрыб –
масса рыбы на палубе т; Рвод – масса воды на палубе во время шторма т.
Сетка. Для анализа конструкций перекрытия используется сетка с
линейными тетраэдральными твердотельными элементами на конечных - с
параболическими элементами (рис. 4.9б). Для объединения совпадающих узлов
вдоль границы тел устанавливается связывающий контакт что дает совместимую
сетку. Характеристики сетки: тип - на твердом теле; размер элемента - 41
допуск: 2.05 качество - высокое; всего узлов - 906719; всего элементов – 457617.
Рисунок 4.9 - Создание проекта: а) схема крепления перекрытия и приложения нагрузки; б)
сетка в проблемных узлах конструкции
возникающих в перекрытии (рис. 4.10) перемещений и деформаций (рис. 4.11) а
также графики их распределение.
Рисунок 4.10 - Напряжения по Мизесу: а) эпюра распределения; б) результаты зондирования по
Рисунок 4.11 - Эпюра распределения: а) перемещений; б) деформаций
На рис. 4.12 приведены наиболее проблемные места конструкций: узлы
соединения бимсов с вертикальными ребрами жесткости продольных переборок и
со шпангоутами с помощью книц.
Рисунок 4.12 - Наиболее проблемные места конструкций: а) соединения бимсов с
вертикальными ребрами жесткости продольных переборок; б) со шпангоутами
Анализ результатов исследования показывает что прочность палубного
правилами и нормами прочности и условиями эксплуатации: максимальные
напряжения по Мизесу и касательные напряжения не превышают допустимых
существенным образом меняет картину работы перекрытия и приводит к
перераспределению расчетных напряжений и деформаций по длине бимсов что
свидетельствует о чувствительности программного обеспечения к типам заделки
и получении более достоверных результатов.
4 Обеспечение прочности двойного дна
Днищевое перекрытие играет важную роль в обеспечении прочности
корпуса судна. Угол килеватости днища и износ судовых конструкций в процессе
эксплуатации оказывают существенное влияние на прочность днищевого
перекрытия. В этом разделе проведены исследования по обеспечению прочности
днищевого перекрытия (в районе охлаждаемого трюма) с учетом килеватости
днища и износа судовых конструкций.
4.1 Влияние угла килеватости на прочность конструкций двойного дна
Корпус судна обычно характеризуется углами килеватости на миделе и на
транце. При малой килеватости суда имеют меньшую осадку и меньший крен при
циркуляции однако обладают достаточно высокой рыскливостью и большими
ударными нагрузками на корпус при движении на волне. При большой
килеватости суда обладают низкой остойчивостью на стоянке и малом ходу а
также чуть большим гидродинамическим сопротивлением на малом ходу. Для
большинства рыболовных судов угол килеватости днища на миделе составляет
В данном разделе выполнено исследование напряженно-деформированного
состояния элементов конструкций двойного дна при углах килеватости 0 10 .
Конструкции двойного дна набраны по Правилам Российского морского регистра
судоходства [4] изготовлены как было отмечено ранее из судостроительной
стали нормальной прочности категории А с гарантированным пределом текучести
не менее 235 МПа в соответствии с ГОСТ 5521-86 [1]. 3D-модели двойного дна с
разными углами килеватости приведены на рис. 4.13.
Рисунок 4.13 - Конструкция двойного дна: а) 3D-модель в сборе (настил двойного дна и
бортовая обшивка скрыты); б) двойное дно с разными углами килеватости
Трехмерная модель двойного дна является элементом подсистемы Корпус
и позволяет варьировать параметры конструкций в заданных пределах. При этом
концепция конструкций сохраняет принятое на верхнем подуровне решение и
начальные размеры полученные при оптимизации конструкций (см. раздел 4.2).
Наиболее опасными для конструкций корпуса судна являются следующие
Выход на промысел с полными запасами (с точки зрения прочности
бортового перекрытия);
Возвращение с промысла с полным уловом в трюме и на палубе если
палубный груз предусматривается проектом и с 10 % запасов (с точки зрения
прочности двойного дна).
В настоящем исследовании напряженно-деформированное состояние
элементов конструкций двойного дна определено при возвращении судна с
Нагрузка. Внешнее давление на конструкции двойного дна определяется по
формуле (2.2.3-1) Правил РМРС [4].
Нагрузка (Рг) на конструкции двойного дна определяется как расчетное
давление на двойное дно от жидкого груза согласно 1.3.4.2 [4]. Двойное дно
Pг г g z i b 1025 981 (279 692 054) 656кПа
г - плотность груза т м3 ;
zi - отстояние рассматриваемой связи от уровня палубы измеренное в
диаметральной плоскости м;
b – ширина отсека измеренная на середине высоты м;
- расчетный угол крена.
поперечных переборок и опираются на конструкции борта.
Рисунок 4.14 - Схема крепления перекрытия и приложения нагрузки: а) схема приложения
нагрузки; б) 3D-модель
Размеры днищевой обшивки и связей конструкций двойного дна
определяется согласно РМРС [4]. При этом:
согласно п.2.2.4.1 РМРС толщина днищевой обшивки должна быть не
менее определенной по формуле:
согласно п.2.2.4.4 РМРС толщина второго дна должна быть не менее
определенной по формуле:
согласно п.2.2.4.2.4 РМРС толщина днищевого стрингера должна быть не
Задачу можно сформулировать следующим образом: необходимо найти
такой угол килеватости и размеры конструкций двойного дна при которых
критерий эффективности (в нашем случае масса конструкций) достигает
минимального значения и выполняются требования предъявляемые к прочности
и размерам конструкций а также к вместимости цистерн:
– угол килеватости град;
s1 – толщина днищевой обшивки мм;
s2 – толщина второго дна мм;
s3 – толщина днищевого стрингера мм;
s4 – толщина флоров мм.
W – вместимость цистерн не изменяется (находится в пределах;
у – напряжения не превышают допустимых пределов предел = у = 235
s1 – толщина днищевой обшивки не менее требуемой (п. 2.2.4.1) S1(Xk)≥S1*
s2 – толщина второго дна не менее требуемой (п. 2.2.4.4) S2(Xk)≥S2* мм;
s3 – толщина днищевого стрингера не менее требуемой (п. 2.2.4.2.4)
Критерий: минимум массы Mkmin.
Результаты оптимизации конструкций двойного дна приведены в табл. 4.2.
Таблица 4.2 - Размеры конструкций двойного дна первоначального и оптимального вариантов
Угол килеватости град.
Толщина днищевой обшивки мм
Толщина настил второго дна мм
Толщина днищевого стрингера
вариант варьирования
Вместимость двойного дна м3
Напряжения по Мизесу МПа
Ниже приведены эпюра узловых напряжений по Мизесу при 10 (рис.
15а) и график зависимости массы днищевого перекрытия от угла килеватости
Рисунок 4.15 - Результаты расчетов: а) эпюра узловых напряжений по Мизесу при
график зависимости массы днищевого перекрытия от угла килеватости
В результате оптимизации удалось уменьшить массу конструкций за счет
применения килеватости днища и уменьшения за счет этого толщин конструкций
до минимально допустимых значений при этом прочность конструкций корпуса
обеспечена при воздействии нагрузок регламентированных Правилами РМРС.
Максимальные напряжения при оптимальном варианте (=100) составляют 191
МПа что не превышает предельно допустимых значений напряжений равных 235
конструкции двойного дна в районе охлаждаемых танков до
оптимизации составляла 2х4142 кг после оптимизации – 2х3790 кг т.е.
произошло уменьшение массы на 2х352 кг (85%) что свидетельствует об
избыточной прочности первоначального варианта конструкции двойного дна.
Для принятия окончательного решения необходимо провести исследования
прочности конструкций двойного дна с учетом их коррозионного износа что в
условиях Восточного моря является весьма актуальной проблемой.
4.2 Обеспечение прочности двойного дна с учетом износа конструкций
Износ конструкций корпуса судов проявляется в виде [89]:
уменьшения толщины листовых элементов и набора;
изменения первоначальной формы конструкций в результате появления
остаточных деформаций вызванных различного рода эксплуатационными
нарушения целостности отдельных элементов в виде трещин разрывов
пробоин являющихся следствием проявления усталости хрупкости или вязкого
разрушения при аварийных ситуациях.
Вследствие износа конструкции уменьшается ее надежность долговечность
и прочность. Износ нарушает прочность корпуса постепенно в течение всего
срока эксплуатации судна.
рассмотрены в ряде научных работ многих ученых таких как В.А. Кулеш О.Э.
Суров М.В. Китаев В.А. Компанец [74 75 97 118]. В настоящем разделе
выполнен расчет прочности двойного дна с учетом износа судовых конструкций.
Основной причиной износа корпуса является равномерная и местная
коррозии. Равномерная коррозия не представляет большой опасности для
корпуса. Значительно опаснее местная коррозия отдельных участков корпуса где
интенсивность коррозионного разрушения может значительно превышать средние
значения и в отдельных случаях достигать нескольких миллиметров в год.
Наиболее интенсивно наружная обшивка коррозирует в районе переменной
ватерлинии в местах сварных швов и около шовных участков.
Внутри корпуса коррозия наблюдается на настилах второго дна трюма в
балластных танках двойного дна и в балластируемых танках судов особенно при
скоплении воды и топлива в нижней части конструкций. На рис. 4.16 приведены
примеры коррозионного износа конструкций корпуса судна.
Рис. 4.16. Коррозионный износ конструкций корпуса траулера СТР-503 «Тихменево»: а) в
районе машинного отделения; б) в районе трюма
Проектирование конструкций с учетом коррозионного износа сводится к
решению двух задач [34]:
) определение напряженно-деформированного состояния конструкций с
учетом коррозионного износа с целью обеспечения прочности конструкций и
назначения коррозионных надбавок;
) разработка методик оценки и прогнозирования технического состояния
судов с целью обеспечения надежности и минимальных затрат на техническое
обслуживание и ремонт.
Влияние износа на прочность корпусных конструкций проявляется поразному в зависимости от характера нагружения (статическое циклическое или
вибрационное) стадии нагружения (упругая или пластическая) вида нагружения
(растяжение изгиб сжатие с возможной потерей устойчивости).
Статическое нагружение конструкций в упругой стадии сжимающими и
изгибающими силами приводит к концентрации напряжений в районе язвин и
одновременно к снижению пластических свойств стали что трудно реализовать в
процессе моделирования. Коррозионные язвины приводят к появлению трещин в
обшивке корпусов при циклических и вибрационных нагрузках причем трещины
зарождаются непосредственно в коррозионных язвинах. Наиболее опасными
являются узлы пересечения листов имеющих коррозионные разрушения с
продольными и поперечными балками набора.
