В этой статье я хотел бы описать технологический процесс создания поверхности судна и место Shape Maker в этом процессе.
Любой проект любого типа судна на самой ранней стадии разработки должен иметь теоретический чертеж корпуса судна. Безусловно любой проект опирается на предыдущий опыт и ваш новый проект будет похож на какой-либо прототип. Я не хотел бы останавливаться в этой статье на способы подбора наиболее подходящего прототипа, равно как и всех остальных параметров будущего судна. Дизайнер знает это как никто другой и именно на его технических решениях и строится проект. Как правило на стадии разработки теоретического чертежа все основные технические решения уже приняты. По крайней мере уже должны быть известны основные размерения, радиус скулы, форма штевней, тип оконечностей, контуры палуб и конструктивной ватерлинии, водоизмещение.
Наиболее полная информация для проектирования поверхности корпуса судна представлена в чертеже общего расположения. Профиль судна, контур мидель-шпангоута, палубы как правило представленные на этом чертеже и являются исходной информацией для проектирования поверхности. Как правило на чертеже общего расположения показано положение линии плоского борта и плоского днища.
Чертеж общего расположения может быть загружен в Shape Maker. Для этого необходимо проделать следующее:
- сохранить требуемые виды в отдельных DXF файлах,
- совместить точку начала системы координат чертежа с началом системы координат AutoCAD,
- вычистить лишнюю информацию, не нужную для проектирования поверхности, такую как тексты, штриховки, облака и прочее,
- размонтировать блоки,
- сохранить DXF файл в как можно более раннюю версию, лучше всего R12. В этом случае все элементы чертежа преобразуются в наиболее примитивные, которые загружаются в Shape Maker без искажений. Отмечу, что текущая версия импорта DXF файлов не поддерживает эллипсы.
Для импорта видов в Shape Maker лучше создать структуру из следующих блоков и импортировать каждый вид в соответствующий блок. Это облегчает процесс импорта и визуализации информации. В любой момент любой из блоков может быть включен или выключен.
- Template
-- Profile
-- Plan
-- Midship
Процесс импорта заключается в следующем:
- выбирается текущий блок, например Profile
- в текущий блок импортируется соответствующий DXF файл.
Все виды с чертежа общего расположения представлены на плоскости XY и соотвественно на ту же плоскость будут импортированы в Shape Maker. Чтоб расположить их в соответствующих плоскостях, можно воспользоваться поворотом и перемещением блоков. Воспользуйтесь выбором блока по элементу блока для преобразования.
Теперь, когда все виды загружены в Shape Maker, нужно задать сетку шпангоутов, ватерлиний и батоксов. Shape Maker позволяет задавать районы с постоянной шпацией по всем трем координатам. Дополнительные сечения при выводе выделяются желтым цветом. В качестве дополнительных сечений можно задать теоретические шпангоуты, конструктивную ватерлинию, палубы. Сетку можно изменить в любой момент. Визуализация сечений поверхности выполняется в соответствии с плоскостями сечений заданных сеткой. На этом процесс предварительной подготовки можно считать завершенным.
Теперь начинается самое интересное. Мы приступаем к проектированию поверхности нашего судна. Для этого создаем следующую структуру блоков:
HULL 0
- ForeShip
- AftShip
- Midship
В этих блоках и будет содержаться первая версия нашей поверхности. Выбираем блок ForeShip текущим. В Shape Maker понятие текущий блок означает что все вновь создаваемые элементы будут принадлежать этому блоку.
В процессе задания граничных линий участков поверхностей удобно пользоваться объектной привязкой к точкам шаблона. Настоятельно не рекомендую использовать в этом случае топологическую привязку к точкам шаблона, а пользоваться геометрической привязкой. Про топологию в Shape Maker более подробно можно узнать здесь.
В случае топологической привязки точки будут принадлежать блоку шаблона и могут быть недоступны для редактирования при выключении шаблона. Желательно так-же использовать цвет, отличающийся от цвета элементов шаблона.
