Реферат по дисциплине "Методы научных исследований/Морская техника". Проектирование судов.

Реферат по дисциплине "Методы научных исследований/Морская техника". Тема - проектирование судов. ...

1. Уравнения проектирования
1.1. Уравнение плавучести
1.2. Уравнение мощности
1.3. Уравнение вместимости
1.4. Уравнение остойчивости
2. Методы проектирования судов
2.1. Метод последовательных приближений
2.2. Метод вариаций
2.3. Другие методы
3. Алгоритм проектирования
4. Стадии проектирования

Современные корабли - самые большие машины созданные человеком. Их размеры исчисляются сотнями, а водоизмещение - сотнями тысяч тонн. Но всего лишь одна незначительная ошибка при расчетах может все это творение пустить ко дну. Чтобы не допустить подобного каждый корабль или судно еще на стадии проектирования проходит всестороннее испытание. Сначала судно проектируют на компьютере при помощи множества программ. Затем из виртуального пространства модель постепенно переходит в реальный мир.
В столярном цеху изготавливают деревянный каркас будущего корабля. Остов покрывают пенопластом и отправляют на точную обработку. На новейшем оборудовании корпус судна подгоняют с точностью до миллиметра. Когда модель судна готова приступают к испытаниям.
Для этого в морских научно-исследовательских инсти тутах существуют несколько опытных бассейнов. В ходовом бассейне, длина которого может составлять до 1,5 километра, а глубина до 7 метров изучается волновая картина, измеряется сопротивление воды, прогнозируется будущее поведение модели судна. Параметры каждого испытания анализируются - это достаточно кропотливый процесс.

п.);сопротивление формы -   зависит от обтекаемости корпуса судна, которая в свою очередь тем лучше, чем острее кормовая оконечность и чем больше длина судна по сравнению   с шириной;волновое сопротивление - зависит от формы носовой оконечности и длины судна, чем длиннее судно, тем меньше волнообразование;брызговое сопротивление - зависит от отношения ширины корпуса к его длине.Вместимость судна является важнейшей эксплуатационной характеристикой и должна быть обеспечена уже при обосновании главных размерений судна. Л. М. Ногид вывел уравнение вместимости для сухогрузных судов из условия обеспечения необходимого объема грузовых помещений, а не объемов всех помещений судна. Грузовместимость судна будет обеспечена, если будет выполнено неравенство:Wтр-Wгр>0,где Wтр – объем грузовых помещений, Wгр – объем, необходимый для размещения заданного количества груза.Если вместо сухогрузов брать пассажирские суда то получим, что оптимальное значение пассажировместимости единицы пассажирского транспортного средства определяется формулой:где Qпч.ср – среднечасовой пассажиропоток на наиболее загруженном участке маршрута по периодам; ηсм – средний коэффициент сменности пассажиров за один рейс пассажирского транспортного средства на маршруте; kнер –коэффициент неравномерности пассажиропотока по участкам маршрута за оборот пассажирского транспортного средства; lo – длина оборота на маршруте, км; aкм1, aч1, – параметры зависимостей Sкм = aкм1 + aкм2q, Sч = aч1 + aч2q.Осто́йчивость — способность плавучего средства противостоять внешним силам, вызывающим его крен или дифферент и возвращаться в состояние равновесия по окончании возмущающего воздействия. Л. Эйлер в 1749 г. предлагает методы измерения остойчивости, развивает учение о сопротивлении воды движению судна, о действии ветра на паруса и управляемости корабля, решает задачу качки судна на тихой воде и выводит формулу для расчета периода собственных колебаний судна.Уравнение остойчивости Эйлера имеет вид:h = zc + r - zg ; где ST - площадь ватерлинии, м2; zc - аппликата центра величины, м; r - поперечный метацентрический радиус, м; h – начальная метацентрическая высота как основная характеристика остойчивости судна, м; Т - осадка судна, м; d - коэффициент общей полноты корпуса судна; a - коэффициент полноты ватерлинии; В - ширина судна, м; zg - аппликата центра тяжести судна, м; kg - коэффициент аппликаты центра тяжести; Н - высота борта судна, мlefttop Титульный лист знаменитого учебника по теории корабля Л.Эйлера "Корабельная наука или трактат о строении кораблей и управляемости ими".Методы проектирования судовМетоды проектирования судов - Методы, используемые для определения основных элементов проектируемых судов, а также для решения ряда других задач, предусматриваемых теорией проектирования судов: разработки задания на проектирование судна; построения теоретического чертежа; разработки чертежей общего расположения; координации работ на всех стадиях проектирования судов и др. Метод последовательных приближенийМетод последовательных приближений основан на том, что все расчеты и графические построения, связанные с определением основных элементов, разбиваются на несколько приближений. При этом в каждом последующем приближении происходит уточнение элементов, установленных в предыдущем. Уточнение осуществляется или за счет более точных и детальных расчетов и построений, или путем учета требований, которые на предыдущих этапах не принимались во внимание. Так повторяется до тех пор, пока не будет обеспечено выполнение всех требований предъявляемых к проектируемому судну, проверенных с возможно наибольшей точностью.