На рис. 4.17 приведна 3D-модель конструкций двойного дна с равномерным
и местным коррозионным износом выделенным желтым и красным цветом
конструкций корпуса вледствие коррозии определены согласно п.1.1.5 РМРС
Рисунок 4.17 - 3D-модель конструкций двойного дна: а) с равномерным; б) с местным
коррозионным износом
Таблица 4.3 - Толщина элементов конструкций двойного дна
Остаточная толщина в
результате равномерной
Результат исследований приведен на рис. 4.18.
Рисунок 4.18 - Эпюра распределения напряжения
В результате анализа технического состояния корпуса судна в процессе
эксплуатации выявлено влияние износа на прочность корпусных конструкций
определены опасные состояния конструкций и критерии их прочности. Что
коррозионный износ и связать их с нормами износа в эксплуатации.
Максимальные напряжения возникают в районе местной коррозии настила
второго дна при этом прочность конструкций с учетом износа уменьшилась на
Рекомендации: несмотря на снижение прочности конструкций в результате
износа возможна замена ряда рамных флоров простыми (упрощенным) с целью
снижения массы корпуса.
Обводы корпусов судов отличаются большим разнообразием. Плавные
(лекальные) обводы могут в одном корпусе сочетаться с упрощёнными а балки
набора иметь кривизну или сломы осей в пределах своих пролётов. Традиционные
расчётные схемы судовых балок ориентированы на их прямолинейность вдоль
пролёта. Кривизны и сломы осей чаще не учитывают. В настоящем исследовании
рассмотрены вопросы влияния формы шпангоутов на уровень прочности судна с
учётом криволинейности или сломов оси шпангоутов.
Регламентация параметров прочности балок набора а соответственно и их
масса производится согласно п.1.6.4 части II «Корпус» Правил Регистра. При
этом для криволинейной балки пролёт принимается равным длине хорды
соединяющей её опорные сечения. Формально такой подход не позволяет
учитывать кривизну или наличие сломов оси балок. Вопрос о влиянии указанных
особенностей остаётся открытым.
Наряду с общими принципами регламентации по п.1.6.4 Правила включают
возможность учёта особенностей балок через коэффициенты изгибающих
моментов и допускаемых напряжений определяемые в соответствующих главах.
В общих требованиях [6] при регламентации размеров балок набора в первую
очередь опираются на момент сопротивления (см3) не менее величины
p - расчётное давление кПа;
a - расстояние между балками м;
m - коэффициент изгибающего момента;
k =065 - коэффициент допускаемых напряжений;
n - нормативный предел текучести МПа;
к - коэффициент поправки на износ.
Согласно п.3.7 Правил «Рыболовные суда » для судов швартующихся в
море (изданий 2010–18 гг.) [6] момент сопротивления шпангоутов определяется с
учётом их формы и должен быть не менее:
где m 20 4k1 k 2 (1 k 3 k 4 ) W k 21
Рисунок 4.19 - Схема с учётом 2-х параметров формы шпангоута
Здесь пролёт измеряется также по хорде. При этом дополнительно
учитываются 2 параметра формы (рис. 4.19):
- отклонение (f) нижнего опорного сечения от вертикали проведённой через
верхнее опорное сечение (угол отклонения хорды);
- наибольшая стрелка погиби шпангоута (f1).
В результате коэффициент изгибающего момента - m корректируется
- при отсутствии стрингеров:
k 2 1 68 f (f 0 28) 125 f1' ;
- при наличии стрингеров:
- относительная стрелка кривизны оси шпангоута (рис. 4.21).
Анализ формулы (4.9) показывает что она содержит ошибку и не работает в
нужном диапазоне из-за отрицательных значений под знаком «квадратный
корень». Обращение к Правилам более ранних лет издания показывает что
формула (4.9) записывалась в виде лишённом указанного недостатка
Расчёты по формулам (4.9) и (4.10) представлены на рис. 4.20. Увеличение
коэффициента k2 понижает требования к моменту сопротивления и массе балок.
Результаты расчётов выявляют качественные и количественные недостатки в
регламентации балок. Таким образом при определении прочности судовых балок
криволинейность или не учитывается или учитывается с недостатками.
Следовательно вопросы обеспечения прочности судовых балок с учетом
криволинейности актуальны.
Рисунок 4.20 - Коэффициенты k2 в зависимости от fl наличия стрингеров и f1l
Анализ влияния формы шпангоутов на прочность
В данном разделе выполнены вариантные расчёты прочности на действие
моря для шпангоутов различной формы связанных с бимсами рыболовного судна
(проекта 1322) в трюме [61]. Наружная обшивка учитывалась в рамках концепции
присоединённого пояска. Узел соединения указанных балок принимался как
неподвижным (не смещаемым) так и со свободными перемещениями. Расчёты
произведены по двум программам - FESTA и Solidworks что позволяет
выполнить сравнения. Система набора поперечная шпация равна 05 м высота
палубы над вторым дном – 203 м стрингеров нет. Рассмотрен случай давлений
моря на борт величиной 165 кПа на уровне второго дна и 56 кПа – на уровне
палубы. Наружная обшивка толщиной 6 мм подкреплена шпангоутами из
несимметричного полособульба № 8. Настил палубы толщиной 5 мм подкреплён
бимсами из полособульба № 6. Шпангоуты полагались жестко заделанными на
флорах высотой 065 м (рис. 4.21). По условию симметрии бимс в диаметральной
плоскости имел нулевой угол поворота. За варьируемые параметры приняты
Угол отклонения хорды шпангоута от вертикали.
Число сломов оси шпангоута в пролёте и стрелок погиби в них.
Свобода линейных смещений узла соединения шпангоута с бимсом.
Рисунок 4.21 - Конструктивная схема для анализа расчетные нагрузки и варианты моделей
Нумерация узлов стержневой системы дана на рис. 4.22. В стержневой
идеализации рассчитано 16 моделей со свободными смещениями узла № 4 и 16
моделей с закреплением узла № 4 от линейных смещений. Расчеты выполнялись в
программе FESTA разработанной на кафедре конструкции судов СанктПетербургского морского технического университета.
Учитывая отмеченную выше невозможность (в рамках стержневых
моделей) точно отразить эффекты распора и самораспора (ограничения
подвижности узлов) для сложных конструкций на втором этапе аналогичные
расчеты были выполнены в программе SolidWork. Конечной задачей вариантных
расчётов являлось получение формулы для коэффициента изменения прочности
балок со сломами или кривизной оси относительно базового случая. За базовый
принимался случай вертикального борта.
Рисунок 4.22 - Сравнение эпюр напряжений при свободном и не смещаемом узле №4
Результаты сопоставления расчетов представлены в табл. 4.4 где
выделенные напряжения относятся к базовым моделям (без кривизны).
Таблица 4.4 - Результаты расчётов по FESTA и SolidWork
неподвижным подвижным
Продолжение таблицы 4.4
Рисунок 4.23 - Расчеты пластинчатой модели рамы в SolidWork
Результаты расчётов рам как стержневой системы показывают что сломы
оси вызывают не только количественные но и качественные изменения эпюр
внутренних усилий вдоль пролёта (рис. 4.23). Особенно ярко это проявляется в
условиях когда подвижность опорных сечений ограничена. Каждый слом
принимает на себя функции промежуточной податливой опоры с характерным
для неё скачком перерезывающих сил и экстремумом изгибающих моментов. В
результате при несмещении узла № 4 уровень наибольших приведенных
напряжений (по условию Мизеса) может быть до 5 раз меньше чем при
свободной подвижности узла (рис. 4.23). Это создаёт предпосылки для
значительного снижения требований и массы бортового набора.
На рис. 4.24 отражены результаты расчётов уровня наибольших напряжений
шпангоутов в функции от увеличения относительной погиби их оси.
Рисунок 4.24 - Влияния погиби шпангоутов на уровень наибольших напряжений (кгсм2) при
свободном (верхние линии) и не смещаемом (нижние линии) узле соединения с бимсом красным
цветом показаны модели с 2-мя сломами оси
Эти результаты позволяют сделать некоторые выводы.
При свободно смещаемом узле соединения с бимсом уровень напряжений
растёт и прочность уменьшается с ростом относительной погиби.
При ограничении смещений узла уровень напряжений быстро снижается
а прочность увеличивается до 4 раз и достигает максимума относительно базового
уровня. С дальнейшим ростом погиби прочность начинает снижаться.
Уточнение формы оси шпангоута за счёт введения дополнительного узла
слома не оказывает существенного влияния на изменение уровня напряжений
(красный цвет на рис. 4.24 слева).
Наибольшие напряжения определённые в рамках балочных моделей
Качественный характер влияния относительной погиби при этом сохраняется.
В расчётах SolidWork сетка формировалась на основе кривизны
автоматически. Элементы в разных моделях: размеры от 18 до 90 мм число – от
000 до 15000. С увеличением кривизны сетка формируется более мелко для
отслеживания концентрации напряжений что не могло не повлиять на результаты.
Вопросы формирования сетки не оговорены Правилами [4] но специальный раздел
в Правилах [7 8] свидетельствует об их важности для анализа прочности. Балочные
модели ориентированы на определение номинальных усилий и напряжений в
сечениях без учёта концентрации. С этих позиций пока предпочтительнее
балочные модели оговариваемые Правилами [4].
Анализ результатов с позиции коэффициентов прочности
Выполненные расчёты показали существенное и положительное влияние
кривизны (и сломов) оси шпангоутов на прочность в условиях ограниченной
подвижности опорных узловых точек. Учёт этого влияния позволяет снизить
требования и соответственно массу шпангоутов. Для наиболее характерного
случая давлений моря на борт предлагается базовую формулу Правил (1)
где kf - коэффициент прочности учитывающий криволинейный характер оси
балок и равный 1 для прямолинейных балок.
существующего определения входящих в неё величин. Представленные выше
результаты расчётов приведены к относительному и безразмерному виду (рис.
подвижных и несмещаемых узлов при балочной идеализации рам. Такой приём
обеспечивает сравнительно осторожные оценки для судовых конструкций при
характерном уровне распора и самораспора.
Величина коэффициента прочности относительно уровня для прямых балок
k f 1 814 f 48 45 f 2 8036 f 3
f y h z - относительная погибь или слом оси балки;
y - наибольшее отклонение оси балки от её хорды вдоль оси у;
hz - длина проекции хорды на вертикальную ось z.
