Проектирование поверхности корпуса судна — сложный и многогранный процесс, сочетающий в себе техническую точность, инженерную интуицию и художественное чутьё. С момента появления первых судов человечество опробовало множество различных методов формирования их обводов — от простейших каркасных конструкций до изысканных методов построения сечений по шаблонам и лекалам. С развитием технологий эволюционировали и подходы к моделированию поверхности: от ручного построения и визуального сглаживания линий — к математическим методам, реализуемым с помощью современных САПР. С момента появления первых компьютеров не прекращаются попытки автоматизировать этот трудоёмкий и творческий процесс. Методы ручного сглаживания, которые когда-то требовали высочайшей квалификации и развитого пространственного воображения, сегодня практически ушли в прошлое. Теперь крайне редко можно встретить специалиста, способного вручную построить гармоничные и технически правильные обводы корпуса. Однако, если внимательно посмотреть на архивные чертежи, можно заметить, что линии старых сечений нередко выглядят не просто эстетичнее, но и точнее с инженерной точки зрения, чем многие современные цифровые модели. Это говорит о высоком уровне мастерства проектировщиков прошлого. Компьютерные методы проектирования я уже подробно описывал в статье «Технология проектирования судовой поверхности. Инструментарий.» . Здесь же остановлюсь на более общем обзоре методов моделирования поверхности и их особенностей. От сечений к математическим поверхностям В подавляющем большинстве современных программ моделирования поверхности судна не используется ручное построение сечений как основной способ задания геометрии. Вместо этого применяется тот или иной вид математически определяемой поверхности: сплайны, NURBS, конические и рациональные кривые, поверхности на основе полиномиальных базисов, сетки Кунса, B-сплайны и другие. Такие поверхности обладают рядом значимых преимуществ: Гладкость и непрерывность: Математическая природа поверхности обеспечивает высокую степень гладкости, что особенно важно для гидродинамических расчетов и в производстве. Точность и контроль: Поверхность в любой точке определяется однозначно, что исключает неоднозначности при интерпретации формы. Совместимость с другими модулями и программами: Математическое описание легко экспортируется в инженерные и производственные системы (например, для гидродинамического моделирования, расчетов гидростатики и подготовки рабочей документации). Автоматизация рутинных задач: Программа способна автоматически выстраивать сечения, проекции, и даже проверять на наличие визуальных и топологических дефектов. Однако эти преимущества оборачиваются и новыми ограничениями: каждая математическая модель накладывает свои условия на форму поверхности. Появляется риск, что, стремясь к гладкости или к удобной параметризации, мы теряем характерные особенности проектируемой геометрии. Кроме того, все неточности и дефекты, допущенные на этапе моделирования, будут воспроизводиться при передаче модели в другие системы — будь то расчёты, визуализация или производство. Поэтому контроль качества поверхности остается важнейшей задачей при проектировании корпуса. Хорошая практика — использовать программное обеспечение, в котором реализованы развитые инструменты проверки качества поверхности: визуальный контроль кривизны, карта радиусов, контроль касательных и нормалей, локальные отклонения от теоретической поверхности и т.д. Поверхность как трансформация прототипа Какие бы программы ни использовались, сам процесс моделирования поверхности почти всегда сводится к созданию или модификации поверхности на основе прототипа. В качестве такового может выступать: теоретический чертеж в виде ортогональных проекций и сечений; поверхность предыдущего проекта с аналогичными характеристиками; проекции чертежа общего расположения судна; облако точек или скан физической модели; даже ментальный образ — если речь идет о концептуальном этапе. На практике, особенно при работе в компании с устоявшимся парком программного обеспечения, чаще всего в распоряжении проектировщика имеются модель предыдущего корпуса и виды чертежа общего расположения. Исходя из этих данных, может быть создана новая поверхность или адаптирована существующая. Кроме того, часто задаются числовые характеристики будущего судна: водоизмещение, расчетное положение центра тяжести, требования к остойчивости и другим гидростатическим параметрам. Цикличность и итеративность моделирования Как и весь процесс проектирования, моделирование поверхности носит итеративный характер. Созданная модель неоднократно передается в различные отделы для  расчётов, компоновки, технологической подготовки — и возвращается с замечаниями и пожеланиями. Поверхность при этом постепенно уточняется, сглаживается, адаптируется под новые требования. Вариант, при котором поверхность создается один раз и не изменяется вплоть до выпуска рабочей документации, на практике встречается крайне редко. Подобная ситуация, скорее всего, указывает либо на чрезмерно простой проект, либо на недостаточную гибкость выбранного программного обеспечения. Таким образом, время, затрачиваемое на моделирование поверхности, оказывается напрямую связано с архитектурой используемого ПО. Если система не позволяет быстро и качественно вносить изменения, проект неизбежно тормозится. Это должно стать сигналом для руководства к пересмотру используемых инструментов. Роль раннего моделирования Один из ключевых выводов, к которому приводит многолетняя практика — необходимо иметь модель поверхности на как можно более раннем этапе проекта. Это даёт сразу несколько преимуществ: Позволяет заранее выявить геометрические конфликты и ограничения. Облегчает взаимодействие между подразделениями. Позволяет выполнять предварительные расчёты с высокой достоверностью. И, наконец, производит благоприятное впечатление на заказчика. Действительно, качественно сделанная поверхность, даже на предварительном этапе, всегда выглядит профессионально и придает уверенности в том, что весь проект находится в надёжных руках.

