Сообщений в теме: 121

[rabah]

Здравствуйте уважаемые читатели форума „Катера и Яхты”,

Предлагаю вашему вниманию новую тему: «Расчеты сопротивления воды и буксировочной мощности моторной яхты проекта B20-R»

 

Содержание

1. Введение
   1.1 Цель настоящей публикаци
   1.2 Использованные методы по существующим программам и библиография
2. Уменьшение количества поверхностей входящих в состав модели наружной обшивки корпуса проекта B20-R
3. Характеристики использованной модели проекта B20-R
4. Особенности расчета в программе Orca3D
5. Особенности расчета в программе NavCad
6. Особенности расчета в программе FreeShip+
7. Особенности расчета в программе Maxsurf Resistance
8. Сравнительные диаграммы по результатам расчета мощности
9. Выводы

 

 

1. Введение
   1.1 Цель настоящей публикации

Показать гидродинамические расчеты для моторной водоизмещающей яхты, выполненные различными методами на четырех разных программах, и сравнить полученные результаты с данными по ходовым испытаниям построенного судна.

Генеральный Директор компании SeaTech в Нижнем Новгороде- инж. Петр Ежов, предоставил мне для этой цели компьютерную модель яхты - проекта B20-R, в виде файла программы Rhinoceros, несколько фотографий со спуска судна на воду, расчет сопротивления воды и мощности пропульсивной установки, выполненный компанией SeaTech, и данные, полученные в результате ходовых испытаний судна. Не каждая компания делает такой благородный жест. Обычно такие результаты не доходят до широких масс специалистов по гидродинамике малых моторных катеров.

Такие статистические данные являются бесценным пособием для молодых специалистов, занимающихся маломерными моторными судами.
 

1. 2  Использованные методы по существующим программам и библиография
   1. 2.1  Методы для водоизмещающих судов по программе Maxsurf Resistance v.21.14 от 2018г.

• Метод Holtrop – по 5 публикациям:

Holtrop, J., “A Statistical Analysis of Performance Test Results”
International Shipbuilding Progress, February 1977.
Holtrop, J., “Statistical Data for the Extrapolation of Model Performance Tests”
Netherlands Ship Model Basin (NSMB) Paper 588, May 1978.
Holtrop, J. and G.J. Mennen., “A Statistical Power Prediction Method”
NSMB Paper 603, October 1978.
Holtrop, J. and G.J. Mennen., “An Approximate Power Prediction Method”
NSMB Paper 689, July 1982.
Holtrop J., “A Statistical Re-analysis of Resistance and Propulsion Data”
International Shipbuilding Progress, Volume 31, No. 363, November 1984.

• Метод Compton – по публикации Compton, R., “Resistance of a Systematic Series of Semi-Planing Transom-Stern Hulls” Marine Technology, v23, No.4, October 1986.
• Метод Fung - по публикации Fung, S.C. and Leibman, L., “Revised Speed-Dependent Powering Predictions for HighSpeed Transom Stern Hull Forms”FAST '95: Third International Conference on Fast Sea Transportation, LubeckTravemunde, September 1995
• Метод Van Oortmerssen - по публикациям:

Oortmerssen, G., “A Power Prediction Method and its Application to Small Ships”International Shipbuilding Progress, vol 18 , No.207 1971
Helmore, P.J., “Update on van Oortmerssen's resistance prediction”RINA - International Maritime Conference, Pacific 2008, pp. 437 – 448

 

1. 2.2   Методы для водоизмещающих судов по программе HydroComp NavCad 2005 /2011Edition/

• Метод CRTS - по публикации Fung, S., "Resistance and Powering Prediction for Transom Stern Hull Forms During Early Stage Ship Design", SNAME Transactions, Vol. 99, 1991.
• Метод HSTS - по публикации Fung, S.C. and Leibman, L., "Revised Speed-Dependent Powering Predictions for High-Speed Transom Stern Hull Forms", Proceedings Third International Conference of Fast Sea Transportation (FAST '95), Germany, 1995.
• Метод Holtrop 1984 – по публикациям:

Holtrop, J., "A Statistical Resistance Prediction Method With a Speed Dependent Form Factor", Proceedings SMSSH '88, Varna, Oct 1988.
Holtrop, J., "A Statistical Re-Analysis of Resistance and Propulsion Data", International Shipbuilding Progress, Vol. 31, No. 363 Nov 1984.
Holtrop, J. and Mennen, G.G.J., "An Approximate Power Prediction Method", International Shipbuilding Progress, Vol. 29, No. 335, Jul 1982.

• Метод De Groot RB - по публикации DeGroot, D., "Resistance and Propulsion of Motor-Boats", International Shipbuilding Progress, Vol. 2, No. 6, 1955.