Естественное ограничение подвижности узлов может быть обеспечено в
рамках 3-мерных моделей с пластинчатой идеализацией обшивки.
Прогноз коэффициента прочности (FESTA)
y = 80361x3 - 48445x2 + 81372x + 1
относительная погибь
угол отклонения хорды радиан
Рисунок 4.25 - Прогнозируемые связи коэффициентов прочности шпангоутов в функции от
относительной погиби (слома) и угла отклонения хорды
Уточнение влияние погиби на 3-мерных моделях
Формула (7) была получена в рамках приближённого учёта податливости на
контуре перекрытий связанной с эффектами распора и самораспора. Он сводился
к приёму осреднения значений полученных при условии свободной подвижности
узлов и при условии не смещения опорных узлов. Для уточнения влияния погиби
и распора на прочность балок на следующем этапе выполнены расчеты 3-мерных
моделей отсеков с пластинчатой идеализацией обшивки. Эти расчёты выполнены
в программе Solidworks позволяющие получить уточнённые оценки результаты
которых представлены на рис. 4.26.
В результате выполненных исследований формулу Правил Регистра [4] для
регламентации моментов сопротивления сечений не прямолинейных балок набора
предлагается записывать в виде
k f 1 11193 f 60 463 f 2 86637 f 3 .
Коэффициент прочности
y = 86637x3 - 60463x2 + 11193x + 1
y = 80361x - 48445x + 81372x + 1
Рисунок 4.26 - Одна из 3-мерных моделей отсека (слева) и полученные связи коэффициента
прочности с относительной погибью балок (справа)
учитывающий погибь оси балок для случая давлений моря вдоль всего пролёта. В
случаях локальных нагрузок на части пролёта балок (например ото льда или
кранца) нужны дополнительные исследования аналогичные выполненным в
Результаты работы показали что на действие давлений моря требования к
моментам сопротивления криволинейных шпангоутов могут быть снижены в 14
раза. Это соответствует снижению массы балок набора в 13 раза с
соответствующим уменьшением трудоёмкости их изготовления (гибки и сварки).
ГЛАВА 5 ОПТИМИЗАЦИЯ ОБЩЕГО РАСПОЛОЖЕНИЯ
Обеспечение вместимости посадки и начальной остойчивости рыболовного
судна как сложной системы предполагает использование современных методов
исследования точного описания поверхности и конструкций корпуса судна
оборудования. Для оценки эффективности и безопасности судов применение
автоматизированных систем является чрезвычайно актуальным и удобным
1 Обеспечение вместимости посадки и начальной остойчивости судна
остойчивости на начальных стадиях проектирования судна основано на
приближенных формулах. Поэтому разработка и внедрение автоматизированных
систем – одно из важных достижений в совершенствовании методов инженерного
проектирования появилась возможность решения задач компоновки основных
помещений и размещения грузов судна с высокой степенью точности и за
короткий период времени [131].
Одна из первых работ посвященных оптимизации компоновки основных
помещений и размещения грузов – монография В.М. Пашина «Оптимизация
судов» [40]. В ней отмечается необходимость формирования архитектурноконструктивного типа судна с учетом элементов основных подсистем (корпуса
гидродинамического комплекса энергетической установки и др.). Без учета
элементов подсистем невозможно достаточно обосновано определить форму
корпуса массу и координаты тяжести конструкций характеристики винта и др.
Вопросы удифферентовки и начальной остойчивости судов на стадии
научных работах А.И. Ракова А.И. Гайковича Н.Ю. Часовникова В.И.
Шагиданова [46 69 103 104].
В этом разделе рассмотрен один из возможных подходов к обеспечению
вместимости посадки и начальной остойчивости судна на начальном этапе его
Цель – оптимизация компоновки и размещения грузов и запасов
рыболовного судна с целью обеспечения требований предъявляемых к его
вместимости посадке и начальной остойчивости. Полученные в результате
исследования данные являются основой для формирования рекомендаций по
созданию рациональной компоновки рыболовных судов с точки зрения
эффективности и безопасности плавания.
Постановка задачи. Необходимо найти такой вектор переменных Хk
который бы определял компоновку судна (количество и расположение
продольных и поперечных переборок высоту двойного дна и др.) размещение
эффективности (в нашем примере – дифферент) достигает заданного искомого
значения и выполняются ограничения определяющие область допустимых
Согласно Правилам РМРС остойчивость и посадка судна проверяются для
трех основных вариантов загрузки [4]:
Выход на промысел с полными запасами – 0% груза и 100% запасов. В
этом варианте загрузки остойчивость как правило максимальна.
Возвращение с промысла с полным уловом в трюме – 100% груза и 10%
запасов. В этом варианте остойчивость минимальна.
Выход из района промысла с полным грузом и с количеством запасов
обеспечивающим осадку судна по грузовую марку.
Таким образом необходимо решить две задачи. Первая – оптимизация
компоновки судна при которой в первом варианте загрузки обеспечены
требования к вместимости посадке и остойчивости. Вторая задача – для
компоновки судна полученной при решении первой задачи размещение грузов и
запасов с целью обеспечения заданной посадки и остойчивости судна во 2 и 3
Описание судна 3D-модель. Проектируемое судно имеет форпик
ахтерпик три охлаждаемых танка цистерны для воды топлива масла и балласта
машинное и румпельное отделения жилые помещения. Все жилые помещения
навигационный мостик расположены в носовой части судна а машинное и
румпельное отделения в кормовой. Судно имеет поперечную систему набора со
Поперечные переборки стенки цистерн перекрытие двойного дна созданы
в контексте сборки и могут перемещаться в продольном и вертикальном
направлении и принимать форму поверхности корпуса судна. На рис. 5.1
приведена схема общего расположения и размещения основных помещений судна
до оптимизации (наружная обшивка и конструкции скрыты) в табл. 5.1 –
основные элементы судна.
Рисунок 5.1 - Схема общего расположения судна
Таблица 5.1 - Основные элементы судна
Длина между перпендикулярами Lпп м
Коэффициент полноты подводной части мидельшпангоута
Коэффициент продольной полноты φ
Водоизмещение по ГВЛ D т
Трехмерная модель судна дает полное представление об его устройстве о
расположении служебных специальных и жилых помещений а также о
расположении оборудования устанавливаемого на судне. Элементы общего
расположения судна (количество и расположение переборок палуб настилов и
др.) предварительно определены при создании его макета на верхнем подуровнем
проектирования с помощью математической модели судна а решение настоящей
задачи является логическим продолжением его уточнения с использованием
инструментов САПР. Результат проектирования – трехмерная модель компоновки
помещений установка оборудования размещение грузов запасов и балласта.
откорректированная при оптимизации судовой поверхности винто-рулевого
комплекса конструкций корпуса и предварительного расположения оборудования
Требования к трехмерной модели общего расположения:
- моделирование компоновки по заранее заданному макету общего
гибкого управления модификацией общего расположения судна;
переборки и настил второго дна в заданных пределах. При этом концепция
общего расположения должна сохранять принятые на верхнем подуровне
При расположении помещений должны быть соблюдены все требования и
условия о взаимном их расположении и размещении в них грузов и оборудования.
Расчет объемов и координат центра тяжести танков топливных и
балластных цистерн служебных и жилых помещений производится по 3D-модели
судна с учетом формы корпуса судна и расположения поперечных переборок
специализированных модулей.
На рис. 5.2 представлена схема расположения основных помещений судна.
Рисунок 5.2 - Схема расположения основных помещений судна: 1 – охлаждаемые танки; 2 –
топливные и масленые цистерны; 3 – цистерны для пресной воды и балласта; 4 – машинное
отделение; 5 – румпельное отделение; 6 – помещения экипажа; 7 – форпик; 8 – надстройка
Известными величинами являются элементы 3D-модели поверхности и
предварительное расположение основного оборудования жилых и служебных
Х* =(L B T H li bi hдв )
проектирования и при оптимизации подсистем «Поверхность» «Винто-рулевой
комплекс» «Корпус». Здесь l bi – расстояние от борта до
ближайшей продольной переборки м; hдв – высота отсека (двойного дна) м.
компоновка основных отсеков в корпусе:
размещение грузов в отсеках в разных вариантах загрузки.
Приращение длины каждого отсека осуществляется дискретно на величину
Ограничения определяющие область допустимых решений приняты на
основе Правил РМРС требований технического задания и результатов
оптимизации отдельных подсистем судна:
- объем и расположение машинного отделения грузовых служебных и
жилых помещений судовых запасов снабжения;
- аппликата центра тяжести судна (метацентрическая высота);
- абсцисса центра тяжести судна (дифферент) и др.
Нагрузка посадка и остойчивость (качки) судна должны отвечать
следующим требованиям:
Wi - объем помещений должен быть достаточным для размещения в них
грузов топлива и масла балласта экипажа и т.п. W
- максимальный дифферент не должен превышать допустимых пределов
h - исправленная начальная метацентрическая высота не должна быть
менее 035 м h 035 м.
На оптимизируемые переменные налагаются ограничения:
li - длина отсека не должна превышать допустимых пределов lmax
hдв - высота отсека (двойного дна) не должна быть менее допустимой по
Правилам РМРС hдв ≥ hmin
Расчет вместимости нагрузки дифферента метацентрической высоты
выполняется по 3D-модели судна инструментами САПР.
W = Wгр + Wт + Wв + Wэу + Wру + Wэк [46]
где Wгр – объем охлаждаемых танков м3; Wт – объем топливных и масленых
цистерн м3; Wв – объем цистерн пресной воды и балласта м3; Wэу – объем
машинного отделения м3; Wру – объем румпельного отделения м3; Wэк – объем
помещений экипажа м3.
Водоизмещение порожнём разделено на 6 составляющих нагрузки
пор = мк + об + су + эу + эс + сс
где мк – масса металлического корпуса т; об – масса оборудования корпуса т;
су – масса судовых устройств т; эу – масса энергетической установки т; эс –
масса электроэнергетической системы т; сс – масса судовых систем вооружения
запасных частей постоянных жидких грузов снабжения и имущества т.
Масса металлического корпуса мк определяется по 3D-модели при
оптимизации конструкций корпуса как подсистемы судна масса оборудования
корпуса об масса энергетической установки эу и других составляющих
нагрузки соответствует массе элементов выбираемых из библиотеки в
соответствии с функциональным их назначением.судовых систем
вооружения запасных частей постоянных жидких грузов снабжения и
постоянной для всех вариантов загрузки.
