В последние годы во многих странах мира повысился интерес к скоростным судам различного назначения, в том числе к пассажирским. Для Союза Мьянма — страны в Юго-восточной Азии важную роль играет развитие скоростных пассажирских перевозок водным транспортом. Страна имеет протяженные морские границы и внутренние водные пути.
Для создания современного пассажирского флота в Союзе Мьянма необходимо проанализировать тенденции развития в мире скоростных судов (СС), обобщить опыт их проектирования и дать оценку достигнутого уровня проектирования судов, используемых для пассажирских перевозок.
Современное проектирование судов ориентировано на все более широкое применение вычислительной техники. Специфика СС и их многообразие требуют разработки специализированных модулей для расширения вычислительных ресурсов систем автоматизированного проектирования (САПР). Оптимизация основных элементов судов на начальных стадиях проектирования с применением САПР значительно снижает трудоемкость проектных работ и обеспечивает выбор оптимального скоростного пассажирского судна для внутренних водных путей и прибрежных морских районов.
Целью и задачей диссертационного исследования является разработка методики построения математической модели скоростного пассажирского судна для эксплуатационных условий Союза Мьянма и разработка программного обеспечения предэскизного автоматизированного проектирования скоростных пассажирских судов для перевозок пассажиров по внутренним водным путям Союза Мьянма с использованием построенной математической модели с алгоритмами оптимизации.
Для решения задач, поставленных в работе, потребовались математическое моделирование, алгоритмы оптимизации: случайного поиска и Хука Дживса, методы регрессионного анализа и последовательных приближений, аппарат и программные продукты систем Delphi, средств Microsoft Office.
Теоретической базой диссертационного исследования являются труды российских и зарубежных ученых в области проектирования и оптимизации скоростных судов, ходкости и мореходности. В их числе работы Ашика В. В., Басина А. М., Бронникова А. В., Ваганова А. М., Вицинского В. В., Гайковича А. И., Демешко Г. Ф., Леви Б. З., Логачева С. И., Ляховицкого А. Г., Ногида Л. М., Пашина В. М., Павленко Г. Е., Царева Б. А., Кутенева А. А., Николаева В. A., Gee N. и др.
В числе информационных источников использовались методы теории проектирования судов, теории корабля, результаты исследований А. Г. Ляховицкого, проводившихся в СССР в 1960;х — 1970;х годах при создании быстроходных водоизмещающих судов для внутренних водных путей и прибрежных морских линийрусская и иностранная литература по проектированию судов: книги, журнальные статьи, научные доклады, материалы научных конференций и семинаров, доступная документация по реальным проектам.
Объекты исследования. Рассмотрены скоростные пассажирские суда, движущиеся в переходном режиме движения. В качестве критерия отбора судов использовано определение ИМО v>3,7V0'1667, где v и Vсоответственно, проектная скорость в м/с и объемное водоизмещение на плаву (без хода) в м3.
Научная новизна работы:
1. Анализ современного рынка скоростных судов и выбор архитектурно-конструктивного типа скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма проводится впервые.
2. Разработана методика проектирования скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма.
3. Создан программно-методический комплекс для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна, который может быть использован при проектировании пассажирских судов для Союза Мьянма.
4. Разработана методика оценки проходимости оптимизируемого скоростного пассажирского судна на мелководных участках фарватера при разных эксплуатационных скоростях и при разных глубинах воды с учетом особенности рек Йявади и Чиндуин.
Полученные в работе результаты обеспечили повышение эффективности (сокращение сроков) проектирования скоростных пассажирских судов. Применение разработанных методов приводит к увеличению надежности и повышению ресурса скоростных пассажирских судов за счет оптимизации их проектных характеристик. Разработанный программно-методический комплекс для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна может быть использован при практическом проектировании скоростных пассажирских судов для Союза Мьянма.
На защиту выносятся следующие основные результаты работы:
1. Результаты анализа современного рынка скоростных судов и выбора архитектурноконструктивного типа скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма.
2. Методика проектирования скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма.
3. Программно-методический комплекс для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна, который может быть использован при проектировании пассажирских судов для Союза Мьянма.