Процесс проектирования или сглаживания судовой поверхности начинается с подготовки исходных данных. Безусловно исходные данные могут быть абсолютно разными и зависят от того, что мы собираемся делать с поверхностью - проектировать корпус с нуля или сглаживать существующую поверхность. Исходную информацию можно разделить на два типа: Каркасная модель Каркасная модель , модель содержащая в себе двухмерные или трехмерные линии, предварительно определяющие форму корпуса. К таким линиям можно отнести и виды с чертежа общего расположения - вид сбоку, планы палуб, поперечные сечения и т.д. Иногда в качестве первого приближения могут использоваться сканы чертежей в растровых форматах или даже данные плазовой книги. В конечном итоге это тоже можно преобразовать в линии и использовать как каркасную модель. То же относится и к результатам трехмерного сканирования существующего корпуса. Понятно, что с точками скана работать довольно сложно, но если преобразовать их в сечения корпуса, то можно также использовать их как каркасную модель. По опыту восстановления поверхности на основе различных исходных данных, наиболее удобной для работы представляется каркасная модель на основе линий. Растровая информация со сканов чертежей содержит в себе искажения и ошибки сканирования, которые все равно нужно как-то компенсировать. Поэтому наиболее удачное решение заключается в предварительной подготовке линий на основе растровой подложки. Тем самым можно компенсировать ошибки сканирования и исключить недостоверные результаты до того, как начат процесс восстановления поверхности. Для этого можно использовать практически любую чертежную программу с возможностью импорта отсканированной информации. Процесс восстановления такой поверхности можно представить в двух возможных вариантах: - линии, соответствующие сечениям поверхности, расположить в соответствующих основных плоскостях. Ватерлинии располагаются на основной плоскости, батоксы в диаметральной плоскости и, соответствующие шпангоуты, в плоскостях носового и кормового перпендикуляров. В этом случае при восстановлении поверхности необходимо использовать то же самое расположение сечений, что и на прототипе. Этот метод более трудоемкий и требует определенных навыков. - каждую линию сечения поверхности расположить в своей плоскости. При этом мы получаем подобие трехмерной каркасной модели, при восстановлении поверхности которой можно использовать автоматические алгоритмы приближения. Поверхностная модель Поверхностная модель , модель, содержащая не только линии, но и участки поверхностей.  Такую модель можно использовать как для начальных стадий проектирования, так и для окончательного сглаживания корпуса. Преимущества такой модели заключаются в возможности получить любую точку на поверхности и любое ее сечение. В этом случае можно использовать автоматические алгоритмы приближения, если они имеются в используемом программном обеспечении. Это существенно упрощает задачу. Такую модель можно также использовать как близкий прототип для нового проекта. При этом надо понимать, что такая модель является только прототипом, а не руководством к действию. Разбиение судовой поверхности на участки очень сильно зависит о используемого программного обеспечения. Копировать имеющиеся участки и редактировать их не всегда самая лучшая идея. Как правила участки поверхности модели прототипа не имеют топологической связи друг с другом и при редактировании общей границы двух участков необходимо вручную отслеживать возникновение зазоров между ними.   Подготовка исходных данных является важной составляющей процесса моделирования судовой поверхности и может существенно влиять на окончательный результат процесса моделирования.

Думаю, я не очень ошибаюсь, если скажу, что 95% программ для моделирования и сглаживания поверхности корпуса используют математику NURBS. Если 20 лет назад результатом был просто теоретический чертеж, представленный в виде линий и использовавшийся в основном для гидростатических расчетов, то теперь полученная поверхность передается во множество различных программ расчета и моделирования. Важно помнить, что поверхность передается с математической точностью, не меняя формы. Таким образом, созданная вами модель будет использоваться во многих различных программах расчета и системах геометрического моделирования. Результат всех этих программ будет напрямую зависеть от качества поступающей модели поверхности. Модель поверхности для большинства этих программ используется как есть, без дополнительных проверок. Поэтому все проблемы и подводные камни, возникающие при моделировании поверхности, невозможно обнаружить сразу. Все это накладывает дополнительную ответственность на проектировщика, занимающегося моделированием поверхности корпуса. Уже много лет я занимаюсь окончательным сглаживанием поверхностей корпуса судна в Shape Maker. В качестве исходной информации для сглаживания часто необходимо использовать предварительные модели поверхности, сделанные в других системах, иногда даже совсем не адаптированные для моделирования поверхности корпуса. И каждый раз я вижу одни и те же повторяющиеся ошибки, сделанные во время моделирования. Надеюсь, что эта статья хотя бы частично позволит избежать этих ошибок в будущем или позволит пользователям более осознанно выбирать инструмент для сглаживания корпуса. Разбиение поверхности на участки. Прежде чем приступить к моделированию поверхности, спланируйте, как ваша поверхность будет разделена на отдельные участки. Рациональное разделение на участки позволяет добиться лучшего качества сглаженной поверхности и минимальных трудозатрат. При непродуманном разбиении поверхности количество участков поверхности и соответственно сложность работы растет как снежный ком. Иногда на моделях можно увидеть панику и отчаяние дизайнера, который закрывает одну дыру на поверхности другой, и тем самым, создает себе еще больше проблем, а срок сдачи работ неумолимо приближается. Пример неудачного разбиения на участки поверхности.