Оптимизация Гидродинамической Эффективности Рыболовных Судов: Искусство Минимизации Затрат на Топливо.

Введение

Эффективность рыболовного судна неразрывно связана с его затратами на 

топливо. Одним из ключевых аспектов, определяющих эти затраты, является сопротивление воды движению судна. Чем меньше это сопротивление, тем более эффективным является судно. В данной статье мы рассмотрим методы оптимизации формы корпуса судна с 

целью минимизации сопротивления воды и, как следствие, экономии топлива.

Методы Оптимизации

1. Модельные Испытания

На протяжении истории судостроения модельные испытания в модельном 

бассейне являлись стандартным методом оценки гидродинамических 

характеристик корпуса судна. Эти испытания позволяют пересчитать сопротивление модели на натурное судно и определить его эффективность. Несмотря на свою достоверность, этот метод требует значительных временных и финансовых затрат. К несомненным достоинствам этого метода можно отнести высокую 

достоверность результатов эксперимента и возможность проведения целого 

цикла испытаний модели судна на разных скоростях и при разных условиях 

нагрузки.

Недостатками этого метода являются высокая трудоемкость изготовления модели, ограниченная возможность внесения изменений в форму корпуса и высокая 

стоимость проведения эксперимента.

 2. CFD (Computational Fluid Dynamics)

Современные технологии предоставляют более эффективные методы оценки 

гидродинамических характеристик судна. Метод компьютерного моделирования CFD позволяет достаточно точно 

анализировать поведение судна в воде, предоставляя при этом дополнительные данные по сравнению с модельными 

испытаниями.

Достоинствами этого метода являются:

-возможность быстрой подготовки и модификации математической модели 

корпуса, что особенно важно для процесса оптимизации,

-сравнительно низкая стоимость выполнения расчетов и возможность испытания большого числа вариаций формы корпуса,

-разнообразные варианты представления результатов расчетов.

К недостаткам можно отнести высокую чувствительность к некачественно 

сглаженной поверхности и неправильно заданной расчетной сетке.

Процесс оптимизации.

Процесс оптимизации поверхности корпуса судна начинается с анализа 

результатов обтекания корпуса. И модельные испытания и компьютерное моделирование предоставляю 

различные варианты представления результатов эксперимента. Расчеты CFD позволяют визуализировать динамическую составляющую давлений вокруг корпуса судна. Области повышенного и пониженного давления создаются потоком воды, что формирует волновую картину.

Давайте рассмотрим пример модификации носовой части для оптимизации формы корпуса судна. Изменение формы носовой ватерлинии, шпангоутов и профиля форштевня позволяет контролировать формирование носовой волны и минимизировать ее влияние на общее сопротивление судна. При правильно подобранной форме обводов носовой части также можно добиться эффекта гашения носовой волны системой волн, образующихся в районе притыкания ватерлинии к полоскому борту.

Это также позволяет снизить волновое сопротивление. Аналогичные правила можно применить и при оптимизации кормовой 

оконечности. Визуализация зон динамической составляющей давления, волновой картины вокруг судна и линий тока дает хорошее представление о 

процессе обтекания корпуса. Визуализация попутного потока в диске винта одновременно позволяет 

контролировать условия работы винта при изменениях формы корпуса. 

На сопротивление корпуса судна существенное влияние оказывает форма носовой оконечности. Значительный выигрыш в минимизации сопротивления можно достичь путем 

изменения носовых ватерлиний и формы носового бульба.

Это позволяет управлять формированием носовой волны и минимизировать ее 

воздействие на сопротивление судна. Оптимизация кормовой оконечности 

так-же важна. Кроме снижения сопротивления необходимо учитывать и условия работы винта.

Резюмируя вышесказанное можно заключить, что исследование сопротивления корпуса в опытовом бассейне может быть 

использовано только для окончательного подтверждения результатов проектирования судовой поверхности. Оптимизация в опытовом бассейне возможна только в случае неограниченного 

бюджета и солидного запаса времени на проведение оптимизации. Наиболее эффективным для оптимизации является использование методов CFD. Кроме ставшим уже привычным для большинства проектных компаний расчетом буксировочного сопротивления судна на тихой воде, методики CFD позволяют моделировать практически любые ситуации, такие как:

- моделирование судна с работающим винтом,

- моделирование поведения судна на волне,

- моделирование поведения судна на циркуляции,

- моделирование работы успокоителей качки,

- исследование взаимодействия корпуса судна с винтом.

При этом наиболее естественная стратегия проектирования и оптимизации 

выглядит так:

- создание математической модели поверхности,

- прогон модели в CFD,

- модификация формы корпуса на основе результатов прогона,

- повторные прогоны и модификации на каждом витке проектной спирали

 процесса проектирования,

- подтверждение CFD расчетов прогоном модели в бассейне.

В процессе проектирования в модель поверхности корпуса может изменяться. Важно чтоб все изменения поверхности проверялись расчетом CFD. Такой подход позволит контролировать гидродинамические характеристики 

корпуса на всех стадиях проекта.

Процесс оптимизации корпуса судна обычно занимает некоторое время поэтому 

очень важно совместить его с процессом проектирования судна. Как правило изменения формы корпуса при оптимизации не такие значительные и не могут сильно влиять на другие проектные характеристики. После окончания оптимизации поверхность может быть обновлена для всех 

других участников процесса проектирования.

Прогон модели в бассейне как правило выбирает заказчик судна. Это происходит на одной из финальных стадий проекта и является 

подтверждением характеристик корпуса, полученных при помощи CFD расчетов.

Экономический Эффект

Оптимизация формы корпуса и улучшение условий работы винта позволяет 

снизить сопротивление судна на 10-15%, если на начальных стадиях проектирования использовался близкий прототип. Если исходный прототип был не такой удачный можно выиграть до 25%. Многие заказчики новых рыболовных судов требуют включить CFD оптимизацию в пакет проектирования. На практике, суда, оптимизированные при помощи CFD, демонстрируют хорошие гидродинамические характеристики. Это дает судовладельцам значительную экономию топлива и снижает вредные 

выбросы в окружающую среду.

Заключение

Гидродинамическая оптимизация является неотъемлемой частью разработки 

современных рыболовных судов. Благодаря современным методам анализа и высокоточным технологиям, разработчики могут создавать суда, обладающие оптимальными гидродинамическими характеристиками, что способствует экономии топлива и уменьшению негативного воздействия на 

окружающую среду.