1.2.3    Метод Holtrop 1984 /mod/ - по программе  Orca3D  v.1.4 WIP от 2018, plug-in для Rhinoceros v.5
Метод создан по публикациям:

Holtrop, J., "A Statistical Re-Analysis of Resistance and Propulsion Data",     International Shipbuilding Progress, Vol. 31, No. 363, November 1984.

Holtrop, J. and Mennen, G.G.J., "An Approximate Power Prediction Method", International Shipbuilding Progress, Vol. 29, No. 335, July 1982.

ITTC, Proceedings of the 15th ITTC, The Hague, The Netherlands, published by the Netherlands Ship Model Basin, Wageningen, 1978.

1. 2.4  Методы по программе FreeShip+, v.3.50 от 2015г. – автор инж. Виктор Тимошенко

• Метод Holtrop 1988(84) - по публикации Holtrop от 1984г. и Holtrop, Mennen от 1982г.
• Метод Fung-Leibman 1995 –по публикации Fung, Leibman от 1995г. для круглоскулых военных кораблей
• Метод DeGroot – по публикации от 1951г. для быстроходных круглоскулых катеров
• Метод по данным модельного эксперимента – ОСТ 5.0181-75 - для любых водоизмещающих судов.
  
  2.  Уменьшение количества поверхностей, входящих в состав модели наружной обшивки корпуса проекта B20-R

 

2.1  Чтобы получить расчетную модель для программы Orca3D достаточно убрать надстройку из файла Rhinoceros. В результате  получим модель корпуса судна от днища до главной палубы и от транца в корме до бульбообразного носа (см. приложенный файл со шпангоутами, батоксами и ватерлиниями).

 

2.2  Более сложным является получение модели без отклонений от действительных обводов судна, подходящей для работы с программой Maxsurf Resistance.

Проблема возникает из-за того что все срезанные поверхности в Rhino файле при импорте из Rhino в Maxsurf Modeler посредством файл формата IGES, или при прямом использовании Rhino файла в Maxsurf Modeler, получаются несрезанными.

 Здесь на помощь пришла программа Delftship Pro v.4.03. Из существующего файла Rhino убрал всё лишнее, оставил только поверхности одного борта (днище, борт и брызгоотбойник) и посредством IGES файла импортировал в Delftship Pro.Сразу видна неприятная проблема – несрезанные поверхности днища и борта идут параллельно друг-другу как «днище-бортовые», а несрезанная поверхность брызгоотбойника пересекает их. Они не принимаются окончательно срезанными ни в Delftship Pro, ни в Maxsurf Modeler.

Проблему можно решить следующим образом:

Получить следы контурных линий, используя функцию пересечения поверхностей в Delftship Pro.

Убрать лишние части днища и борта под и над этими линиями (для борта убрать нижнюю часть, а для днища убрать верхнюю часть).

Создать новую поверхность брызгоотбойника по контрольным точкам полученных контурных линий днища и борта, а старую несрезанную - убрать.

Имея контуры днища, брызгоотбойника и борта, осталось только измерить в Rhino файле высоту транца от ОЛ и создать точку в ДП на уровне высоты транца в программе Delftship Pro. Теперь уже легко сделать ломаную поверхность транца, который в верхней части доходит до горизонтальной кормовой платформы.

Все «точки утечки», показанные зеленым цветом в программе Delftship Pro  (при выборе показаны желтым цветом в программе FreeShip+), находятся выше уровня ватерлинии, определенной при полном водоизмещении (осадка кормой Taft = 1,25м). Их можно увидеть в приложенном файле.

Четырех полученных поверхностей достаточно для выполнения расчетов по гидродинамике судна. Импортируем поверхности днища, борта, транца и брызгоотбойника при помощи IGES файл из Delftship Pro в Maxsurf Modeler.

На полученной модели определяем носовой и кормовой перпендикуляр. Носовой перпендикуляр (FP) проходит через точку пересечения КВЛ (с учетом дифферента) с линией форштевня в ДП на уровни Tforw = 1,1м от ОЛ. Кормовой перпендикуляр (AP) совпадает с кормовой кромки горизонтальной платформы в ДП, отстоящей на 0,25м от транца.

Фиксируем среднюю осадку 1,19м (ровный киль) для полного водоизмещения 54,8т и определяем количество шпангоутов, батоксов и ватерлиний.

Сохраняем файл модели в программе Maxsurf Modeler.

Открываем эту модель в Maxsurf Stability и делаем гидростатический расчет посадки с дифферентом 0,15м и водоизмещением 54,8т.

Сохраняем результаты расчета с дифферентом, чтобы потом использовать их для уточнения входных параметров в программе Maxsurf Resistance.

