Некоторое время назад я получил запрос на расчет сопротивления одного очень необычного судна. Судно Swalinge было построено как каботажное судно в 1977 году и перестроено в земснаряд в 1996 году.
Судно имело следующие главные размерения:
Длина наибольшая - 82,20 м
Длина между перпендикулярами - 75,23 м
Ширина - 14,60 м
Осадка – 6.30 м
В процессе модернизации корпуса судна был добавлен довольно объемный носовой бульб. Как я понял, основная функция этого бульбового носа заключалась в дополнительном водоизмещение в носу. Его объем добавлял к водоизмещению около ста тонн. Как часто бывает при модернизации существующего корпуса судна, носовой бульб так и остался инородным образованием. Судовладелец подозревал, что он не уменьшает, а увеличивает сопротивление судна. Особенно это было хорошо заметно по огромной носовой волне, которую образовывало судно на ходу. Поэтому, когда судовладелец решился на очередную модернизацию корпуса, возникла задача исследования сопротивления движению корпуса судна. С этим вопросом ко мне обратилась компания ChorenDesign & Consulting, которая и занималась проектом модернизации этого судна.
Судовладелец также хотел понять нужен ли такой носовой бульб на модернизированном судне. По согласованию с заказчиком мы утвердили следующую программу испытаний:
- CFD расчет сопротивления судна в грузу и в балласте,
- CFD расчет сопротивления судна в грузу и в балласте без носового бульба ( оригинальная версия корпуса).
Теоретические чертежи судна до и после модернизации сохранились только в бумажном виде. Для восстановления трехмерной модели использовались сканы бумажных чертежей.
Результат расчетов показал что сопротивление судна без бульбового носа ниже на 40% для судна в грузу и в 2.5!!! раза ниже для судна в балласте. По результатам расчетов стало понятно, что для судна в грузу бульб практически не работает, так как полностью погружен в воду. В случае для судна порожнем, когда бульб выше ватерлинии, возникает огромная волна, в разы увеличивающая сопротивление. То есть вместо уменьшения сопротивления, бульбовый нос работает как тормоз. Это было довольно необычно для меня, так как для судов с такими размерениями волновое сопротивление уже не должно играть столь значимой роли. Похоже, что бульб был просто врезан в существующий корпус без какого либо анализа гидродинамики и выполнял роль дополнительного объема в водоизмещении судна.
Учитывая назначение судна, судовладелец решил оставить бульбовый нос, но, при этом изменить его форму. Одно из условий было в сохранении объема бульба тем же, что и у предыдущего варианта. Я предложил новую форму бульба и, в результате нескольких итерацией, было принято решение остановиться на форме с наиболее низким сопротивлением. Нужно отметить, что даже при столь ограниченной возможности изменения формы корпуса при оптимизации удалось снизить сопротивление корпуса на 36% в балласте и 26% в грузу. При этом новый бульб выглядит гораздо элегантнее.
В процессе работы на этим проектом мы также выполнили удлинение цилиндрической вставки. CFD расчет показал, что удлинение практически не повлияло на увеличение сопротивления судна.
Использование CFD методов при модернизации судов позволяет довольно точно определить сопротивление судна на стадии проектирования. Учитывая то, что при модернизации существующего судна заказчик как правило не готов заказывать испытания модели в опытовом бассейне, методы CFD являются единственным источником качественной оценки сопротивления модернизируемого судна. Снижение сопротивления в свою очередь дает снижение расхода топлива и выбросов в окружающую среду.
Все приведенные в статье фотографии взяты из интернета и используются как технические иллюстрации.