Видео подготовки шаблона показывает этот процесс в реальном времени.
Наша задача состоит в моделировании участков поверхности, описывающих корпус судна. Единственный способ, использующийся в Shape Maker это задание участка поверхности, опирающегося на набор взаимосвязанных кривых. Эти кривые и будут являться границами нашего участка поверхности. Поэтому начнем с задания граничных кривых. Shape Maker позволяет формировать участки поверхности опирающиеся на 2,3 и 4 граничных кривых. Наиболее распространенная комбинация граничных линий в нашем случае это:
- линия радиуса скулы на границе цилиндрической вставки или на мидель-шпангоуте,
- линия плоского днища,
- линия форштевня,
- линия слома, переходящая в линию плоского борта.
Поэтому сначала зададим контур граничных линий нашего будущего участка поверхности. Самое первое приближение линии между двумя конечными точками в ShapeMaker это прямая. Поэтому сначала, по сути, нужно задать угловые точки нашей будущей поверхности, соединенные между собой прямыми линиями. Координаты точек можно задавать используя геометрические привязки или при помощи строки ввода координат с клавиатуры. Каждая новая вводимая линия топологически связана с предыдущей через общую точку. Для создания поверхности необходимо при вводе последней точки контура топологически связать ее с первой точкой нашего контура. Без этого не получится задать участок поверхности. Больше информации о задании поверхности можно узнать тут.
Теперь у нас есть контур, который пока совершенно не напоминает нам ничего от нашего будущего судна, но угловые точки нашей будущей поверхности уже находятся на своих местах. Вы можете проверить это переходя с проекции на проекцию или на 3D видах.
Попробуем придать форму нашим линиям. Для этого достаточно кликнуть курсором на одну из линий и изменить положение точек появившегося контрольного многоугольника. Больше информации о линиях в ShapeMaker можно найти тут.
Напомню, что контрольный многоугольник исходной прямой имеет всего две контрольных точки. Углы наклона в конечных точках кривой определяются соответствующим вектором контрольного многоугольника. Кликните левой кнопкой мыши на промежуточную точку контрольного многоугольника переместите ее в новое положение и кликните еще раз. При перемещении контрольной точки вы увидите, как изменяется форма кривой. Координаты контрольной точки можно изменять и с клавиатуры. Для этого, не отпуская точки кликните курсором в окно ввода координат и измените их. Фокус ввода автоматически переходит в режим редактирования координат, если нажать стрелку влево или стрелку вправо на клавиатуре. Редактирование координат завершается нажатием Enter на клавиатуре. Прервать процесс изменения положения контрольной точки можно нажав ESC или правую кнопку мыши.
Не стоит думать, что две внутренние точки контрольного многоугольника позволят вам точно определить требуемую форму кривой. На этой стадии ограничимся тем, что определим касательные в начале и конце каждой граничной кривой. Заметим, что для многих граничных кривых требуется задать горизонтальные или вертикальные касательные в конечных точках. Так в месте притыкания к цилиндрической вставке линии плоского днища и плоского борта должны иметь горизонтальные касательные. Это же относится и к линии форштевня в месте притыкания к основной плоскости. Для задания ортогональных касательных - вертикальных или горизонтальных, достаточно кликнуть на линию контрольного многоугольника, определяющую эту касательную, одновременно c нажатой копкой Ctrl. Больше информации о редактировании линий можно найти здесь.
Увеличим количество точек контрольного многоугольника. Для этого кликнем на линию, соединяющую внутренние точки контрольного многоугольника с одновременно нажатой кнопкой Ctrl. Дополнительная контрольная точка даст нам больше возможностей для изменения формы кривых. Увеличение числа контрольных точек не приводит к изменению формы кривой. Это свойство позволяет локально изменять кривые. Увеличивая число контрольных точек граничных кривых, не следует забывать одно простое правило в Shape Maker - число контрольных точек поверхности, зависит от числа контрольных точек граничных кривых. Более подробно это описано здесь.