Разделение процесса проектирования на отдельные приближения достаточно условно. В качестве объективного критерия, позволяющего отделить одно приближение от другого, может быть принята совокупность основных элементов полученных в результате выполнения определенного цикла расчетов и построений. Переход к следующему циклу расчетов, направленных на уточнение ранее полученных элементов, соответствует переходу к следующему приближению.Таким образом, для данного метода характерно многократное повторение одних и тех же расчетов с нарастающей точностью. Поэтому, например, водоизмещение в начальных приближениях определяется с помощью коэффициента утилизации водоизмещения, затем путем расчета укрупненной нагрузки и наконец, на заключительных этапах – вычислением всех компонентов детальной нагрузки путем постатейного пересчета. То же самое можно сказать и о расчетах потребной мощности СЭУ – вначале с помощью простейших двухкомпонентных формул, затем используя более точные графики (например, график Папмеля), и наконец, детальный расчет всех составляющих, включая пропульсивный коэффициент.Графическим выражением отмеченной цикличности расчетов является так называемая спираль проектирования. Спираль проектированияМетод вариацийВ основе метода вариаций лежит параллельная разработка нескольких десятков или сотен вариантов проектируемого судна с дальнейшим сопоставлением этих вариантов и выбором из них наилучшего. Основное отличие метода вариаций от метода последовательных приближений заключается в том, что значения коэффициентов теоретического чертежа и соотношения главных размерений (или же непосредственно сами размерения) не определяются в ходе проектирования, а задаются и являются, таким образом, исходными величинами в процессе определения показателей данного варианта. Следовательно, характеристики разрабатываемых вариантов будут различными, в том числе и не удовлетворяющими требованиям задания на проектирование.Как и для предыдущего метода нельзя указать единственно возможную последовательность расчетов, поскольку в зависимости от типа судна и требований к нему предъявляемых, расчетная схема может изменяться весьма значительно. Можно лишь выделить общую черту присущую любому подходу – изначально задаются значения варьируемых параметров (L, B, T, H, d и т.п. или L/B, B/T, H/T, d и т.п.). Затем для каждого параметра устанавливается диапазон его изменения (L/B = 5,0 – 7,0, d = 0,62 – 0,75 и т.д.). При этом предельные значения варьируемых величин должны перекрывать ожидаемую область значений каждой из них. Далее проводится расчет показателей каждого варианта. Поскольку известны основные элементы, то можно прямыми расчетами определить мореходные и эксплуатационно-экономические характеристики каждого варианта. При этом, очевидно, нет нужды продолжать расчеты для того варианта, расчетные характеристики которого не соответствуют требуемым. Таким образом, в ходе проектирования количество разрабатываемых вариантов судна сокращается и к моменту окончания расчетов остается несколько вариантов, полностью удовлетворяющих требованиям технического задания. На заключительном этапе расчетов по методу вариаций из допустимых решений выбирается наилучший, используя принятый критерий эффективности.Недостатком метода вариаций является большая трудоемкость. Действительно, количество вариантов проекта зависит от числа варьируемых параметров и числа значений каждого из них.Количество разрабатываемых вариантов в методе вариацийКоличество варьируемых параметровКоличество значений каждого параметра34529162532764125481256625Теория проектирования судов наряду с собственными методами широко использует методы других наук. Так, при разработке задания на проектирование пользуются методами теории игр, теории массового обслуживания, экономического и военно-экономического анализа. Для составления эмпирических формул применяют методы математической статистики. Координацию работ по созданию проекта судна можно выполнять с помощью некоторых формальных методов теории сложных систем. Для оптимизации характеристик судов с использованием ЭВМ употребляют методы математического программирования. На всех этапах проектирования судна при проверочных расчетах применяют методы теории корабля и строительной механики.