Дедвейт определяется по формуле
DW = Ргр + Рт + Рв + Рб
где Ргр – масса груза т; Рт – масса топлива и масла т; Рв – масса воды т; Рб –
Массы Ргр Рт Рв определяются на верхнем подуровне проектирования
судна и при необходимости уточняется в процессе выбора оборудования и
энергетической установки из библиотеки.Рб балласта находится в
процессе выполнения расчетов с целью обеспечения необходимой посадки и
Начальная поперечная метацентрическая высота рассчитывается с
использованием ранее найденных значений поперечного метацентрического
радиуса r и аппликаты центра величины zc по 3D-модели поверхности корпуса
Угол дифферента судна рассчитывается с использованием выражения
где HR – начальная продольная метацентрическая высота.
Период бортовой качки определяется по формуле рекомендуемой РМРС [3]
где с – коэффициент с=0373+0023 - 0043
Период бортовой качки для рыболовного судна Вьетнама [10] не
рекомендуется принимать менее 46 с.
Критерий - посадка судна без дифферента
fk (X* Xk ) (xc = xg (X* li hi ))
где xg (X* li hi ) – абсцисса центра тяжести судна в функции оптимизируемых
переменных li hi при найденных в процессе оптимизации подсистем главных
размерениях и предварительной компоновки судна X* м.
В табл. 5.2 приведены нагрузка и элементы судна в различных вариантах
откорректированные при оптимизации подсистем и использованные в качестве
исходной информации.
Таблица 5.2 - Нагрузка и элементы судна в различных вариантах загрузки
Первый вариант загрузки: выход на промысел с полными запасами – 0%
груза и 100% запасов. В результате оптимизации определено положение
переборок настила второго дна и размещение запасов при которых судну
обеспечены все требования предъявляемые в виде ограничений. Постановка
задачи расположение танков и цистерн размещение грузов (Р гр = 0 в качестве
воды топлива и масла в первом варианте загрузки приведены в табл. 5.3 а
визуализация размещения жидких сред – на рис. 5.3.
Рисунок 5.3 - Расположение танков и цистерн судна в первом варианте загрузки (обшивка
конструкции и оборудование скрыты)
Таблица 5.3 - Постановка задачи и результаты оптимизации компоновки судна и размещения
жидких сред в первом варианте загрузки
Второй и третий варианты нагрузки являются проверочными: они
связаны с проверкой выполнения требований к посадке и остойчивости судна при
выбранных в первом варианте загрузки расположении переборок и высоты
Постановка задачи и результаты размещения грузов (объем и положение
грузовых танков определено в первом варианте) запасов топлива и масла
балласта и других жидких сред во втором и в третьем вариантах загрузки
приведены в табл. 5.4 и 5.5 а визуализация размещения жидких сред – на рис. 5.4
Рисунок 5.4 - Размещение жидких сред на судне во втором варианте загрузки
Таблица 5.4 - Постановка задачи и результаты оптимизации размещения жидких сред на судне
во втором варианте загрузки
Рисунок 5.5 - Размещение жидких сред на судне в третьем варианте загрузки
Таблица 5.5 - Постановка задачи и результаты оптимизации размещения жидких
сред на судне в третьем варианте загрузки
В сводной табл. 5.6 приведены результаты расчетов по трем вариантам
загрузки. При таком подходе главные размерения судна элементы поверхности
корпуса и винто-рулевого комплекса топология и размеры связей корпуса не
изменяются а изменяется только внутренняя компоновка судна.
Таблица 5.6 - Сводная таблица результатов расчета
Наиболее предпочтительной является решение задачи по экономическому
критерию с одновременной оптимизацией основных систем. При этом цели
оптимизации отдельных подсистем подчинены цели системы (судна) в целом.
Приращение критерия эффективности судна вызванное изменением скорости
(сопротивления) нагрузки (масс) вместимости и координат центра тяжести по
отношению к рассчитанным в задаче на верхнем подуровне определяется по
где Хk – оптимизируемые элементы k-й подсистемы;
jk – приращения ограничений (скорости вместимости (грузоподъемности)
метацентрической высоты и т.д.).
Оценки yj и приращения ограничений jk определяются на верхнем
подуровне при оптимизации элементов судна.
Преимущество такого подхода - высокая точность расчетов сопротивления
воды движению судна гидродинамических характеристик винто-рулевого
комплекса массы и координат центра тяжести конструкций корпуса устройств и
систем по 3D-модели.
Вместимость посадка и остойчивость судна обеспечены во всех
вариантах загрузки. В первом варианте загрузки судно «сидит» на ровный киль.
Во втором и третьем - имеет небольшой дифферент на корму менее 01%L
поэтому не оказывает существенного влияния на ходовые качества судна (судно
можно считать удифферентованным). Период качки находится в допустимых
Полученные результаты и визуализация дают более полную и наглядную
информацию по сравнения с традиционным подходом. Немаловажным фактором
является возможность адаптации модели к специфическим особенностям
проектирования и эксплуатации судна.
2 Библиотека элементов конструкций оборудования и механизмов
Рисунок 5.6 - Библиотека 3D-модели в SolidWorks
Рисунок 5.7 - 3D-модели оборудования рыболовного судна
Рисунок 5.8 - 3D-модели главных двигателей и судового редуктора
Рисунок 5.9 - 3D-модели сборки надстройки судна
Рисунок 5.10 - 3D-модели сборки конструкции М.О.
Рисунок 5.11 - 3D-модели рыболовного судна для Вьетнама
3 Проверка адекватности (верификация) математической модели
С целью подтверждения соответствия (достоверности) разработанной
методики и её математической модели требованиям современной практике
проектирования судов на начальных этапах жизненного цикла её реализации
выполнена верификация на примере 3 судов. Экспериментальные расчеты
включали принципиальную проверку адекватности и практической пригодности
алгоритмов составленных с использованием разработанной методики.
регрессионном анализе специальным исследованием на ЭВМ статистических
свойств имитационной модели была произведена проверка следующей гипотезы:
дисперсия результата не зависит от того при каких значениях входных
параметров выполнен эксперимент.
Для оценки воспроизводимости опытов был произведен эксперимент
состоящий из 3 серий судов характеристики которых представлены в табл. 5.7.
Три судна используемые при проверке включают в себя: рыболовные суда
проектов «Viet Han» 70133 и «Вымпел T30B» в которых 2 первые проекта
предназначены для лова морепродуктов во Вьетнаме [121 136].
Для каждой серии рассчитывалась оценка дисперсии s 2j [29]
j – номер серии; k - число параллельных опытов проведенных при
одинаковых условиях; y j y j - оценка
математического ожидания серии параллельных опытов.
Результаты реализации опытов каждой серии представлены в табл. 5.8
Таблица 5.7 - Характеристики серий судов
Проект «Вымпел» Т30В
Таблица 5.8 - Результаты реализации опытов
В качестве результатов опытов yij использовалась оценка математического
ожидания срока окупаемости.
По результатам эксперимента определили значение критерия Кохрена Gp по
Критическое значение Кохрена
G кох определяется по статистической
таблице с числами степеней свободы q N 1 3 m 3 : Gкох 079 .
Так как G кох G р то гипотеза об однородности дисперсий была принята.
Результаты выполненных исследований позволяет сделать следующие
рыболовных судов и направлений дальнейшего их совершенствования. Отмечено
что внедрение системного подхода в сочетании с численным и трехмерным
проектирования с единых позиций для достижения наивысшей эффективности
судна в целом. Переход к вероятностным методам оптимизации позволяет
повысить адекватность математических моделей проектирования судов и
получить более информативные вероятностные критерии для принятия решения.
Разработана математическая модель оптимизации характеристик и
предъявляемых к технологии автоматизированного проектирования; разработана
математическая модель и программное обеспечение оптимизации элементов
методом; проведено численное моделирование мореходных качество судна и
численных методов гидродинамики в процесс проектирования существенно
облегчает и ускоряет решение задач оптимизации поверхности корпуса судна и
проектирования. Выполнен анализ формы корпуса судна с учетом его
численным методом; выполнен анализ влияния угла килеватости коррозионного
износа погиби шпангоутов на уровень прочности конструкций двойного дна и
борта. Разработаны рекомендации по совершенствованию формы корпуса судна с
учетом требование к обеспечению технологичности и прочности конструкций.
качеств подсистем судна с использованием САПР. Полученные результаты и
визуализация дают более полную и наглядную информацию по сравнения с
традиционным подходом. Выполнена проверка точности и работоспособности
в наибольшей степени влияющие на эффективность работы флота в море.
специфическим особенностям эксплуатации проектируемого судна.
I. НОМАРТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
ГОСТ 5521-86. Прокат стальной для судостроения. Сталь углеродистая
обыкновенного качества и низколегированная [Текст]: – М.: Изд-во стандартов.
ОСТ 5.4129-75. Комплекс движительный гребной винт–направляющая
насадка. Методика расчета и правила проектирования [Текст]: – М.: Изд-во
стандартов. 1975. – 202 с.
Правила классификации и постройки морских судов. Российский морской
регистр судоходства. Ч. 4. Остойчивость. СПб. 2018. - 209 с.
Правила классификации и постройки морских судов. Ч. II. Корпус.
Российский морской регистр судоходства. СПб. 2018.
Статья 10 закона о труде (Закон №102012QH13). (На Вьетнамском
Указ о развитии рыболовства. №672014ND-CP (На Вьетнамском языке).
Det Norske Veritas – Germanisher Lloyd. Rules for Classification Ships. Part
Hull. 2018. (На Английском языке).
Lloyd’s Register. Rules and Regulations for the Classification of Ships. Part 4
Ship Structures. 2018. (На Английском языке).
National technical regulation on the classification and construction of seagoing steel ships. Amendment 1: 2016 QCVN Ha Noi. - 273 p. (На Вьетнамском
Rules for the classification and construction of fishing ships (Ship of
meters and over in length). TCVN 6718 1-13. Hanoi:2000. - 326 p. (На
II. МОНОГРАФИЯ УЧЕБНИКИ УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ
Антушев Г.С. Методы параметрического синтеза сложных технических
систем Г.С. Антушев . М.: Наука. 1989. – 88 с.
Аракельян Г.В. Труб М.С. Большие и средние траулеры. Современное
состояние тенденции развития и методы проектирования Г.В. Аракельян М.С.
Труб Л.: ЦНИИ «Румб». 1980. - 206 с.
Ашик В.В. Проектирование судов В.В. Ашик - Л.: Судостроение
Благовещенский С.Н. Справочник по статике и динамике корабля С.Н.
Благовещенский А.Н. Холодилии В двух томах. Изд. 2-е перераб. И доп. Том 1.