Добиться плавного сопряжения участков поверхности очень сложно. Носовая и кормовая границы поверхности расположены близко друг к другу. Это не позволяет добиться необходимой плавности. Проблема стыковки двух участков поверхности по общей границе. Очень важно правильно задать форму общей граничной кривой. Пример неудачного разбиения кормовой оконечности на участки поверхности. Ватерлинии сжаты по продольной оси. Насколько я понимаю, изначально идея заключалась в том, чтобы сделать гладкую кормовую поверхность. Пример неудачной общей точки для трех участков поверхности. Видны поперечные сломы на сечениях. Чтобы избежать локальной негладкости поверхностей, необходимо, чтобы все граничные линии в этой точке принадлежали одной плоскости. Проблемы сглаживания поверхностей, состоящих из большого количества участков. Помимо сглаживания фактических участков поверхности, необходимо выполнить плавное сопряжение с соседними участками. Если граничные линии не определены точно, это может создать проблему для всей поверхности. Я предпочитаю избегать разделения поверхности на участки, где это возможно, и моделировать криволинейные поверхности одним участком. Это дает более качественную и гладкую поверхность. Трудности с контролем формы поверхности на участке, близком к плоскому борту. Такое разделение поверхности на участки практически не дает возможности построить на этом участке ровную поверхность. Об этом можно судить по форме сечений вблизи плоского борта. Неправильная или неконтролируемая параметризация участков поверхности. Особенности поверхностей NURBS заключаются в том, что обычно используются треугольные или четырехугольные участки поверхностей. Поверхность представлена линиями равного параметра в двух направлениях в пространстве параметров. Правильное распределение параметрических кривых и, соответственно, контрольных точек поверхности очень важно для правильного сглаживания поверхностей. В некоторых случаях получить правильный результат просто невозможно. Поэтому правильное разбиение поверхности на участки - путь к успешному сглаживанию. Неравномерная параметризация поверхности приводит к затруднениям при ее сглаживании. Пример успешной и неудачной параметризации поверхностей, заданных на одних и тех же граничных линиях. Левая часть поверхности представляет собой цилиндрическую поверхность.Правая часть поверхности, скорее всего, будет напоминать форму паруса, и никакая модификация контрольных точек этой поверхности не позволяет сделать ее цилиндрической. Другой практический пример неправильной параметризации площади поверхности уже был описан здесь ранее. Выделение плоских участков боковой и нижней и линейчатой поверхностей отдельными участками поверхности. Конечно, гораздо проще описать всю поверхность корпуса используя один участок полверхности, но недостатки такой модели перевешивают ее достоинства: линии плоского борта и плоского днища хорошо контролируют форму поверхности а их отсутствие приводит к следующим результатам: Вид сверху. Плоское днище не выделено в отдельный участок поверхности. Изображение ватерлинии сжато по длине. Вид на плоский борт. Изображение сжато по длине. Форма линии плоского борта явно не та, которую хотел бы видеть констрктор. Ошибки сглаживания корпуса, вероятно, связаны с недостатком инструментов контроля качества поверхности. Ватерлинии в корме. Изображение сжато по продольной оси. Вряд ли конструктор хотел иметь такие волны на ватерлиниях. Ватерлинии в кормовой части скега. Изображение сжато по продольной оси. Видно, что граница двух участков поверхности слишком широкая в области плоского дна или задний участок поверхности должен быть более широким. Неправильная форма линии границ двух участков поверхности. Видны сломы на границе соединения участков поверхности. Подобрать правильную форму пространственной линии стыковки двух участков поверхности - задача не из легких. Распределение линий перегиба на поверхности показывает нежелательные перегибы, возникающие на участках поверхности корпуса, и недостаточно гладкое соединение участков поверхности. Чрезмерное количество контрольных точек участков поверхности. Поверхность, показанная выше, не закрашена. Визуализируются только контрольные точки участка поверхности. Трудно понять, чем руководствовался автор этой модели. Возможно, просто он не понимает математическую природу поверхностей NURBS или программу, которая использовалась для моделирования. Визуально поверхность получилась гладкой, но использовать ее в дальнейшем для расчетов или моделирования очень сложно. Начиная с того, что даже визуализация такой поверхности (350x350 контрольных точек) требует много времени, не говоря уже о других, более сложных вычислениях.Например, расчет развертки одного листа на этой поверхности занимает более одного часа. Щели между участками поверхностей. Это самая частая проблема. Щели образуются, если геометрия границ соседних участков поверхности не совпадает. Щелей можно избежать только в том случае, если граничные кривые геометрически идентичны. Во всех остальных случаях размеры щелей можно только уменьшить, но не избежать полностью. Любые методы приближения граничных кривых друг к другу, такие как интерполяция или аппроксимация, увеличивают количество контрольных точек и, соответственно, количество контрольных точек на смежных поверхностях. Это, в свою очередь, увеличивает сложность изменения формы участков поверхности. Щели между участками поверхности - одна из самых больших проблем при переносе модели поверхности в другие системы. Зазоры создают проблемы для многих программ проектирования и программ для моделирования конструкций корпуса. Более того, не все эти программы определяют допустимые зазоры между поверхностями еще на этапе импорта. Часто проблемы, вызванные наличием зазоров, возникают позже. Например, в расчетах CFD судно тонет, когда вода поступает через открытые отверстия в модели поверхности корпуса. Получение неправильной геометрии деталей корпуса и разверток обшивки в этом случае наиболее опасно, так как это может быть обнаружено только на этапе производства. Исправление этих ошибок потребует дополнительных финансовых и временных затрат при строительстве корпуса. Также отмечу, что некоторые системы моделирования корпуса крайне требовательны к зазорам между поверхностями, поэтому Aveva проверяет зазоры с точностью до микрон. Как я уже сказал выше, отсутствие зазоров гарантируется только геометрически идентичными границами соседних участков, но на таких кривых можно иметь разное количество контрольных точек. Это позволяет избежать промежутков между областями поверхности и, в то же время, имеет разное количество контрольных точек. Таким образом, участки поверхностей будут иметь меньше точек, а сложные разделы будут иметь больше, но без зазоров на общих границах. Некоторые программы моделирования поверхностей делают это автоматически. Проверьте наличие такой функции в программе, которую вы используете. Еще больше возможностей появляется, если программа поддерживает T-соединение. Т - соединение позволяет стыковать на одной границе разное количество участков поверхности с разных сторон, при этом не возникает зазоров между поверхностями. Модель поверхности корпуса - одна из важнейших составляющих проекта в целом, с которой работает множество разных отделов. Результат работы большого коллектива может напрямую зависеть от того, насколько качественно выполнены работы по выравниванию поверхности. Конечно, нет ничего идеального, и на каждой поверхности можно найти определенные ошибки. Задача конструктора - попытаться минимизировать их, чтобы получить лучший результат.