Алгоритм проектирования.1. Архитектурная концепцияСоздание архитектурной концепции важный этап, на котором определяются объемы строительства, основные инженерные нагрузки, технико-экономические показатели, происходит формирование внешнего вида судна и планы палуб. По желанию заказчика, может быть разработана 3D модель судна, а также дизайн проект. Основные проекции суднаlefttopТеоретический чертеж Шпангоуты, ватерлинии и батексы 3D модель судна2. Разработка Проектной документацииПодготовка Проектной документации это ключевая стадия. На этом этапе осуществляется базовая проработка основных архитектурных, конструктивных, инженерных решений. Разрабатывается расстановка оборудования и разводка инженерных сетей. Определяются конструктивные нагрузки и формируются несущие конструкции. Проектная документация является утверждаемой частью и подлежит согласованию с государственными службами и ведомствами, а также экспертизой проектной документации. Поэтому на проектной стадии разрабатывается ряд спецразделов, таких как Охрана окружающей среды (ООС), Проект организации строительства (ПОС), Противопожарные мероприятия (ПБ) и другие. lefttopМодель судна испытывают в бассейне для опытов Чертеж судна с оборудованием рулевое устройствоа — схема гидропривода рулевого устройства типа Атлас с телемоторами; b — поршень гидравлической рулевой машины.1 — подключение к бортовой сети; 2 — кабельные соединения; 3 — запасная канистра; 4 — рулевой насос; 5 — рулевая колонка с датчиком телемотора; 6 — индикаторный прибор; 7 — приемник телемоторов; 8 — двигатель; 9 — гидравлическая рулевая машина; 10 — баллер руля; 11 — датчик указателя положения руля.lefttopЯкорное устройство.1 — цепная труба; 2 — якорный шпиль; 3 — стопор для якорной цепи; 4 — двигатель; 5 — цепной ящик; 6 — якорь; 7 — труба якорного клюза. Схема швартовного устройства и расположение швартовов при швартовкелагом. 1 - брашпиль со швартовными барабанами; 2 - кнехт; 3 - лебедка швартовая; 4 - швартовный клюз; 5 - планка киповая; 6 - швартовный шпиль; 7 - кормовой продольный швартов (носовой - кормовой); 8 - кормовой прижимной швартов; 9 - кормовой шпринг; 10 - носовой шпринг; 11 - носовой прижимнойшвартов; 12 - носовые про дольные швартовы (правый и левый).Конструкция и отдельные детали грузовых устройств: а — легковесное грузовое устройство; b — топенантный башмак и блок; с — оснастка нока грузовой стрелы; d — грузовая лебедка; е — крепление шпора грузовой стрелы; f — крепление вант к палубе; g — тяжеловесная грузовая лебедка; h — грузовая стрела с гидроприводом; i — тяжеловесное грузовое устройство; j — ручная топенантная лебедка.1 — топенант; 2 — топенантный блок; 3 — грузовая стрела; 4 — оттяжка; 5 — тали оттяжки; 6 — грузовая лебедка; 7 — канифас; 8 — шкентель; 9 — грузовой стопор; 10 — цепочка топенанта; 11 — треугольное соединительное звено; 12 — трос топенанта; 13 — грузовой блок; 14 — канатный барабан; 15 — электродвигатель; 16 — редуктор; 7 — турачка; 18 — вертлюг грузовой стрелы; 19 — концевая обойма; 20 — талреп; 21 — скоба; 22 — обух; 23 — изменение вылета стрелы; 24 — гидроцилиндр; 25 — топенантные тали; 26 — фундамент грузовой стрелы; 27 — грузовые тали.3. Согласование Проектной документацииСогласование проекта происходит в процессе проектирования и после него. В общем случае согласованием проектов занимается специализированный отдел, благодаря чему предоставляется полный спектр консалтинговых услуг, включая юридическое сопровождение всего процесса проектирования и строительства. 4. Разработка Рабочей документацииПодготовка рабочего (строительного) проекта включает в себя полный комплект детальной проектной документации, в котором разработаны все узлы и составлены точные спецификации по всем разделам. Эта документация отправляется прямо на стройплощадку, а в последствии нужна при сдаче судна в эксплуатацию после завершения строительства. Разработка рабочей документации — наиболее важный этап в проектировании судов. Полнота и качество документации во многом определяет и качество дальнейшего строительства.5. Авторский надзорАвторский надзор проводится уже на стадии строительства. Задача проектной организации – содействие строителям и контроль соответствия строительства проектной документации.Стоимость и сроки проектирования определяются индивидуально. Стадии проектирования судовПроцесс проектирования судна, согласно ГОСТ 2.103, разделяется на несколько стадий. Как уже указывалось, непосредственному проектированию судна, т.е. решению внутренней задачи ТПС, должно предшествовать решение задачи внешней, которая начинается с определения оптимального состава.Сам процесс разработки проекта судна начинается с заявки заказчика – владельца будущего судна, содержащей исходные основные технико-эксплуатационные требования к судну (ОТЭТ).