 

2.3  В программе FreeShip+, v.3.50, есть возможность непосредственного открытия модели, а также, отдельного внесения необходимых входных параметров.

Если модель уже сделана в Delftship Pro, сохраняем ее в версии 2.6 программы Delftship Pro и напрямую открываем в FreeShip+, потом сохраняем в последней версии 3.50 и выполняем расчеты сопротивления и мощности.

Метод Holtrop программы FreeShip+ допускает введение входных данных о КВЛ с дифферентом.

В остальных же методах программа требует ввод параметров с посадкой судна на ровный киль, со средней осадкой 1,19м, при сохранении величины водоизмещения 54,8т.

 

2.4  В программе NavCad 2005 нет возможности внести готовую модель, чтобы затем выполнить расчеты сопротивления и мощности, как это было возможно в программах Orca3D, Maxsurf Resistance и FreeShip+.

Такая возможность есть только в новой версии NavCad Premium 2018, с использованием модели, сделанной в программе Rhinoceros.

Поэтому, для работы будем использовать входные данные программы Maxsurf Resistance, которые совпадают с требуемыми входными данными для программы NavCad 2005 (за небольшим исключением).

Также как и в Maxsurf Resistance, в NavCad 2005 есть возможность вносить данные по КВЛ с дифферентом.

 

Продолжение следует!

 

NA Razmik Baharyan

Rousse-Bulgaria

Прикрепленные изображения

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

Сообщение отредактировал rabah: 27 апреля 2019 - 06:15

[rabah]

Расчеты сопротивления воды и буксировочной мощности моторной яхты проекта B20-R
/ продолжение /

 

 

3. Характеристики использованной модели проекта B20-R

Полное водоизмещение судна в пресной воде, согласно данным ходовых испытаний  54,8т при осадках Tforw=1,1м и Taft=1,25м.

Координаты ЦТ:

Xg = 8,59м (от КП, находящегося на 0,25м в корму от транца);

Yg = 0,00м;

Zg = 2,24м от ОЛ.

Эксплуатационная скорость – 9 узлов, максимальная – 12 узлов.

Класс судна по РРР: М-СПмс3,5 (лед 20) А;

Класс судна по ГИМС МЧС – Кс III, район плавания-III категория сложности.

Максимальная мощность двигателей =2 x 155 hp = 2 x 114 kW.

Остальные данные можно увидеть в приложенных к публикации расчетах гидростатики, выполненных на программах Orca3D и Maxsurf Stability (см. приложенные файлы). Расчеты выполнены с учетом дифферента 0,15м (0,432град) при D=54,8т. На программе Maxsurf Stability выполнен расчет и на ровный киль.  

Так же для учета влияния встречного ветра, скорость которого для класса М-СПмс принимается равной 13,4 м/с (26,05узлов), необходимо знать поперечную и продольную площади парусности.

Поперечная площадь парусности легко рассчитывается по обычному способу вручную.

Продольная площадь парусности рассчитана при помощи программы Delftship Pro v.4.03 (см. приложенный файл силуэта яхты).

Расчетная высота волны для этого класса – h_3%=3,5м.

Если внимательно посмотреть на транец модели в файле Rhino, увидим, что ломанный в плане транец представляет собой комбинацию из трех плоских поверхностей: одна центральная - в ДП, и две боковые - по бортам.

К сожалению, при использовании модели в Maxsurf Resistance, программа воспринимает в качестве транца только центральную поверхность, в результате чего получаются ошибочные величины для Transom area (погруженная площадь транца) и TransomWLbeam (ширина транца по ватерлинии) в входных параметрах для дальнейших расчетов.

Пришлось их рассчитать вручную. Получилось:

- Погруженная в воду площадь транца = 1,14м²

- Ширина ватерлинии у транца при полном водоизмещении = 4,26м

Еще одной из величин, которую проще рассчитать вручную, является погружение транца: 1,25 – 0,96 = 0,29м,

где 1,25м = Taft,

0,96м – расстояние от нижней точки транца в ДП до ОЛ.

К счастью программа Maxsurf Resistance позволяет дополнительно исправить или добавить некоторые величины и после этого возобновляет окончательные расчеты по исправленным данным.

Площадь поперечного сечения бульба на носовом перпендикуляре, координата по оси Z  ЦТ сечения бульба от ОЛ и половина угла входа ВЛ в носу заимствуем от полученных при расчете сопротивления и буксировочной мощности по методу Holtrop на программе Orca3D.

Килеватость днища на 50% LWL при дифференте принята в Maxsurf Resistance одинаковая с величиной при ВЛ без дифферента = 6,7град.

 

Продолжение следует!