Проектирование и сглаживание судовой поверхности — одна из ключевых задач в общем процессе проектирования и постройки судна. В разных проектных организациях этот процесс может быть организован по-разному: где-то ему уделяют больше внимания, где-то меньше. Общаясь с представителями различных компаний, всегда интересно узнать, как у них происходит создание поверхностей, ведь этот процесс во многом отражает качество выполнения проекта в целом. Тема проектирования судовых поверхностей обширна, включает множество аспектов и вызывает большой интерес. Поэтому уместить всё в одной статье непросто — скорее всего, это будет целая серия публикаций. В этой статье мы рассмотрим инструменты, используемые для проектирования судовых поверхностей. В отличие от машиностроения, автомобилестроения и авиастроения, судостроение не столь широко распространено. В других отраслях применяются схожие методы проектирования, и тысячи предприятий используют одни и те же программные решения. Разработчики ПО ориентируются именно на эти отрасли, так как спрос на программные продукты там гораздо выше. Это, в свою очередь, позволяет инвестировать значительные средства в их развитие. Большинство алгоритмов твердотельного моделирования были разработаны еще 30 лет назад, и сегодня процесс создания таких программ в основном сводится к улучшению интерфейсов и повышению удобства работы. Кроме того, средства обмена данными между различными программами хорошо отработаны, что делает процесс передачи информации между ними простым и надежным. Особенности программного обеспечения в судостроении В судостроении ситуация с программным обеспечением складывается иначе. Потребность в специализированных программах значительно ниже, чем в машиностроении, а сами судостроительные программы имеют ряд уникальных особенностей. Во-первых, в судостроении широко используются сложные поверхности произвольной формы  и различные геометрические построения на их основе, которые не встречаются в других отраслях. Во-вторых, корпусные конструкции содержат множество деталей, примыкающих к наружной криволинейной поверхности. Это создает сложности для большинства стандартных программ 3D-моделирования, ориентированных на машиностроение. В-третьих, судостроение требует выполнения специфических расчетов, которые не используются в других сферах. Выбор программного обеспечения для судостроения — сложный процесс. Нужно подбирать оптимальную комбинацию решений и решать вопросы совместимости данных. Даже крупные пакеты, такие как Aveva  или Cadmatic , не охватывают всех потребностей судостроителей, а некоторые их модули не всегда соответствуют ожиданиям пользователей. В итоге производительность проектной компании напрямую зависит от того, какие программы она использует и насколько эффективно сочетает их возможности. Методы моделирования судовой поверхности Существует множество программ, позволяющих моделировать поверхность корпуса судна. Среди них есть как специализированные решения, созданные исключительно для этих задач, так и универсальные программы, имеющие инструменты для работы с судовыми поверхностями. Некоторые из них входят в состав крупных программных комплексов и стоят дорого, другие же являются условно-бесплатными или вовсе бесплатными. Все программы для моделирования судовой поверхности можно условно разделить на два типа: 1. Моделирование на основе сетки взаимопересекающихся линий В этом методе поверхность корпуса формируется на основе сети продольных и поперечных сечений. Итоговая поверхность представляет собой набор участков, границы которых совпадают с линиями сетки. Этот подход позволяет создавать сложные формы, но при этом требует значительных трудозатрат. Поверхность корпуса получается как интерполяция между ближайшими ограничивающими кривыми, а в качестве интерполяционного алгоритма обычно используется участок поверхности Безье . Его форма может определяться с учетом касательных вдоль границ участка, но при этом не всегда удается обеспечить плавное сопряжение между соседними участками. Классический пример программ этого типа — NAPA . Несмотря на трудоемкость, этот метод до сих пор популярен благодаря своей интуитивности. Полное сглаживание корпуса для производства занимает 3–4 недели на оконечность . При этом корпус можно разделить на части и работать над ним параллельно. Однако проектирование формы корпуса с нуля в таком формате неудобно, а внесение локальных изменений может быть затруднено. 2. Моделирование на основе участков поверхностей Здесь корпус создается из относительно крупных участков поверхности, форма которых задается не только ограничивающими кривыми и касательными, но и контрольными точками внутри самих участков. Такой подход дает больше степеней свободы для формирования формы корпуса. Часто такой метод называют граничным представлением (B-Rep) , так как базовая модель строится на основе ключевых конструктивных кривых. Главное преимущество — высокая плавность поверхностей в пределах крупных участков. Однако процесс внесения изменений может быть менее наглядным. Например, управление контрольным многогранником , вершины которого не лежат непосредственно на поверхности, требует другого подхода, чем редактирование ватерлинии  или шпангоута . Несмотря на недостатки, этот метод считается наиболее удобным и распространенным. Сегодня большинство программ для моделирования поверхностей используют именно его, однако их эффективность напрямую зависит от набора инструментов для редактирования поверхности. Чем удобнее эти инструменты, тем выше скорость и качество работы. Критерии выбора программного обеспечения Программа для моделирования судовой поверхности должна обладать развитыми