4. Анализ адекватности и чувствительности математической модели.
5. Анализ проходимости оптимизируемого скоростного пассажирского судна при разных эксплуатационных скоростях и при разных глубинах воды.
Расчеты сопротивления воды движению быстроходных водоизмещающих судов и изменения относительного запаса воды под днищем судна базируются на результатах модельных и натурных исследований, приводившихся в СССР в 1960;х- 1970;х годах.
В расчете нагрузок масс коэффициенты разделов весовой нагрузки базируются на данных построенного в СССР скоростного судна «Экспериментальный — 1 «(проект Р69). Масса дизельной энергетической установки (MTU) в зависимости от мощности используется при определении веса энергетической установки.
Сравнение основных результатов практического использования программно-методического комплекса обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна с данными по проекту построенного и испытанного пассажирского теплохода «Экспериментальный — 1 «подтвердило адекватность и чувствительность созданной методики и разработанной математической модели.
Достоверность расчетов проходимости скоростным пассажирским судном мелководных участков фарватера подтверждена сопоставлением с ранее проведенными в СССР модельными и натурными экспериментами.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы и ее результаты были доложены и обсуждены на международной конференции (SuperFast 2008, Санкт-Петербург), а также на научно-технических семинарах «Актуальные проблемы проектирования судов и кораблей «секции НТО имени академика А. Н. Крылова в мае 2007 г и в марте 2008 г.
По теме диссертации опубликованы 4 работ. Из них 3 работы в личном авторстве, доля автора в публикациях в среднем 87%. В изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ, опубликованы две статьи. Одна из них в личном авторстве, доля автора во второй статье 50%.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 125 страницы основного текста (включая 22 таблицы и 71 рисунок), список литературы из 57 наименований. Приложения имеют 74 страницы.
Перечень принятых обозначений и сокращений.
А — автономность, (сут);
В — ширина судна, (м);
Вщах — ширина наибольшая, (м);
Ворт — оптимальная ширина, (м);
Впр — ширина одного магистрального прохода, (м);
Вс — ширина салона между стенками у палубы, (м);
В спиц минимальная необходимая ширина палубы в салоне, (м) — Вцк — ширина централього корпуса, (м) — Сбил — Цена билета, ($);
С1 амо — годовые амортизационные отчисления, ($);
Сг.нав — годовые навигационные расходы, ($);
Сг.при — Годовые приведенные затраты, ($);
СГрем ~ стоимость годовых ремонтов, ($);
Сг.снаб — годовая стоимость судового снабжения, ($);
Сг.с.эк — стоимость годового содержания экипажа, ($);
Ср топ ~ годовая стоимость топлива, ($);
СКор — стоимость корпуса судна, ($);
Ссис — стоимость систем судна, ($);
Сстр — полная строительная стоимость судна, ($);
СГО11 — цена топлива, ($);
Сэобо — стоимость электрооборудования судна, ($) — Сэу — стоимость энергетической установки судна, ($);
— дедвейт, (т) — БХУпич — максимальный дедвейт, (т) — Бп — водоизмещение порожнем, (т) — Е1 — коэффициент срока окупаемостиЁ — относительный запас воды под днищем судна на ходуЁ1 — относительный запас воды под днищем судна на ходу при 1з/Т.