Статика корабля. Л. «Судостроение» 1976. – 336 с.
Броников А.В. О формулировании задачи теории проектирования судов
А.В. Броников : - Судостроение 1974 № II с.5-6.
Броников А.В. Проектирование судов Броников А.В. Учебник -Л.:
Судостроение 1991. - 320 с.
проектирование судов: учеб. пособие В.Г. Бугаев Дальневосточный
государственный технический университет. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ 2008.
Бугаев В.Г. Войлошников М.В. Экономические обоснования при
проектировании судов и океанотехники В.Г. Бугаев Учеб. Пособие. Владивосток: Изд-во ДВГТУ. 1997. – 68с.
Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем Н.П. Бусленко М.:
Наука. 1978. - 399 с.
Вашедченко А.Н. Автоматизированное проектирование судов А.Н.
Вашедченко Учеб. пособие. - Л.: Судостроение. 1985. - 164 с.
Войткунский Я.И. Справочник по теории корабля: в 3т. т.3.
Управляемость водоизмещающих судов. Гидродинамика судов с динамическими
принципами поддержания под ред. Я. И. Войткунского. Л.: Судостроение. 1985. –
Гайкович А.И. Теория проектирования водоизмещающих кораблей и
судов А.И. Гайкович В 2 т. Т. 1. Описание системы «Корабль».- СПб.: Изд-во
НИЦ МОРИНТЕХ. 2014. - 819 с. 660 рис. 154табл. 766фор-мул 688 ссылок.
судов А.И. Гайкович В 2 т. Т. 2. Анализ и синтез системы «Корабль». - СПб.:
Изд-во НИЦ МОРИНТЕХ 2014. - 872 с. 343 рис. 150 табл. 1064 фор-мул 503
Демешко Г.Ф. Проектирование судов. Амфибийные суда на воздушной
подушке Г.Ф. Демешко [Текст]: учебник для студентов судостроительных
специальностей вузов: в 2 кн. Г. Ф. Демешко. - Санкт-Петербург: Судостроение
[Кн.] 1. - 1992. - 268 с.
подушке [Текст] : учебник для студентов судостроительных специальностей
вузов: в 2 кн. Г. Ф. Демешко - Санкт-Петербург: Судостроение [Кн.] 1. - 1992. 329 с.
Захаров Б.Н. Суда для перевозки лесных грузов Б.Н. Захаров - Л.:
Судостроение. 1988. - 208 с.
Захаров И.Г. Теория компромиссных решений при проектировании
корабля И.Г. Захаров - Л.: Судостроение. 1987. - 1936 с.
Знамеровский В.П. Теоретические основы управления судном под ред.
проф. Д. В. Дорогостайского и проф. М. М. Лескова – Л.: Издательство ЛВИМУ.
Иозайтис В.С. Львов Ю.А. Экономико-математическое моделирование
производственных систем В.С. Иозайтис Ю.А. Львов учеб. Пособие для
инженерно-экономич. Спец. Вузов. –М.: Высш. Шк. 1991. – 192 с.
Короткин Я.И. Ростовцев Д.М. Сиверс Н.Л. Прочность корабля Я.И.
Короткин Д.М. Ростовцев Н.Л. Сиверс Л.: Судостроение. 1974. - 432 с.
Краев В.И. Экономические обоснования при проектировании морских
судов В.И. Краев - Л.: Судостроение. 1981. - 280 с.
Логачев С.И. морские танкеры С.И. Логачев Л.; судостроение 1970. 360 с.
Логачев С.И. Чугунов В.В. Мировое судостроение; современное
состояние и перспективы развития С.И. Логачев В.В. Чугунов СПБ.
Судостроение. 2000. - 312 с.
Максимаджи А.И. Капитану о прочности корпуса судна. А.И.
Максимаджи Л. Судостроение. 1988. - 224 с.
Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ И.В. Максимей
транспортных судов В.А. Мацкевич А.В. Мацкевич В 2 частях. Часть 1. – М.:
транспортных судов В.А. Мацкевич А.В. Мацкевич В 2 частях. Часть 2. – М.:
Ногид Л.М. Проектирование морских судов Л.М. Ногид - Л.:
Судостроение. 1976. – 208 с.
технических устройств и систем И.П. Норенков - М.: Высш.шк. 1986. - 304 с.
Пашин В.М. Оптимизация судов В.М. Пашин - Л.: Судостроение.
Першиц Р.Я. Управляемость и управление судном Р.Я. Першиц - Л.:
Судостроение. 1983. - 272 с.
Поздюнин В.Л. Теория проектирования судов В.Л. Поздюнин выш.1
П В.Л. Поздюнин Л.К.И. 1938. - 1939г.
Прицкер А. Введение в имитационное моделирование и язык СЛАМ II
А. Прицкер 1987. – 646 c.
Раков A.M. Особенности проектирования промысловых судов A.M.
Раков -Л.: Судостроение. 1966.-142 с.
промысловых судов А.М. Раков -Л.: Судостроение. 1978. - 232 с.
Раков А.И. Севастьянов Н.Б. Проектирование промысловых судов А.И.
Раков Н.Б. Севастьянов –Л.: Судостроение. 1981. - 376 с.
Семенов Ю.Н. Методы принятия решений в проектировании судов
Ю.Н. Семенов : Учебное пособие. Л.: ЛКИ. 1983. - 90 с.
Шеннон Р. Имитационное моделирование систем Р Шеннон –
искусство и наука.- М.: Мир. 1978. – 424с.
Царев Б.А. Оптимизационное проектирование скоростных судов Б.А.
Царев Учеб. пособие. - Л.: Изд. ЛКИ. 1988. - 102 с.
Barrass C.B. Ship design and performance for masters and mates
C.B.Barrass Book. Elsevier Butterworth-Heinemann 2004. - 264p. (На Английском
Bertram V. Practical ship hydrodynamics (2nd edition) V. Bertram
Elsevier 2011. - 390p. (На Английском языке)
Eyres D. J. Ship contruction (6th edition) D. J Eyres Book. Elsevier
Butterworth-Heinemann 2006. - 376p. (На Английском языке)
John Fyson. Design of Small Fishing VesselsFn119 John Fyson (Editor).
Hardcover 1989. - 320p. (На Английском языке)
Molland A.F. Ship resistance and propulsion: practical estimation of ship
propulsive power A.F. Molland S.R. Turnock D.A Hudson Cambridge GB.
University Press 2011. - 544p. (На Английском языке)
III. АВТОРЕФЕРАТЫ ДИССЕРТАЦИИ СТАТЬИ ТЕЗИСЫ ДОЛКЛАДОВ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Антоненко С.В. Расчет сопротивления воды движению судна С.В.
Антоненко М.В. Китаев В.В. Новиков Владивосток: ДВФУ. 2012. - 48 с.
Аполлинариев В.И. Оптимизация характеристик промыслового судна на
базе имитационного моделирования В.И. Аполлинариев «Судостроение»
Аксенов А.А. Программный комплекс FlowVision как современный
инструмент проектирования судовых обводов А.А. Аксенов С.В. Жлуктов А.С.
Петров А.В. Печенюк Б.В. Станков Судостроение. 2013. № 4. c. 54–58.
Блищик А.Э. Численное моделирование динамики судна в задачах
управляемости и качки А.Э. Блищик А.Е. Таранов Труды Крыловского
государственного научного центра. 2018. 2(384). – c. 29–38.
Бугаев В.Г. Оптимизация элементов и характеристик судов с учетом
случайных факторов В.Г. Бугаев М.В. Китаев Морские интеллектуальные
технологии. – 2011. – Спецвыпуск №1.
транспортных комплексов (на примере Дальневосточного бассейна) Автореферат
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. В.Г.
Бугаев -Санкт Петербург. ГМТУ. 1992.
Воеводин Н.Ф. Технико-экономическое обоснование выбора траулеров
оптимального типа Н.Ф. Воеводин Рыбное хозяйство 1951. № 1. - с. 24-31.
Дам Ван Тунг. Анализ влияния формы корпуса на прочность
шпангоутов В.А. Кулеш Дам Ван Тунг Т.А. Сайфутдинов Вестник
инженерной школы ДВФУ. 2019. № 2 (39). - c. 57-67
Дам Ван Тунг. Обеспечение вместимости посадки и начальной
остойчивости в задачах оптимизации судов В.Г. Бугаев Дам Ван Тунг До Тат
Мань Вестник инженерной школы ДВФУ. 2019. № 4 (41). - c. 55-63.
Дам Ван Тунг. Обеспечение прочности корпуса рыболовного судна
В.Г. Бугаев Дам Ван Тунг Вестник инженерной школы ДВФУ. 2019. № 2 (39). c. 49-56.
рыболовного судна численными методами гидродинамики В.Г. Бугаев Дам Ван
Тунг 13-ая научно-практическая конференция с международным участием
«Проблемы транспорта Дальнего Востока». Владивосток. 12 – 13 ноября 2019г. c. 77-80.
Дам Ван Тунг. Оптимизация формы корпуса рыболовных судов В.Г.
Бугаев Дам Ван Тунг Ю.В. Бондаренко Вестник «Инженерной школы ДВФУ».
Дальневосточный федеральный университет. 2020. № 2(43). - c. 35–45.
Дам Ван Тунг. Оптимизация характеристик и элементов рыболовных
судов с учетом случайных факторов их функционирования В.Г. Бугаев Дам Ван
Тунг Ю.В. Бондаренко Вестник Инженерной школы ДВФУ. 2021. № 1(46). – c.
характеристик винто-рулевого комплекса и поворотливости рыболовного судна
В.Г. Бугаев Дам Ван Тунг Я.Р. Домашевская Фам Чунг Хиеп Научные
проблемы водного транспорта. 2020. № 62. - c. 29-39.
Гайкович А.И. Параметрическая оптимизация главных размерений
корабля комплексного снабжения методом вариаций А.И. Гайкович А.С.
Николаев С.Г. Поминов Тр. Крыловского гос. научного центра. 2019. № 2. - c.
–33. (Специальный выпуск).
Гришов А.П. Метод технико-экономического обоснования выбора
параметров добывающих судов А.П. Гришов В сб. Совершенствование
планирования рыбопромышленного производства. – Калининград.
Технико-экономический
оптимизационного выбора характеристик рыболовных судов наливного типа для
морского рыболовства СРВ. дисс. канд. техн. наук: 05.08.03 Зыонг Ван Тхань. Калининград. 2020. - 182 с.
производственного потенциала. дисс. докт. техн. наук: 05.08.03 В.П. Иванов. Калининград. 2006. - 252 с.