Я рекомендую постепенное увеличение числа контрольных точек. Это значительно уменьшит трудоёмкость процесса формирования поверхности.
Изменяя положение точек контрольного многогранника поверхности мы добиваемся требуемой формы корпуса. Если Вы использовали в качестве исходных данных чертежи общего расположения, контуры линий палуб могут быть использованы как ориентиры на начальной стадии. Я лишь рекомендую в этом случае задать положение линий палуб как дополнительные сечения по ватерлиниям. Это существенно упростит работу по приближению поверхности к линиям палуб. Дальнейшие действия по сглаживанию поверхности хорошо описаны тут.
Если в вашем распоряжении имеется модель поверхности судна, близкого по форме к проектируемому, вы можете воспользоваться этой моделью и трансформировать её под новый проект. Это наиболее быстрый и эффективный способ получения первого приближения поверхности нового проекта. Этот процесс хорошо полказан на этом видео.
Итак, у нас есть первое приближение поверхности корпуса нового судна. Какую информацию мы можем получить из модели нашей поверхности?
- В первую очередь это конечно же теоретический чертеж. Теоретический чертеж это один из основных чертежей используемых на всех стадиях проектирования суда. В ShapeMaker теоретический чертеж выдается автоматически на основе сетки теоретического чертежа. Более подробно этот процесс описан тут.
- Кроме теоретического чертежа Shape Maker позволяет генерировать много различных файлов, которые можно использовать при проектировании судна. Список выходной информации можно найти тут.
- Основные гидростатические характеристики корпуса, такие как водоизмещение, положение центра величины, площадь смоченной поверхности, метацентрическую высоту и другие, можно получить используя встроенные гидростатические расчеты. Кроме этого можно получить строевую по шпангоутам. Эта кривая широко используется при гидродинамической оптимизации корпуса.
- В Shape Maker, кроме поверхности корпуса, можно моделировать практически любые выступающие части, внутренние поверхности корпуса, поверхности надстроек и рубки. Это дает возможность проверить нашу поверхность на возможность размещения оборудования внутри корпуса. Например с подруливающими устройствами для рыболовных судов часто возникают проблемы. Все их легко обнаружить в процессе моделирования.
Проектирование судна это циклический процесс, где на каждой новой стадии проекта часто возникает необходимость изменения формы корпуса. В Shape Maker можно сохранить все версии поверхности корпуса. Это дает полный обзор изменений на всех стадиях проекта. При этом любую из версий поверхности можно использовать для создания моделей нового проекта. Для этого достаточно копировать версию корпуса в новый проект.
Модель поверхности корпуса так-же используется для расчетов гидродинамических характеристик судна, таких как сопротивление, качка, управляемость. Если какие-либо из этих характеристик не удовлетворяют требованиям классификационного общества или контракта, в модель поверхности так-же необходимо вносить изменения.
Это особенно важно для оптимизации сопротивления корпуса судна. Безусловно сопротивление движению судна это один из наиболее важных параметров обуславливающих эффективность судна в целом. Снижение сопротивления дает снижение эксплуатационных затрат и уменьшение вредных выбросов в окружающую среду. Такая оптимизация сама по себе представляет циклический процесс. На основе модели поверхности рассчитывается процесс обтекания корпуса водой и соответственно сопротивление. Выходная информация после такого расчета может быть загружена в Shape Maker и визуализирована. На основе изучения картины обтекания корпуса вносятся изменения в форму поверхности и процесс запускается еще раз. Как правило после пяти-шести итераций определяется форма корпуса с оптимальным сопротивлением. Все варианты формы корпуса сделанные в процессе оптимизации также сохраняются в базе проекта и могут быть использованы в новых разработках. больше информации о гидродинамической оптимизации поверхности судна можно найти тут.