средствами контроля качества  и возможностью локального редактирования  корпуса. Желательно также наличие контроля версий , который позволяет отслеживать все изменения на протяжении работы над проектом. Кроме того, важна корректная передача данных  в другие программы. Любые искажения геометрии при экспорте и импорте недопустимы. Некоторые компании используют разные программы для моделирования поверхности на разных стадиях проекта. Например, на ранних этапах удобно быстро создать предварительный прототип , но не всегда такую модель можно использовать в рабочем проектировании. Из-за различий в форматах моделей передача данных между программами может оказаться не такой простой, как кажется. Использование нескольких программ также может привести к ошибкам сглаживания , которые на стадии рабочего проектирования сложно обнаружить. Мне не раз доводилось видеть, как временная модель по ошибке попадала в производство, а проблема выявлялась уже на построенном судне. Вывод Правильный выбор инструментов для проектирования и сглаживания судовой поверхности играет ключевую роль в технологичности, качестве и сроках  выполнения проекта. Оптимальное сочетание программ, удобный инструментарий и надежная передача данных — залог успешного проектирования судна. Не пропустите продолжение в следующей статье - “Подготовка исходной информации.”

Это лишь малая толика сглаженных и спроектированных мной корпусов. Наиболее часто возникающий вопрос у многих корабелов, при виде хорошо сделанной модели поверхности корпуса судна - «В какой программе сделана эта модель?». Безусловно, использование продвинутых программ, хорошо адаптированных к проектированию судовой поверхности, имеет большое значение. При этом не нужно забывать, что программа — это только инструмент и конечный результат зависит от того, насколько хорошо чувствует поверхность конструктор. Никому не приходит в голову спросить у модельера - «На какой швейной машинке сшито это платье?». «Я хочу изучить Вашу программу и проектировать поверхности как Вы» - часто пишут мне студенты, начинающие изучать проектирование судов. Как объяснить, что знать, как пользоваться программой, это еще не проектирование? Как можно этому научить? Модель до сглаживания. ' Что такое проектирование поверхности судна? Искусство или ремесло? Нужно ли вообще говорить об этом? Я специально не употребляю термин моделирование. Моделирование — это скорее механическое повторение известной идеи, чем создание чего-то нового. Не такая уж и сложная задача сделать поверхность корпуса с заданными характеристиками водоизмещения и центра величины. Сделать же эту поверхность технологичной, эстетичной и максимально сглаженной - совершенно другая задача. Для меня это как искусство. Хороший конструктор, как и скульптор, чувствует форму поверхности. Это с виду простая, но очень увлекательная задача - убрать все лишнее и добавить необходимое. Для того чтоб этому научится, нужно сделать немало корпусов. Только после этого поймешь, как пластика материала корпуса соотносится с пластикой используемых математических поверхностей. Поверхность корпуса — это как монументальная скульптура. Все дефекты поверхности видны на реальном корпусе. Всегда, когда я это вижу, становится немного обидно за того, кто сглаживал такую поверхность. И такое произведение искусства, переходя из порта в порт демонстрирует не только флаг владельца, но и качество и уровень проектирования. Один мой знакомый как-то сказал: «Зачем стараться сглаживать корпус, если технология сборки на верфи не позволяет получить качественный корпус?». Я считаю, что при любой технологии сборки корпуса, качественная поверхность корпуса только улучшит конечный результат. Ошибки в поверхности, суммирующиеся с ошибками сборки корпуса, портят его еще больше. Если сделать работу быстро, все забудут это на следующий день. Если сделать её плохо, об этом будут помнить очень долго. Эти слова целиком и полностью относятся к судовой поверхности. Поэтому, когда я работаю с поверхностью, независимо от того баржа это или суперяхта, я стараюсь использовать все средства программы для контроля формы корпуса, в том числе и линии равных углов наклона поверхности. Этот метод применяется при контроле сглаживания корпусов автомобилей. Возможно это слишком, но, если учесть, что корпус сглаживается за неделю, а строится несколько месяцев, я считаю такие затраты оправданными. На такую поверхность лучше ложатся листы обшивки, облегчаются процессы гибки и сварки, уменьшаются зазоры между деталями и термические деформации от сварки. От этого выигрывает как судоверфь, так и судовладелец. Такие корпуса меньше подвержены коррозии и имеют меньше внутренних напряжений. Гидродинамическое качество такого корпуса также получается выше. Визуализация линий равных углов наклонов к поверхности. Наиболее интересная задача при проектировании поверхности корпуса это гидродинамическая оптимизация. Благодаря методам CFD появилась возможность качественной визуализации обтекания корпуса судна. Теперь, глядя на волновую поверхность, распределения динамических давлений и линии тока, можно понять, что необходимо улучшить в поверхности, для снижения сопротивления и улучшения работы пропульсивного комплекса. Это итерационный процесс. Исследуя результаты предварительного расчета, я изменяю форму корпуса так, чтоб снизить сопротивление и запускаю процесс снова. Безусловно в этом есть много своих тонкостей. Чтоб этим заниматься, нужен опыт. Особо отмечу, что для более точных расчетов, модель, которая используется для расчетов, должна быть очень качественно сглажена. Только в этом случае результаты расчетов будут соответствовать реальному процессу