Китаев М.В. Оптимизация характеристик транспортных судов с учетом
технических эксплуатационных и экономических случайных факторов на
начальных стадиях проектирования. дисс. канд. техн. наук: 05.08.03 М.В. Китаев
– Владивосток. 2013. - 182 с.
Китаев М.В. Разработка предложений к назначению надбавок на износ
наружной обшивки судов ледовых классов и ледоколов М.В. Китаев В.А.
Компанец В.А. Кулеш О.Э. Суров Научно-технический сборник № 5253.
Санкт-Петербург. Российский морской регистр судоходства. 2018. - c. 35-46.
Кулеш В.А. Надбавки на коррозионный износ наружной обшивки судов
для работы в льдах В.А. Кулеш Морские интеллектуальные технологии. 2017.
№ 3-2(67). - c. 57–65.
Лаврищева Л.С. Оптимизация формы модели гребного винта в
однородном потоке Л.С. Лаврищева В.Н. Новоселов Труды Крыловского
государственного научного центра. [Спец. вып. 1]. 2018. - c. 75–83.
Ерошин В.А. Гидродинамические характеристик ходкости малых
промысловых судов Текст. В.А. Ерошин Вопросы судостроения серия
«Проектирование судов». 1975. Вып. 8. - c. 29-37.
Лобанов В.А. Численная оценка ледовых качеств судна. Ходкость В.А.
Лобанов Вестник научно-технического развития. 2012. № 1. - c 18–34.
Лобанов В.А. Оценка местной ледовой прочности корпуса судна
численными методами В.А. Лобанов Дифференциальные уравнения и
процессы управления. 2010. № 3. – c. 34-47.
Лобанов В.А. Численная оценка ледовых качеств судна. Прочность
В.А. Лобанов Вестник научно-технического развития. 2011. № 12. - c. 7–18.
Лыонг Нгок Хунг. Проектное обоснование характеристик и элементов
средних рыболовных траулеров для Вьетнама с обеспечением норм вибрации:
Дисс. Канд. Техн. наук: 05.08.03 Лыонг Нгок Хунг. - Калининград 2010 259 с.
Лысенко С.В. Технология и управление рыболовством: Методическое
указание С.В. Лысенко Дальрыбтуз. - Владивосток. 2001. - 40 с.
Лысенко С.В. Экономическое обоснование работы добывающего судна:
Методическое указание С.В. Лысенко Дальрыбтуз. - Владивосток. 1998. - 46 с.
Май Куок Чыонг. Проектное обоснование характеристик и элементов
маломерных рыболовных судов Вьетнама с позиций обеспечения мореходных
качеств: дисс. канд. техн. наук: 05.08.03 Май Куок Чыонг.- Калининград. 2010. 232 с.
Манухин В.А. О расчетах прочности и жесткости днищевого
перекрытия с килеватостью. В.А. Манухин Морские интеллектуальные
технологии. 2018. Т. 1. № 2(40). - c. 57–61.
Махин В.П. Математическое моделирование движения судов во льдах
В.П. Махин А.Н. Страшко Вестник гос. ун-та морского и речного флота им.
адмирала С.О. Макарова. 2015. № 2(30). - c. 1–11.
Нго Дык Тханг. Методика проектирования и технико-экономическое
обоснование характеристик наливных рыболовных судов для удаленных районов
прибрежного рыболовства СРВ: дисс. канд. техн. наук: 05.08.03 Нго Дык Тханг.Калининград. 2013. - 195 с.
Нгуен Вьет Хоан. Методика проектирования малых деревянных
рыболовных судов для Социалистической Республика Вьетнам дисс. канд. техн.
наук: 05.08.03 Нгуен Вьет Хоан. - Калининград. 2010. - 173 с.
Петрова Н.Е. Изменение технического состояния корпуса судна в
процессе эксплуатации Н.Е. Петрова Вестник МГТУ. том 12. №1. 2009 г. - c.
сопротивления движению А.В. Печенюк Компьютерные исследования и
моделирование. 2017. Т. 9. № 1. - c. 57–65.
Печенюк А.В. Оптимизация судовых обводов: новые возможности А.В.
Печенюк Б.Н. Станков Судостроение. 2015. № 3(820). - c. 15–19.
Печенюк А.В. Численное моделирование работы гребного винта в
составе судовой винто-рулевой колонки А.В. Печенюк Инженерные системы–
17: Труды Международного форума: Москва 11–12 апреля 2017 г.
Инжиниринговая компания «ТЕСИС». – 2017. – c. 99–110.
Печенюк А.В. Эталонное тестирование ПК FlowVision в задаче
моделирования обтекания судового корпуса А.В. Печенюк Компьютерные
исследования и моделирование. – 2014. – Т. 6. – c. 889–899.
Поляков Ю.Н. Некоторые вопросы решения задачи оптимизации
характеристик судов в стохастической постановке Ю.Н. Поляков .- В сб.:
Вопросы судостроения. Серия «Проектирование судов» ЦНИИ «Румб». 1979.
вып. 21. - c. 27-34.
Рожков В.Е. Методика проектирования промысловых судов с учетом
параметрической надежности функционирования (на пример судов ярусного
лова): дисс. канд. техн. наук: 05.08.03. В.Е. Рожков-Владивосток. 1996. 219 с.
Савинов Г.В. Методология оптимизационного проектирования морских
судов на основе многоуровневых математических моделей и методов активного
диалога: авфтореф. дисс. док. техн. наук: 05.08.03. Г.В. Савинов – С. 1998. - 42 с.
Суров О.Э. Исследование характера коррозионного разрушения листов
наружной обшивки ледового пояса судов из стали 09Г2С О.Э. Суров В.А.
Компанец Черные металлы. № 10. 2015. - c. 39-45.
Таранов А.Е. Особенности использования численного моделирования
при проектировании объектов морской техники А.Е. Таранов Т.И. Сайфуллин
А.А. Рудниченко С.В. Егоров Труды Крыловского гос. науч. центра. 2018. Т.
транспорта: основы междисциплинарного подхода и опыт практических работ
О.В. Таровик А.Г. Топаж А.Б. Крестьянцев А.А. Кондратенко Арктика:
экология и экономика. – 2017. - №1 (25). – c. 86-101.
0. Фетисов В.А. Решение задачи прогнозирования и оперативного
управления работой морской контейнерной линией на основе имитационного
моделирования В.А. Фетисов Н.Н. Майоров Вестник государственного
университета морского и речного флота имени адмирала С.О.Макарова.
1. Худяков Л.Ю. Исследовательское проектирование кораблей Л.Ю.
Худяков -Л.: Судостроение. 1980. - 240с.
2. Хорольская И.Л. Оптимизация характеристик малого рыболовного
траулера на базе имитационного моделирования авфтореф. дисс. док. техн. наук:
08.03. Хорольская И.Л.- Калининград. КТИРПиХ. 1992.
экономических характеристик рыболовных судов: дис. канд. техн. наук.05.08.03.
Н.Ю. Часовников- СПб. 2013. 200 с.
Шагиданов В.И. Технико-экономическое обоснование проектных
характеристик судов для охраны экономических зон и для морских исследований:
дис. канд. техн. наук.05.08.03. В.И. Шагиданов. -СПб. 2009. - 219 с.
5. Яковлев А.Ю. Численное исследование движителей с гребными
винтами-тандем в насадке А.Ю. Яковлев О.П. Орлов А.Ш. Ачкинадзе И.К.
Бородай А.А. Родионов Труды Крыловского гос. науч. центра. 2018. Т. 386. №
6. Dudin S.D. Gaspar H.V. System based ship design of fishing vessels.
S.D. Dudin H.V. Gaspar Conference: Practical Design of Ships and Other Floating
Structures (PRADS) 2016At: Copenhagen Denmark. (На Английском языке)
7. Ho Thi Hoai Thu. Gii php ti chnh h tr ng dn pht trin hot ng
khai thc thy sn Vit Nam. Lun n tin s kinh t. Hc Vin Ti Chnh. H Ni2018. 221p. (На Вьетнамском языке)
8. Kwang-Jun Paik. Numerical study on the hydrodynamic characteristics of
a propeller operating beneath a free surface Kwang-Jun Paik International Journal of
Naval Architecture and Ocean Engineering Volume 9 Issue 6 November 2017 - pp.
5–667. (На Английском языке)
9. Lydia Teh. Reconstructing Vietnam’s marine fisheries catch 1950-2010
Lydia Teh Dirk Zeller Kyrstn Zylich George Nguyen and Sarah Harper Fisheries
center working paper #2014-17. (На Английском языке)
0. Maxim S. Simulation Modeling of Marine Transport Systems Operating in
Ice Conditions Maxim S. Kosmin Oleg V. Tarovik Proceedings of the Twenty-third
(2013) International Offshore and Polar Engineering (ISOPE) Anchorage Alaska
USA June 30–July 5 2013. – pp. 1241-1246. (На Английском языке)
1. Pham Thanh Hai. Nghin cu cc phng php xc nh gi thnh ng tu
trong giai on thit k ban u Pham Thanh Hai Tran Van Duyen ti NCKH
cp trng. Vimaru-2016.- 42p. (На Вьетнамском языке)
2. Spyros A. Numerical modeling of a marine propeller undergoing surge and
heave motion Spyros A. Kinnas Ye Tian Abhinav Sharma International Journal of
Rotating Machinery Volume 2012 Article ID 257461. 8p. (На Английском языке)
3. Tu T.N. Numerical simulation of propeller open water characteristics using
RANSE method T.N. Tu Alexandria Engineering Journal Volume 58 Issue 2 2019
pp. 531-537. (На Английском языке)
4. Van Tung D. Study the hull form and propeller-rudder system of the fishing
vessel for Vietnam V.G. Bugaev D. Van Tung Domashevskaya Y.R. Domashevskaya
Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2018. PartF3. pp. 691-700. (На Английском
5. Van Tung D. Research the strength of decking overlap of the fishing vessel
for Vietnam V.G. Bugaev D. Van Tung Y.R. Domashevskaya Lecture Notes in
Mechanical Engineering. 2018. PartF3. - pp. 701-707. (На Английском языке)
IV.ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ
6. Атлас по океанографии Южно-Китайского моря [Электронный ресурс]
html (Дата обращения 18.01.2018).
#:~:text=Южно-Китайское%20море%20во%20Вьетнамедля%20Вьетнама%20и%2
соседних%20стран. (Дата обращения 18.01.2018).
8. Компанец В.А. Исследование запасов прочности конструкций корпусов
.pdf (Дата обращения 12.12.2019).