2 — относительный запас воды под днищем судна на ходу при h/T = 3,0- ЁЗ — относительный запас воды под днищем судна на ходу при h/T = 4,5- Ё4 — относительный запас воды под днищем судна на ходу при h/T = 6,0- Ё5 — относительный запас воды под днищем судна на ходу при h/T = 12,0 Fi — ограничение запаса плавучестиF2 — ограничение нагрузкиF3 — ограничение пассажировместимости;
F4 — ограничение вместимости и распределения пассажиров по палубе;
F5 — ограничение относительной начальной метацентрической высоты;
Fn — Число Фруда по длине;
Fnv — Число Фруда по водоизмещению;
Нгн0 — Высота гибкого ограждения, (м);
Нмид — высота борта на миделе, (м);
L — расчетная длина судна, (м);
LOA — длина наибольшая, (м);
LBP — длина между перпендикулярами, (м);
Lmax — длина наибольшая, (м);
Lmo — длина машинного отделения, (м);
Lopt — оптимальная длина, (м);
L" - протяженность линии эксплуатации в одном направлении, (мили.);
Lcmrn — минимальная необходимая длина одного салона, (м);
Nr — буксировочная мощность, (кВт);
N06 — число оборотов энергетической установки, (об/мин);
Noy — мощность энергетической установки, (кВт) — - масса каждой весовой группы, (т);
Ргруз — грузоподъемность, (кН);
РКОр — масса корпуса судна, (т);
Рп — давление в подушке, (ГПа);
Piucc ~ масса пассажиров, (т);
Рполез — полезная нагрузка, (т);
Рпроч — масса заполнения механизмов и трубопроводов, (т);
Рейс — масса систем судна, (т);
Ргоп — масса топлива, (т);
Рэк — масса экипажа, (т);
Рэобо — масса электрооборудования судна, (т);
Рэу — масса энергетической установки судна, (кВт);
К — дальность плавания, (км);
Б — необходимая площадь для данных пассажиров на одной палубе, (м2) — Б* - суммарная площадь, приходящаяся на общее количество пассажиров на соответствующей палубе, площадь багажного отделения и площадь туалетов на соответствующей палубе, (м) — Б баг — площадь багажного отделения, (м);
•у.
Бвп — площадь воздушной подушки, (м) — Бмо — площадь машинного отделения, (м) — Бс — площадь салона, (м~);
Запасе — полезная площадь салона для пассажиров, (м) — 8тул — площадь туалетов, (м) — Т — осадка судна, (м);
Тдо — длительность посадки пассажиров, (сут);
Торт — оптимальная осадка, (м);
Тпр — норма пассажирообработки, (сут/чел);
ТС1Ш — средние потери времени в рейсе, (сут);
ТХОд — ходовое время, (сут);
V — объемное водоизмещение, (м3);
Wвl2 — расчетный запас плавучести, (м) — 3.
Vbi2 ~ заданный (требуемый) запас плавучести, (м);
— суммарная нагрузка (водоизмещение порожнем) и дедвейтаь а2, аз — эмпирические коэффициентыа.1 — показатель степениЬ — ширина одного кресла, (м) — сКор — цена корпуса, ($/т) — сСис — Цена систем, ($/т);
Сэобо — цена электрооборудования, ($/т) — сэу — цена энергетической установки, ($/кВт) — delS — избыток площади салона пассажиров, (м2) — g = 9,81 (м/с) — ускорение земного тяготенияgi — измеритель массы соответствующего раздела нагрузкиgTon — удельный расход топлива на все нужды: gTOn = (0,202.0,206). Ю'3 т/кВт.час для (ДУ) — gTOn = (0,250.0,306).10'3 т/кВт.час для (ПТУ) — g'3K — 0,15 т/чел.сут, — масса воды на одного человека в суткиg5? эк — 0,003 т/чел.сут, — масса сухой провизии на одного человека в суткиg'" 3K — 0Д2 т/чел, — масса одного человека с багажомh — поперечная метацентрическая высота, (м) — hl 1 — глубина воды при h/T = 1,5, (м) — h22 — глубина воды при h/T = 3,0, (м) — h33 — глубина воды при h/T = 4,5, (м) — h44 — глубина воды при h/T = 6,0, (м) — h55 — глубина воды при h/T = 12,0, (м) — h0T — относительная поперечная метацентрическая высота, (м);
Ьдалуб — высота между палубами, (м) — камо — коэффициент амортизационных отчисленийк3 -1,1 1,2 — коэффициент морского запасак311 — коэффициент загрузки пассажирамикм — коэффициент, учитывающий массу питательной воды и смазочного масла: км = 1,03 1,05 для дизельных установок (ДУ) — км = 1,0 51,10 для паротурбиных установоккрас — коэффициент накладных расходовкснаб — коэффициент для расчета стоимости судового снабженияксред зарп — среднемесячная зарплата члена экипажа, ($) — кХмо — относительное отстояние кормовой переборки машинного отделения от ахтерпика;
6 — относительная длина;
Скр — расстояние между спинками кресел (шаг кресел), (м) — отпад — относительная длина ярусов надстроекп2 — число магистральных проходовпь — число кресел в ряду по ширине суднащ — число кресел в ряду по длине суднапр — число рейсов за год.- пШШуб — число палуб в корпусе;
Ишсс — количество пассажиров, (чел) — пиасс* - заданная пассажировместимость, (чел) — пр — число рейсов за годпэк — число эксплуатационных суток в году;
Пэкж — число экипажа, (чел);
Рпасс — удельная масса на одного пассажира, (т/чел.) — г — поперечный метацентрический радиус, (м);
Бода — площадь салона, приходящаяся на одного пассажира, обычно л колеблется 0,5 — 0,9 (м /чел.);
Ббаг — площадь багажного отделения пассажиров,.