обтекания корпуса. Так что и здесь, без достаточного опыта трудно получить хороший результат. Визуализация гидродинамических расчетов. Резюмируя все вышесказанное, хочу подчеркнуть, что как бы ни рекламировались всевозможные программы автоматического сглаживания и гидродинамической оптимизации, практически приемлемый результат можно получить только в процессе классического проектирования поверхности судна. Качество проектирования напрямую зависит не только от того, какую программу использует конструктор, но и от постоянной, ежедневной практики проектирования судовых поверхностей. Поэтому всем студентам, начинающим освоение данного ремесла, могу посоветовать постоянно практиковаться в проектировании поверхностей и, желательно это делать на реальных проектах. Даже если Вы получили качественное обучение в работе с той или иной программой, Вы не научитесь проектированию поверхности. Для этого необходимо постоянно практиковать свои навыки и занимаясь этим постоянно. Я делаю в среднем 8-10 поверхностей корпусов судов в месяц на различных стадиях проектирования и оптимизации. Поэтому могу сказать для руководителей некоторых компаний, что идея купить ту или иную программу это не решение проблемы сглаживания поверхности, а только начало её решения. Для правильного использования программ нужен еще и специалист, постоянно практикующийся в этом деле. Качественную и оптимальную поверхность корпуса можно получить только работая с профессионалом в этой области. Работая с различными компаниями, я нахожу оптимальные варианты сотрудничества, вне зависимости от типов и размеров проектируемых судов. При этом я гарантирую не только качество, но и конфиденциальность передаваемой нам информации. Я приглашаю к сотрудничеству не только новых партнеров, но и студентов, которые реально хотят освоить это довольно сложное искусство.

Разбиение на участки поверхности Сказать, что правильное разбиение судовой поверхности на участки важно это почти ничего не сказать. Корректное разбиение поверхности — это ключ к построению корректной модели и порой это далеко не тривиальная задача. К счастью, на судах одного типа можно использовать удачное разбиение поверхности с предыдущего проекта. В этой статье я постараюсь представить типовые разбиения корпуса на поверхности для различных типов судов. Основные правила и требования при разбиении поверхности: - всегда задавайте конструктивные линии как линии границ участков поверхности, даже если эти линии не являются линиями слома. Это позволит более точно определять форму конструктивных линий. Так линии плоского борта и плоского днища должны быть заданы. - старайтесь описывать криволинейные поверхности одним участком. Гладкая стыковка двух криволинейных участков поверхности возможна, но выглядит не всегда эстетично. В пределах же одного участка поверхности выполняется условие гладкости не только касательных к линиям, но и кривизны. - выделяйте район цилиндрической вставки, если это возможно. Поверхность скулового радиуса должна быть представлена как отдельная поверхность.  - выделяйте плоские участки корпуса в отдельные поверхности везде, где это возможно. Для того, чтоб сделать плоский участок на поверхности достаточно выставить район контрольных точек в требуемой плоскости. При таком подходе очень сложно контролировать форму линии перехода из плоскости в криволинейную поверхность. Гораздо проще если, например, линия плоского борта является границей плоской и криволинейной поверхности. Рис. 1 Пример разбиения носовой оконечности корпуса судна на криволинейную поверхность корпуса, плоскую поверхность днища и цилиндрическую поверхность борта. - избегайте острых углов и ромбовидных участков поверхности. Расположение точек контрольного многогранника такой поверхности не даст получить качественную форму. - старайтесь где это возможно задавать детали выступающих частей как отдельные поверхности и пересекать их с поверхностью корпуса. При этом избегайте возможной сингулярности, как например пересечение двух сливающихся поверхностей. Линия пересечения таких поверхностей может иметь непредсказуемую форму. - несмотря на то, что треугольные участки поверхности поддерживаются большинством систем, при проектировании лучше обходится плоскими треугольными участками, участками цилиндрической или конической формы, или участками с минимальной кривизной поверхности. - при создании модели необходимо учитывать и возможность последующих изменений или использования в последующих проектах. Модель, которую можно легко изменить может сохранить много времени при изменениях. Разбиение на участки поверхности корпуса двухвинтового судна с кормовым скегом. Пример типового разбиения одновинтового судна с кормовым скегом и цилиндрической вставкой представлено на Рис. 2. Носовая оконечность представлена тремя участками поверхности. Непосредственно криволинейная поверхность корпуса обрамлена треугольным участком плоского днища и четырехугольным цилиндрическим участком поверхности плоского борта, переходящим в вертикальную часть бульварка выше линии слома. Это довольно типовая схема разбиение носовой оконечности. В этом случае наличие или отсутствие бульбового носа у судна не играет существенной роли. В любом случае криволинейная поверхность будет только одна. Цилиндрическая вставка также представлена тремя участками поверхности, которые являются как бы продолжением поверхностей носовой оконечности. Поверхности борта и днища соответственно плоские, а поверхность скулы цилиндрическая. Поверхности кормовой оконечности можно разделить на две группы: поверхности основного корпуса и поверхности скега. Разбиение на участки поверхности корпуса рыболовного