ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ «СТРУЙНОЙ ТЕОРИИ» ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ПОЛНОГО КОМПЛЕКСА СУДОВЫХ ОБВОДОВ

Введение

В области судостроения применяется значительное число специализированных методик для проектирования обводов корпуса судна. Значительная часть этих методик опирается на геометрические подходы и модели, предназначенные для формирования отдельных линий теоретического корпуса, с последующим формированием всей судовой поверхности.

Главными недостатками таких подходов является:

• фактически мануальное («ручное») создание отдельных (базовых, управляющих и т.д.) кривых, качество которых в большей степени зависит от опыта и квалификации от конкретного проектанта;
• необходимость мануального контроля сглаженности поверхности.

Параметрический метод формирования судовой поверхности, основанный на принципах геометрического моделирования, значительно снижает роль человеческого опыта. Это дает возможность быстро получать судовые поверхности с гарантированным качеством сглаженности, исключая этап трудоемкой разработки.

Несмотря на явное преимущество данной технологии универсальная модель построения полного комплекса судовых обводов параметрическим методом до сих пор не найдена. Одним из методов, требующих доработки в связи с ограничениями, которые приводятся ниже, является «струйная теория», предложенная И. П. Алымовым [1].

Решение данной задачи является актуальной.

Формулировка целей статьи

Цель данной статьи –дополнения к методике построения полного комплекса судовых обводов на основе «струйной теории», для устранения ограничений в части описания формы поверхности.

Изложение основного материала

Для судовой поверхности в общем случае характерно наличие трех основных частей, которые наглядно можно продемонстрировать на строевой по шпангоутам (см. Рисунок 1), при этом справедлива следующая система уравнений:

(1)

где

 — длина кормового заострения, цилиндрической вставки и носового заострения соответственно;

 — коэффициенты продольной полноты кормового и носового заострения, соответственно;

 — абсциссы центра величины в системе координат относительно кормового перпендикуляра судна носового заострения, цилиндрической вставки и кормового заострения, соответственно;

 — коэффициент продольной полноты корпуса проектируемого судна, абсцисса центра величины проектируемого судна (в системе координат относительно кормового перпендикуляра), длина проектируемого судна по расчетную ватерлинию.

Рисунок 1. Строевая по шпангоутам 

Согласно «струйной теории» уравнение подводной части поверхности судна имеет вид [1]

(2)

где

 — наибольшая ширина судна на ГВЛ; f(z), w(x) – безразмерные выражения соответственно шпангоута наибольшего сечения и грузовой ватерлинии.

Коэффициент общей полноты судна, построенного по «струйной теории», равен произведению коэффициентов полноты ГВЛ и шпангоута наибольшего сечения d = ab. Это выражение показывает, что при одном и том же произведении a и b, коэффициент общей полноты d судна, построенного по «струйной теории», выше, чем у большинства существующих судов, для которых dср ≈ 0,85ab [2].

И. Г. Бубнов использовал выражение прогрессики для построения подводной части судовой поверхности [3]:

(3)

а для ординат грузовой ватерлинии

(4)

Общее выражение для подводной части судовой поверхности

(5)

Изменение полноты и формы прогрессики при переходе от конструктивной ватерлинии к нижележащим И. Г. Бубнов предложил учитывать через изменение параметров n2 и m2

	(6)
	(7)

где

 — коэффициенты подлежащие определению и зависят от требуемых параметров формы:

 — значения n2 и m2 для конструктивной ватерлинии;

 — осадка судна по КВЛ.

На Рисунке 2 показаны обводы носовой оконечности, полученные по (5-7).

Рисунок 2. Обводы носовой оконечности, полученные по (5-7) 

Обводы, полученные по (5-7) близки к судовым, так как формы прогрессики весьма «универсальны», однако имеют следующие ограничения при описании судовой поверхности:

• По методу «струйной теории» возможно описание только поверхности тетраэдровидной формы;
• Отсутствует характерный участок поверхности цилиндрической вставки (см. Рисунок 1), таким образом, как видно из уравнения (1), нет возможности спроектировать корпус с высоким значением коэффициентов общей полноты d.

Приведенные выше недостатки предлагается устранить, разбив судовую поверхность на три патча, соответствующих участкам носового заострения, цилиндрической вставки и кормового заострения, соответственно.

Границы патчей могут быть заданы как аналитически, так и непосредственно по координатам, как функции f(z).

Введем локальные системы координат, в которых начало координат находится на границах наибольших сечений по шпангоуту в пределах патча, положительное направление оси абсцисс в нос для носового заострения и в корму для кормового. В локальной системе координат (соответствующие подстрочные индексы указывают участок длины):

(8)

Таким образом с учетом (3-8) получим уравнения (9):

• на участке 0 ≤ x ≤ lR,

(9)

• на участке lR < x < (lPMB + lR),

(10)

• на участке (lPMB + lR) ≤ x ≤ L,

(11)

По преобразованной системе уравнений получен полный комплекс судовых кривых для универсального сухогруза (см. Рисунок 3).

Рисунок 3. Судовая поверхность, полученная по системе (9) Выводы

В статье получены улучшенная система уравнений на основании «струйной теории» И. П. Алымовым и прогрессики для получения полного набора судовых кривых и судовой поверхности. Предложенный метод снимает исходные ограничения «струйной теории».

Перспективой дальнейших исследований является определение взаимосвязи между параметрами n1, n2, m1, m2, a, c и элементами формы корпуса: d, a и b.