0. Малый рыболовный траулер рефрижератор МРТР-30 [Электронный
ml (Дата обращения 12.12.2019).
1. Нормальный закон распределения вероятностей [Электронный ресурс]
rumalyiy-ryibolovnyiy-trauler-refrizheratornyiy-mrtr-30.html (Дата обращения 12.10.
3. Температура воды в Южно-Китайском море [Электронный ресурс]
om.vn10-sieu-cuong-thuy-san-article-11084.tsvn (Дата обращения 19.01.2018). (На
5. Brian Trenhaile P.E. Understanding Ship and Boat Trim (Stability and Trim
- Part 2) P.E. Brian Trenhaile Naval Architect & Marine Engineer Hawaii Marine
обращения 08.08.2018). (На Английском языке)
7. Danh mc cc loi c bin c gi tr kinh t Vit Nam [Электронный
9. Leading exporting countries of fish and fishery products worldwide in 2018
tics268269top-10-exporting-countries-of-fish-and-fishery-products (Дата обращения
01.2018). (На Английском языке).
0. Nhng thch thc v tnh bn vng ca ngun li hi sn bin Vit Nam
обращения 20.01.2018). (На вьетнамском языке).
1. Soumya Chakraborty. Ship Stability – Introduction to Hydrostatics and
Shipsnaval-architecture.
tics-stability-surface-ships (Дата обращения 20.01.2018). (На Вьетнамском языке).
обращения 20.01.2018). (На Вьетнамском языке).
htm (Дата обращения 20.01.2018). (На Вьетнамском языке).
a.gov.vnvitin-hoat-dong-trong-tinh-0331them-mot-tau-ca-duoc-dong-moi-theo-chinhsach-cua-nghi-dinh-67 (Дата обращения 20.01.2018). (На Вьетнамском языке).
gd (Дата обращения 20.01.2018). (На Вьетнамском языке).
обращения 12.10.2018) (На Вьетнамском языке).
eu%20doc%20them2a_%20Tiem%20nang%20PTTS%20(Theo%20Bo%20Thuy%20S
an%20(cu)).pdf (Дата обращения 20.01.2018) (На Вьетнамском языке).
9. Thng k v bo Vit Nam trong 70 nm [Электронный ресурс]
обращения 25.08.2018) (На Вьетнамском языке).
0. Thng k v sn lng c khai thc ca c nc [Электронный ресурс]
1. Tr lng v kh nng khai thc ngun li c bin [Электронный ресурс]
h&site=244 (Дата обращения 20.01.2018). (На Вьетнамском языке).
vn1192OneContenttong-quan-nganh.htm
3. Xut khu thy sn Vit Nam sang cc th trng chnh khng n nh
(На Вьетнамском языке).
Рыболовное судно проекта 70133 «Посейдон-звезда» ООО.
снюрреводом кошельковым неводом сайровой
- Танк RSW N1(t00 -1C) м3
ловушкой на электросвет и доставка улова в
- Танк RSW N2(t 0 -1C) м
порт в охлажденном виде или в RSW танках.
- Танк RSW N3(t00 -1C) м3
Район плавания: Неограниченный
- Цистерны дизельного топлива м3
Класс судна: КМ рыболовное
- Цистерны пресной воды м3
Основные характеристики судна:
Промысловое устройство:
- Длина наибольшая м
- Орудия лова: трал снюрревод
- Длина между перпендикулярами м
- Траловая лебедка: ваерные барабаны
- Ширина наибольшая м
- Средняя осадка по ГВЛ м
- Ваерный барабан (2): 3 тонны х 60
- Средняя осадка порожнем м
ммин ваер диаметром 18 х 1500 м
- Наибольшее водоизмещение т
- Сетной барабан (1): 8 тонн х 40 ммин
- Водоизмещение порожнем т
- Вытяжная лебедка (1): 2 т х 40 ммин
- Скорость свободного хода уз.
канат диаметром 18 х 100 м
- Количество экипажа чел.
- Автономность по запасам т
- Два гидравлических насоса приводится
Главная силовая установка:
в действие через вал отбора мощности
Caterpillar С18 ACERT
редуктора от главного двигателя.
9квт (803 л. с.) 1800
V-образный 4-тактный с
охлаждения 25.6 м3 воды в 16 часов от
- Компрессор рассчитан на морскую
11: 1) Mekanord 400 ТН
воду температурой 30 град. С.
винт регулируемого шага
морскую воду температурой 30 град. С.
лопостный 1500 мм из
- Охладитель расходом 28 м3ч
Ni-AL-BZ в поворотной
направляющей насадке.
Программное обеспечение оптимизации проектных характеристик рыболовных
Файл optim.m – создан алгоритм для получения целевой функции
оптимизационной задачи
global Pgr1 Wgr h0 ls k Tk D1 gkop qobp qmp qzp nekg qbp oz1 oz2 M_sr M_pr sr_11
tkr Pri Pt mprv model Ks zobsi C_i Pr_i
% БЛОК РАСЧЕТА ВОДОИЗМЕЩЕНИЯ
gko= % Измеритель масс корпуса с оборудованием
qob= % Измеритель масс орудия и устройства
qm= % Измеритель масс глав. и вспом. механизмов
qz= % Запас водоизмещение
qb= % Измеритель масс балласта
qg1=24*165*10^-6; % удельный расход топлива на переходах
qg2=0.6* % удельный расход топлива на промысле
am=0.03; % коэффициент учитывающий запасы смазочного масла для ГД
% коэффициент использования мощности главных двигателей на промысле
% коэффициент учитывающий продолжительность работы ГД в течение промысловых
k1=1.1; % коэффициент учитывающий расхода топлива и масла для вспомогательных
kv=0.95; % коэффициент учитывающий потерю скорости на переходах
kpa=0.75; % коэффициент заполнения трюма (первое приближение)
psr=5.25;% средний суточный улов (первое приближение)
vs= % скорость судна
Pgr1= % грузоподъемность
RL=375; % Расстояние до района промыла (первое приближение)
tst=2; % Время стоянки в порт (первое приближение)
tper=RL(24*vs*kv); % Время перехода (первое приближение)
tpro=kpa*x(8)psr % время на промысле (первое приближение)
tmz=2; % время морского запаса (первое приближение)
tob=1; % время обслуживания (первое приближение)
C=404; % адмиралтейский коэффициент по судну прототипа
Avt=2*tper+tpro+tmz % Автономность рейса (первое приближение)
nek= % Количество экипажа
uek=0.1;% масса одного человека с багажом
uprv=80;% норма расхода пресной воды на одного человека в сутки
upro=3;% норма запаса провизии на одного человека в сутки
me=nek*% масса экипажа
mprv=uprv*Avt*% масса провизии
msn=me+mprv+% масса снабжения (100%)
msn1=0.4* % масса снабжения (40%)
aa1=1-(gko+qz+qob+qb);
YY1=[aa1 aa2 aa3 aa4];
YY2=roots(YY1); % решение уравнения вес
D1=YY3(1) % наибольшее водоизмещение судна при 40% запаса
Pt=D1^(13)*(k1*(1+am)*(qg1*(2*tper+tmz)+qg2*i1*i2*tpro)*x(9).^(4.5)C) % запас топлива
Pt1=D1^(13)*k1*(1+am)*(qg1*(tper+tmz))*x(9).^(4.5)C % запас топлива (40%)
Pm=D1^(13)*qm*vs.^(4.5)C % масса механизмов
om= % Площадь смоченной поверхности
fr=v(9.81* % число Фруда
Re=v* % число Рейнольдса
CF0=10^3*0.455*( % коэффициент трения
Ca=0.5; % надбавка на шероховатость
Cap=0.25; % коэффициент сопротивления выступающих частей
% зависимость Cr от LB
y1=[0.21 0.23 0.25 0.27 0.29 0.31 0.34 0.36 0.37];
e1=[3.5 3.75 4 4.25 4.5 4.75];
f1=[1.2 1.17 1.15 1.11 1.05 0
81 7.51 7 6.57 6.12 5.76];
c1=interp2(e1y1f1a1fr)
% зависимость Cr от BT
y2=[0.21 0.23 0.25 0.27 0.29 0.31 0.35 0.36 0.37];
e2=[2.3 2.5 2.7 2.9 3.1 3.2];
f2=[1.28 1.24 1.19 1.15 1.11 1.08
18 7.06 6.95 6.86 6.74 6.69];
c2=interp2(e2y2f2a2fr)
% Зависимость Cr от beta
y3=[0.21 0.23 0.25 0.27 0.29 0.31 0.34 0.36 0.37];
e3=[0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95];
f3=[1.1 1.12 1.14 1.17 1.26 1.34
2 6.65 6.83 7.27 7.88 8.24];
c3=interp2(e3y3f3a3fr)
% Зависимость Cr от xc
y4=[0.21 0.23 0.25 0.27 0.29 0.31 0.34 0.36 0.37];
e4=[-0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01];
f4=[1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15
1 6.47 6.75 7 7.32 7.5 7.71 7.82];
c4=interp2(e4y4f4a4fr)
% Зависимость Cr от коэффициент ф и ф0
y5=[0.21 0.23 0.25 0.27 0.29 0.31 0.34 0.36 0.37];
e5=[0.55 0.575 0.6 0.625 0.65 0.675 0.7];
f5=[1.01 1.04 1.1 1.25 1.47 1.74 2
79 6.82 7 7.56 8.35 9.28 10.35];
c5=interp2(e5y5f5a5fr)
Cr=(c1.*c2.*c3.*c4.*c5).(c6.^4); % коэффициент остаточного сопротивления
R=C.*1.025.*(v.^2)*om*0.5; % Полное сопротивление судна
n=n1*n2*n3*(1-t)(1-w);
load Marineengine.mat % Библиотека главных двигателей
rp = find(ep > 1.05)
ken=engine(rp(m4(1end)))
Mdv = En(1rp(m4(1end)));
N = En(2rp(m4(1end))) % мощность г.д.
l = En(3rp(m4(1end))) % длина г.д.