судна. Рыболовные суда имеют некоторые особенности, которые необходимо учитывать при разбиении на участки поверхности. Килеватость и строительный дифферент несколько усложняют задание поверхности. Рассмотрим два наиболее широко используемых варианта разбиения. Один из ни представлен на Рис. 3. В Этом варианте носовая поверхность задается без выделения участка плоско - килеватого днища. Это представляет собой дополнительные сложности при необходимости задания плоского участка поверхности в составе носовой оконечности. Преимуществом такого варианта разбиения является цельный участок кормовой поверхности, с сохранение непрерывной гладкости поверхности. Рис. 3 Пример разбиения поверхности рыболовного судна на участки без выделения участка плоского днища в носовой оконечности. Другой вариант разбиения поверхности показан на Рис.4  Плоско-килеватое днище в носовой оконечности выделено в отдельный участок поверхности. Это позволяет легко управлять формой линии плоского днища. При этом кормовую поверхность мы вынуждены разбивать на два участка. По линии стыковки кормовых участков поверхности будет обеспечена только гладкость по первой производной. Ввиду того, что кормовая поверхность имеет довольно простую форму, я предпочитаю использовать этот вариант разбиения. Отметим что на Рис. 30 выделен участок цилиндрической вставки поверхности. Это иногда полезно делать, если в дальнейшем планируется удлинять корпус в районе цилиндрической вставки. Рис. 4 Пример разбиения поверхности с учетом плоско-килеватого днища в носовой оконечности. Особенностью этого способа задания носовой оконечности является то, что линия плоско - килеватого днища в носу должна лежать в плоскости общего положения образованной линией наклона киля и линией наклона днища на мидель – шпангоуте - Рис. 5. Линия днища является и нижней граничной линией криволинейной носовой поверхности. Поэтому удобно создать плоскость днища как шаблон и проецировать линию днища на эту плоскость после редактирования. Такая плоскость также особенно удобна для контроля входа шпангоутов в плоское днище. Рис. 5 Пример линии плоско килеватого днища (показана красным цветом) и плоскости общего положения. Важно отметить и другую особенность при проектировании кормовой оконечности рыболовного судна. Основная поверхность кормы перепускается за диаметральную плоскость в точке притыкания кормового скега и, в последствии, обрезается поверхностной линией, проходящей в диаметральной плоскости. То есть кормовая часть диаметрального батокса после скега является поверхностной линией на основной поверхности кормы. Линия профиля скега в этом случае является навешенной на линию слома скега. Одновременно линия слома служи границей основной поверхности кормы. Для удобства моделирования скега верхняя точка профиля скега должна быть приходить строго в узел на линии слома. Это даст предсказуемое количество контрольных точек на участке поверхности скега и облегчит процесс придания скегу требуемой формы. Рис. 6 Участок кормовой поверхности, перепущенный за диаметральную плоскость. Обрезка поверхностей и линий отключена. Разбиение кормовой оконечности одновинтового судна со скегом интегрированным в корпус. Кормовая оконечность одновинтового судна со скегом плавно переходящим в корпус является одной из наиболее сложных задач для сглаживания поверхности. На Рис. 7 показан пример такой оконечности. Ввиду ограничения на число граничных линий участка поверхности, в этом случае линия плоского днища и линия профиля скега формируются как одна граничная линия участка основной поверхности кормы. Кормовая граничная линия представляет собой псевдо-линию транца, линия плоского борта и линия скулы задаются как для обычного участка кормовой поверхности. В последствии поверхность обрезается поверхностью транца. При моделировании такой оконечности рекомендую начинать с минимального количества контрольных точек и увеличивать их число по мере формирования поверхности. Количество контрольных точек для описания подобной поверхности, в конечном итоге, может быть достаточно большим. Рис. 7 Пример одновинтового судна со скегом плавно переходящим в корпус. Основная поверхность показана без обрезки. Рис. 8 Окончательны вариант кормы с обрезкой поверхностью транца. Разбиение кормовой оконечности двухвинтового судна с двумя скегами. Кормовая оконечность двухвинтового судна с двумя скегами тоже довольно распространена в судостроении. В этом случае основная кормовая поверхность делается отдельно от скега и, в последствии, пересекается с поверхностью скега. Это дает довольно большую свободу по изменению положения скега при проектировании судна. При использовании этой модели важно хорошо выглаживать поверхности в месте пересечения скега и основного корпуса. В противном случае линия пересечения может выглядеть недостаточно плавной.  Рис. 9 Пример кормовой оконечности судна с двумя скегами. Я хотел бы еще раз подчеркнуть важность правильного деления поверхностей на сечения и надеюсь, что эта статья поможет вам на начальных этапах изучения программы.

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.

Это первая проба по созданию видео-обучения с комментариями и звуком. В этом видео показано как подготовить исходные данные из двумерного теоретичекого чертежа, загрузить их в Shape Maker и создать первую версию формы корпуса на основе двумерных проекций. Я не уверен, что это верный способ обучения Shape Maker. Пожалуйста, посмотрите видео и оставьте свое мнение. Для меня это очень важно. Видео довольно длинное, но не прерывается на назойливую рекламу каждые 5 минут. Пожалуйста, используйте полноэкранный режим. В этом случае картинка будет намного лучше.

