Меня часто спрашивают о математической модели поверхности и я всё больше убеждаюсь в том, что большая часть проектных компаний не уделяет этому должного внимания. В этой статье я постарался сформулировать основные стадии работы с математической моделью судовой поверхности. Надеюсь, что эта статья также будет полезна и студентам судостроительных вузов.
1. Начальная стадия - форма корпуса определяется исходя из эскизов общего расположения ( профиль, план, модель - шпангоут) и близкого прототипа поверхности, если таковой существует. Самый быстрый способ получения поверхности на этой стадии это трансформация прототипа под чертеж общего расположения. Новая поверхность может быть получена буквально за час, при этом теоретический чертеж будет выглядеть достаточно профессионально. Отметим, что ваш инструмент формирования поверхности должен поддерживать такие функции трансформации. Я уже писал об этом здесь. Теоретический чертеж и модель поверхности на этой стадии используется для выпуска предварительных корпусных чертежей, расчетов гидростатики, уточнения чертежей общего расположения, выпуска презентационной модели для демонстрации внешнего вида судна заказчику.
2. Стадия эскизного проектирования. После того, как все тендеры на проектирование выиграны и подписан контракт, возникает необходимость более детального уточнения поверхности корпуса на соответствие с контрактной спецификацией судна. Как правило очень многое может изменится - габаритные размеры, водоизмещение, положение центра тяжести и т. д. На этой стадии к математической модели поверхности предъявляются более высокие требования по качеству сглаживания, отсутствии щелей между участками поверхности и более точная проработка деталей поверхности. Если вы использовали какой либо примитивный аппарат моделирования судовой поверхности на первой стадии, вам потребуется конвертировать предварительную модель в другую программу моделирования поверхности, позволяющую моделировать корпус более детально. Этого можно избежать, если использовать тоже программное обеспечение..
3. Стадия гидродинамической оптимизации поверхности корпуса судна. В настоящее время все больше компаний использует СFD для гидродинамической оптимизации корпуса судна. Это позволяет снизить сопротивление воды движению судна, повысить его экономичность и понизить вредные выбросы в окружающую среду.Суть процесса оптимизации заключается в последовательной локальной модификации поверхности на основе результатов прогона модели в CFD. CFD расчеты предъявляют особые требования к представлению модели поверхности и её качеству. Для расчета может быть использована только модель представленная в виде твердого тела.Представление в виде поверхностей не может быть использовано в силу специфики данного расчета. Используется разбиение поверхности на сетки. Причем образованное твердое тело не должно иметь щелей. Иначе, в процессе расчета, корпус наполнится водой и утонет. В связи с этим точность преобразования модели поверхности для гидродинамических расчетов должна быть очень высокой.
Хочу также подчеркнуть второе необходимое условие, для получения более точных результатов CFD расчетов - поверхность корпуса должна быть хорошо сглажена. Очень часто плохо сглаженная поверхность приводит к тому, что конструктор теряет доверие к расчету из-за слишком больших ошибок в результатах. Хотя, на самом деле, проблема не в самом расчете, а в исходной поверхности.
Расчет CFD проводится в несколько итераций. Как правило, чтоб понять процесс влияния формы корпуса на сопротивление, необходимо выполнить 5-6 прогонов модели. При этом важно хранить все варианты формы корпуса и иметь хороший аппарат для их сравнения. Это существенно упрощает анализ влияния формы корпуса на сопротивление воды движению судна. Процесс оптимизации формы корпуса идет в параллель с остальными проектными работами, поэтому при внесении изменений в форму корпуса необходимо учитывать соблюдение других проектных параметров, таких как центр величины, остойчивость и соблюдение ограничений по внутренним объемам. Больше информации по гидродинамической оптимизации можно найти здесь.
4. Окончательное сглаживание поверхности корпуса для производства. После того, как большая часть проектных работ закончена, выпускается окончательная сглаженная поверхность корпуса судна. При сглаживании необходимо учитывать технологические особенность корпуса, возможности судоверфи и многие другие детали. На этой стадии моделируется не только корпус, но и все внутренние криволинейные поверхности корпуса, надстроек, рубки и мачт. Часто сталкиваюсь с тем, что при моделировании поверхностей одновременно используются разные программные продукты. В результате модель не является целостной. При таком подходе очень сложно проследить изменения формы поверхностей корпуса в результате ревизий. На этом этапе, когда корпус судна воплощается в металле, это особенно важно. Об оптимальной структуре математической модели проекта я уже писал здесь. Важность сохранения единой целостной модели корпуса так-же актуальна и на следующей стадии жизненного цикла поверхности.
5. Стадия архивации модели. Несмотря на то, что судно уже построено и проект завершен, математическая модель поверхности должна сохранятся на случай модернизации судна и для использования в качестве прототипа для новых проектов. Наличие библиотеки поверхностей корпуса судна существенно экономит время и деньги на начальных стадиях проектирования нового судна. Результаты предыдущих проектных работ являются серьезным подспорьем при проектировании новых судов. По сути модель поверхности, вместе со всеми расчетами является существенной долей интеллектуальной собственности компании.
Резюмируя всё вышесказанное я хотел бы обратить внимание всех, участвующих в процессе проектирования, на важность правильной организации работ и информационных потоков при моделировании судовой поверхности.