1,05 (м /т);
V — эксплуатационная скорость судна, (м/с) — утах — максимальная скорость, (м/с) — хс — абсцисса центра величины, (м) — Ха — абсцисса центра тяжести, (м) — хё. топ — абсцисса центра тяжести топлива и балласта, (м) — хмо — отстояние кормовой переборки машинного отделения от ахтерпикаXI — абсцисса центра тяжести каждой весовой группы, (м) — хтсс — абсцисса центра тяжести пассажиров на всех пассажирских палубах, (м) — 2с — аппликата центра величины, (м) — — аппликата центра тяжести, (м) — zn — аппликата пассажирской палубы, (м);
Znacc — аппликата центра тяжести пассажиров на всех пассажирских палубах, (м) — а — коэффициент полноты конструктивной ватерлинии;
Р — коэффициент полноты мидель-шпангоута;
8 — коэффициент общей полноты судна;
5орт — оптимальный коэффициент общей полноты суднаф — коэффициент продольной полноты- - угол дифферента, (град) — т — период собственных поперечных колебаний судна, (сек) — р — массовая плотность воды, (т/м3) — ртоп = 0,8203 — плотность топлива, (т/м3) — Д — массовое водоизмещение судна, (т);
Аз — зазор между крайними рядами кресел и стенками салона, (м) — Дустаи — установленное водоизмещение, (т);
ДР — разность между полным массовым водоизмещением и суммарной нагрузкой масс;
Д Niiacc — разность между заданной пассажировместимостью и количеством пассажиров;
Х (ппасс)ппалуб — пассажировместимость на всех палубах, (чел);
ОСПС — однокорпусные скоростные пассажирские суда;
СВПА — амфибийные транспортные средства на воздушной подушке;
СВПК — скоростные волнопронзающие или волнопротыкающие катамараны;
СВПС — скеговые суда на воздушной подушке;
СК — скоростные катамараны;
СКВАД — скоростные квадримараны;
СМПВ — двухкорпусные суда с малой площадью ватерлинии;
СП — скоростные пентамараны;
СПК — суда на подводных крыльях;
СПС — скоростное пассажирское судно;
СТ — скоростные тримараны.
Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:
1. Выполнен анализ развития мирового рынка скоростных пассажирских судов, на основе которого произведен выбор архитектурно-конструктивного типа судна для скоростных пассажирских перевозок по внутренним водным путям Союза Мьянма.
2. Предложена и разработана методика проектирования скоростного пассажирского судна для условий эксплуатации Союза Мьянма.
3. С применением математического моделирования, с использованием построенной математической модели, алгоритма расчетов и алгоритмов оптимизации создан программно-методический комплекс для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма.
4. Разработан анализ адекватности и чувствительности математической модели и доказано, что построенная математическая модель достоверна.
5. Разработан анализ проходимости лимитирующих глубин фарватера оптимизируемым скоростным пассажирским судном при разных эксплуатационных скоростях с использованием созданного программно-методического комплекса для обоснования основных элементов скоростного пассажирского судна для Союза Мьянма.
Заключение
.
В представленной диссертации решена задача, имеющая практическое значение для повышения эффективности проектирования скоростных пассажирских судов, увеличения надежности и ресурса при оптимизации скоростных пассажирских судов.