Некоторое время назад я получил заказ на моделирование и сглаживание поверхности катамарана-электрохода (Looker 1100H). Обычно мы ограничиваемся моделированием и сглаживанием только поверхности корпуса, но на этом проекте моделировать нужно было все. Корпуса катамарана и его надстройка были практически целиком криволинейными. В качестве исходных данных для моделирования этого корпуса была использована трехмерная модель, созданная дизайнером. Как это часто бывает, модель поверхности от дизайнера была выполнена для визуального представления будущего судна и не учитывала многих технологических деталей. Довольно много времени пришлось потратить на согласование изменений модели с дизайнером с технологической точки зрения. Компания - проектант хотела сохранить преемственность стиля и формы судна со своими предыдущими проектами, поэтому упрощение модели для улучшения технологии постройки не допускались. Поверхность катамарана скорее напоминала корпус, выполненный из пластика, а не из алюминия. Обилие мелких деталей и наличие сильно искривленных поверхностей, равно как и поверхностей с двойной кривизной существенно усложняли задачу. Сложная геометрия в районе пересечения корпусов катамарана с надстройкой моста также требовала нестандартных решений. Порой сложнее было представить себе, как это должно выглядеть, чем непосредственно сам процесс моделирования. В итоге удалось даже использовать разворачиваемые поверхности на «ногах» между корпусами и соединительным мостом. Так как судно изначально проектировалось для использования электродвижения с источником питания от аккумуляторов, важно было постараться сохранить низкое сопротивление корпуса. Для этого были проведены CFD расчеты сопротивления воды движению судна. Дизайнер экстерьера и интерьеров судна Алексей Лукьянов совладелец компании "Паритет-Центр", которая и строила судно. Компания Си Тех, выполнявшая проектирование и всю рабочую документацию на постройку судна, выпускала все развертки листов на основе сглаженной поверхности и без припусков. Приятно, что верфь - строитель отметила высокое качество разверток листов обшивки. Листы обшивки сложной формы устанавливались на корпус практически без зазоров и с высокой точностью. Благодаря качеству сглаженной поверхности и нашему программному обеспечению по выпуску листов наружной обшивки, потребовалось минимальное количество грунтовки корпуса перед окраской. Фото из фейсбука Алексея Лукьянова и Компании Си Тех.

Тратится слишком много времени на гибку листов обшивки и при этом все равно надо давать припуска по кромкам, чтоб избежать зазоров при сборке? При сборке листов обшивки получаются слишком большие сварные швы, чтоб заполнить зазоры между набором и обшивкой? Приходится разбивать листы обшивки на более мелкие, с большим количеством дополнительных сварных швов? Избыточная деформация секций при сборке, увеличение сроков выполнения сборочных и сварочных работ? Корпус нового судна выглядит ребристым как дохлая лошадь? В чем проблема? Устаревшее оборудование и неквалифицированная рабочая сила? Почему на одних корпусах сборка идет быстро, качественно, в срок и судоверфь зарабатывает прибыль, а на других теряет и деньги, и репутацию? Просто посмотри более внимательно на модель поверхности корпуса судна, которая использовалась при подготовке рабочей документации. Уверен, что ответ на все эти вопросы будет найден здесь. Вот только делать это надо до начала этапа резки металла. Идеальным решением было бы проверить сглаженную поверхность до начала выпуска рабочей документации. Только факты. Увеличение зазоров сверх допуска на 2-3мм способствует: -увеличению брака сварных швов на 10-15%, -увеличению деформации конструкции от сварки в 1.5-2 раза, -увеличению расхода сварочных материалов на 10-15%, -увеличению затрат времени на изготовление сварных конструкций в 2-3 раза. И это только проблемы, которые возникают на стадии сборки конструкции. В этот список можно добавить: - затраты времени на гибку листов, которые невозможно согнуть, - затраты на исправление ошибок при моделировании конструкций на базе некачественной формы поверхности, - внутренние напряжения в конструкции, которые аукнутся на стадии эксплуатации судна, - повышенная коррозия корпуса. Почему на вроде бы красивую поверхность корпуса не ложится набор? Анализируя большое количество поверхностей, которые нам присылают, я пришел к выводу, что большинство из них не проходили проверку на качество сглаживания и технологичность. Верфь надеется, что получит от проектанта качественную рабочую документацию, сделанную на качественной поверхности корпуса судна, а проектант, как правило, не учитывает технологические особенности производства. Вся проверка поверхности часто сводится к демонстрации рендеринга. Отдельная большая проблема заключается в отсутствии надежных средств контроля в используемом программном обеспечении. Гнутые корпусные конструкции, листы или профили, будут гнуться по естественным кривым, близким к форме гибкой рейки. Плоские листовые детали вырезаются на станке и кривая, по которой деталь примыкает к обшивке, берется с математической модели судовой поверхности. Проблемы возникают, если модель поверхности сделана некачественно - лишние перегибы, уплощения и т.д. Это может быть незаметно на чертеже, но в масштабе корпуса судна могут возникать зазоры до 10 мм и больше. Всех этих проблем можно избежать. Если вы сомневаетесь в качестве сглаживания вашей поверхности - пришлите мне модель для экспертной оценки, и я сделаю её абсолютно бесплатно. Судостроение, как бизнес, сопряжено с большим числом различных финансово - экономических рисков. Излишних рисков и затрат на сборку и сварку корпуса судна можно легко избежать, используя качественную модель судовой поверхности.

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.

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.