Pko=gko* % масса корпуса с оборудованием
Pob=qob* % масса орудия лова и устройства
Pz=qz* % запас водоизмещения
Dpor=Pko+Pob+Pm+ % водоизмещение порожнем
Psn= % масса снабжения
Pb=qb* % масса балласта
DW=Pt+Psn+ % дедвейт судна
global lr1 le lmo lph lax ltr
ne1=5;% Количество экипажа на первом ярусе
ne2=nek-% количество экипажа в жилом отсеке номер 3
ke=6; % площадь на 1 члена экипажа
kb1=1.25; % коэффициент учит. длину вспомогательного помещения в рубке
krsw=1.3;% коэффициент учит. длину помещения установки системы охлаждения
lr1=ke*ne1*kb2(0.7* % длина первого яруса надстройки
le=ke*ne2*krsw*kb2 % длина отсека номер 3
lm=1.07* % наибольшая длина судна
la % длина ахтерпика
ltr=lm-lph-la% длина трюма
% БЛОК ГРУЗОВМЕСТИМОСТИ
hw=1;% высота двойного дна
Wgr=ltr* % грузовместимости
% Метацентрическая высота
kz=0.7; % относительное возвышение центра тяжести
метацентрическая высота
% Ординаты диаграммы статической остойчивости
te=[10 20 30 40 50 60 70 80 90]; % матрица углов крена
Hte1=[0.050 0.387 0.840 1.279 1.365 1.056 0.583 0.210 0]; % Вспом. Функции
Hte2=[-0.036 -0.241 -0.556 -0.722 -0.513 0.026 0.603 0.935 1.000]; % Вспом. Функции
Hte3=[0.151 0.184 0.081 -0.069 -0.155 -0.135 -0.062 -0.010 0]; % Вспом. Функции
Hte4=[0.010 0.062 0.135 0.155 0.069 -0.081 -0.184 -0.151 0]; % Вспом. Функции
lst(i)=0.5*x(2)*(1-0.96*x(3)x(4))*fte1(i)+0.64*(1-1.032*x(3)x(4))*x(4)*fte2(i)+111.4*
(x(6)*x(2))^2x(5)x(3)*fte3(i)+111.4*(x(6)*x(2))^2x(5)x(3)*((0.64*(1-1.032*x(3)x(4))*x(4))
Власова-Благовещенского
ls=lst(ma % ордината максимальной статической остойчивости
tkr=f % угол крена при максимальной статической остойчивости
% плечо динамической остойчивости
kr=[0 10 20 30 40 50 60 70 80 90]
M1=[ls0 ls10 ls20 ls30 ls40 ls50 ls60 ls70 ls80 ls90]
% диаграмма остойчивости
xlabel('heel angel')
legend('ls''ld''Location''northwest')
title('Diagram stability')
Av=(0.96*1.15* % площадь парусности судна
zp=2.99; % аппликата центра парусности
Pvtr=504; % условное давление ветра
lw1=Pvtr*zp*Av(1000*9.81* % плечо кренящего ветра
lw2=lw1*1.5 % плечо шквального ветра
teta0=interp1(ft2ft1lw2)
Mv=Pvtr*zp*Av*0.001; % Момент кренящего ветра
kr1=[-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90];
b=bp1- % площадь b (работа восстанавливающего момента)
G1=[2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5];
G2=[1 0.98 0.96 0.95 0.93 0.91 0.90 0.88 0.86 0.84 0.82 0.8];
G3=[0.45 0.5 0.55 0.60 0.65 0.7 ];
G4=[0.75 0.82 0.89 0.95 0.97 1];
Tk=2*ctk* % период качки судов
G5=[4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20];
G6=[0.1 0.1 0.1 0.098 0.093 0.079 0.065 0.053 0.044 0.038 0.035];
tetar=109*kam*EX1*EX2*sqrt(r*S);
a=abs(ap1)+ap2- % площадь а (работа кренящего момента)
k= % критерия погоды
% БЛОК ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ
Tvnhe=12*5+365*0.05; % внеэксплуатационные дни
Tek=365- % эксплуатационные дни
% Диапазон значение расстояния до района промысла
M_R=normrnd(Rk50[115]) % случайная матрица расстояния до района промысла
R1=M_R(randperm(numel(M_R)1)) % подбор одного случайного значения из M_R
zt=Pt % запас топлива
P=Pgr1 % грузоподъемность
month1 = 1.15*rand(nmonth11)+0.09;
month1(hw_day1) = 2.25*rand(1)+1.25;
month2=1.15*rand(nmonth21)+0.09;
month3=1.15*rand(nmonth31)+0.09;
month4 = 1.15*rand(nmonth41)+0.09;
month4(hw_day4) = 2.25*rand(1)+1.25;
month5 = 1.15*rand(nmonth51)+0.09;
hw_day5 = zeros(21);
month6 = 1.15*rand(nmonth61)+0.09;
hw_day6 = zeros(21);
month7 = 1.15*rand(nmonth71)+0.09;
hw_day7 = zeros(31);
month8 = 1.15*rand(nmonth81)+0.09;
hw_day8 = zeros(31);
month9 = 1.15*rand(nmonth91)+0.09;
hw_day9 = zeros(31);
month10 = 1.15*rand(nmonth101)+0.09;
hw_day10 = zeros(31);
month11 = 1.15*rand(nmonth111)+0.09;
month11(hw_day11) = 2.25*rand(1)+1.25;
month12 = 1.15*rand(nmonth121)+0.09;
month12(hw_day12) = 2.25*rand(1)+1.25;
hw=[hw_1 hw_2 hw_3 hw_4 hw_5 hw_6 hw_7 hw_8 hw_9 hw_10 hw_11 hw_12]; % Случайная
матрица высот волн в году
% Суточный улов q (второе приближение)
q_1 = normrnd(3.70.41[131]);
q_2 = normrnd(4.10.398[128]);
q_3 = normrnd(4.20.48[131]);
q_4 = normrnd(4.80.497[130]);
q_5 = normrnd(5.60.634[131]);
q_6 = normrnd(6.00.818[130]);
q_7 = normrnd(6.20.693[131]);
q_8 = normrnd(4.90.7[131]);
q_9 = normrnd(5.10.424[130]);
q_10 = normrnd(5.10.262[131]);
q_11 = normrnd(6.10.559[130]);
q_12 = normrnd(6.00.573[131]);
q_day=[q_1 q_2 q_3 q_4 q_5 q_6 q_7 q_8 q_9 q_10 q_11 q_12]; % случайная матрица
суточных улов в году
hpr=1.25; % предел высоты волна
tpod=1; % Время подготовки рейса в порте
tneo=2; % Время стоянки в порте после рейса
tperi=R1*1.6( % Время перехода на район промысла
tst_ % время штормования если hw>hpr
z = tperi*qg1*D^(13)* % расход топлива на переход
z=z+qg2*(k1)*(1+am)*i1*i2*D^(13)* % расход топлива на промысле
z=z+qg2*k1*(1+am)*i1*i2*D^(13)*% расх. топл. в шторме
z = tperi*qg1*D^(13)*
A=Q_matr % Матрица количества рыбопродукции за каждый рейс в году
disp(num2str(Q_matri
d % Количество рыбопродукции в году
nr= % Количество рейса в году
% Диапазон значения цена рыбопродукции
global min_fish max_fish
f % Минимальная цена
fish2=ma % Максимальная цена
M_t %случайная матрица цены рыбопродукции
dokhod1=dokhod1+A(i)*M_t
dokhod= % доход каждого цикла
Upop(kk)= % матрица дохода по числам цикла
% Строительная стоимость судна
Kko=Pko1000*(0.623-0.028*Pko1000+0.008*(Pko1000)^2)*1.5;
Kob=Pob1000*(15.6-18.34*Pob1000+6*(Pob1000)^2)*1.5;
Km=Pm1000*(2.971+0.1*1000Pm)*1.5;
Keu=N10^6*(100.1-5.51*N1000-0.048*(N1000)^2+0.032*(N1000)^3)*1.5;
Kpr=(0.04*D1+600)*1.5;
Ks=(1.5*Kc+Koc+Kpr)*1000;
z1=(250*12+10*Avt+100)* % Зарплата экипажа
% Диапазон значения цена топлива
global min_fuel max_fuel
M_t % случайная матрица цены 1тон топлива
t % подбор одного случайного значения из M_txt
z2=0.9*t % Затрат топлив и смазочных материалов
z3= % Затрат на износ и ремонт орудий лова
tz % Цена 1тон живца
z4=0.02* % Затрат живца
z5=12* % Затрат на амортизационные отчисления
z6=z5*0.05; % Затрат на текущий ремонт
z7=10*Avt* % Прочие затраты
zobs % Эксплуатационные затраты судна
E_ % Матрица экономической эффективности
M_sr=C_i; % Матрица срока окупаемости
M_pr=Ks.C_i; % Матрица прибыли судна
sr_11=mean(C_ % Математическое ожидание срока окупаемости
Pr % Математическое ожидание прибыли
% гистограмм распределения срока окупаемости
ver11= % ожидаемое значение по сроку окупаемости
global pver11 pver12 bien_1
pver11= normcdf(ver11M_C % % вероятность по условию прибыли
l % вертикальная линия по pver11
ver12= % ожидаемое значение по прибыли
pver12= 1-normcdf(ver12M_Pr % вероятность по условию прибыли
l % вертикальная линия по pver12
b % Вероятность безотказной работы
% Выбор критерий задачи (целевая функция)
Файл nonlcond.m – определены нелинейные ограничения оптимизационной
function [c ceq] = nonlcond(x)
global Wgr h0 ls k Tk D1 hs lsts ks period W1 sr_11
% Нелинейные ограничения
c=[period-Tk % период качки судна
W1-Wgr % грузовместимость
hs-h0 % метацентрическая высота
lsts-ls % плечо статической остойчивости
ks-k] % критерий погоды
ceq = [ % уравнение плавучести судна
Файл optimization.m – вызвать и запустить функцию «fmincon»
function [xsolfvalhistorysearchdir] = optimization
% Set up shared variables with OUTFUN
global M_fval M_x Lmax Lmin Bmin Bmax Tmin Tmax Hmin Hmax deltamin deltamax alphamin
alphamax betamin betamax vmax pgmax skor cargo Lpp Bpp Tpp Hpp
Lp= % Длина между перпендикулярами судна прототипа
Bp= % Ширина по ватерлинии
Tp= % Осадка судна прототипа
Hp= % Высота борта судна прототипа
Aeq=[Bp -Lp 0 0 0 0 0 0 0; 0 Tp -Bp 0 0 0 0 0 0; 0 0 Hp -Tp 0 0 0 0 0; 0 0 0 0 0 -1.03 1 0 0];
options = optimoptions(fmincon'OutputFcn'outfun 'TolCon'0.0001
'Display''iter''Algorithm''active-set' 'Ma
function stop = outfun(xoptimValuesstate)
% Concatenate current point and objective function
% value with history. x must be a row vector.
% Concatenate current search direction with
Результат исследования (в некоторых вариантах)
Aкт o внедрении peзультaтoв нaучнoй paбoты в учeбнoм пpoцecce