 

NA Razmik Baharyan

Rousse-Bulgaria

Прикрепленные файлы

•  B20-R- Design Hydrostatics Report-Orca3D-09032019.pdf   378,2К   258 Количество загрузок:
•  B20-R - Design Specified Condition, trim =0,15m and 0m-09032019.pdf   104К   210 Количество загрузок:

[rabah]

Расчеты сопротивления воды и буксировочной мощности моторной яхты проекта B20-R
/ продолжение /

 

 

4. Особенности расчета в программе Orca3D

В программе Orca3D представлен единственный метод для расчета сопротивления и буксировочной мощности водоизмещающих судов - Holtrop.

К полученной величине сопротивления голого корпуса добавляется 10% резерв.

Чтобы получить максимальную пропульсивную мощность, указанную в спецификациях и сертификатах фирм-производителей двигателей, по которой в дальнейшем проектант выбирает двигатели, надо принять общий пропульсивный к.п.д. от 50 до 70%. Для проекта B20-R этот к.п.д. принят 50%.

Программа делает расчет сопротивления и мощности, только если предварительно рассчитана посадка судна по КВЛ.Если нормали к некоторым поверхностям направлены во внутрь судна, программа сама их корректирует.

Потом используется готовая модель в Rhino. 

Программа сама проверяет модель и фиксирует все параметры, необходимые для расчета.

Окончательные результаты расчета и графики сохраняются в общем pdf файле.

См. окончательный файл во вложении.

 

5. Особенности расчета в программе NavCad

Как уже говорилось ранее в программе NavCad 2005,в отличие от остальных трех программ, нет возможности использовать готовую модель.

Все входные данные необходимо вносить вручную.

Почти все данные можно взаимствовать из таблицы входных данных программы Maxsurf Resistance.

Прежде всего, надо выбрать метрическую систему.

Затем, в первом диалоговом окне заполняются кинематическая вязкость и плотность воды в указанном, по заданию, районе плавания – пресная вода.

После этого заполняется диапазон скоростей – от 5 до 16 узлов.

Во втором диалоговом окне вносятся данные по корпусу, и программа сразу рассчитывает соотношения между ними.

Дифферент учитывается заполнением следующих величин: максимальная расчетная осадка 1,25м и дифферент в корме 0,15м.

В третьем диалоговом окне ничего не заполняем, так как нет информации о площадях выступающих частей.

В четвертом диалоговом окне необходимо внести данные по ветро-волновому режиму указанного района плавания:

- Расчетная скорость ветра;

- Угол направления курса судна по отношению к направлению ветра и волнения. Принят угол = 0 град – самый тяжелый случай (встречное волнение и ветер);

- Площади и ЦТ поперечной и продольной парусности;

- тип судна – passenger;

- Высота волны 3% обеспеченности = 3,5м;

- Максимальный период волнения = 7,7 сек;

- Расчётная глубина воды = 10м.

В пятом (последнем) диалоговом окне заполняется процент для резерва, прибавляемый к величине сопротивления голого корпуса. Для стадии финального проектирования  в программе NavCad 2005 он принимается 4%.

После заполнения входных данных, нажимаем кнопку “Bare-hull” в левой части экрана с надписью “vesseldrag” и выбираем “calc”(расчет).

Потом уже можно нажимать на кнопку для выбора методов расчета.

При нажатии на эту кнопку появляется диалоговое окно. В нем синим цветом, показаны четыре рекомендованных метода - Holtrop 1984, CRTS, HSTS и DeGroot RB, как самые подходящие для применения.

Если цвет розовой – метод считается хорошим, если черный – метод считается  приемлемым с оговоркой, а если красный – метод неприемлем.

Сохранение результатов лучше сделать в формате Word и потом превратить docx файл в pdf.

Графики сопротивления и буксировочной мощности изначально сохраняются в bmp файл, после чего их надо перевести в pdf.

После окончания расчетов по всем методам в программе NavCad все полученные pdf файлы объединяются в один общий.

См. окончательный файл во вложении.

 

Продолжение следует!

 

NA Razmik Baharyan

Rousse-Bulgaria

Прикрепленные файлы

•  B20-R-Holtrop Analysis Report, D=54,85t, trim 0,432deg-Orca3D-09032019.pdf   234,05К   243 Количество загрузок:
•  B20-R-Resistance by NavCad-30042019.pdf   1023,43К   260 Количество загрузок:

[rabah]

Расчеты сопротивления воды и буксировочной мощности моторной яхты проекта B20-R
/ продолжение /

 

 

 

6. Особенности расчета в программе FreeShip+

Входные данные вписываются в двух диалоговых окнах.

В первом вносятся основные данные:

а) Общие данные: минимальная, расчетная и максимальная скорость; плотность и вязкость пресной воды.

б) Данные по корпусу - возможны два варианта:

- Взять данные текущего проекта;

- Вписать данные вручную.

В отличие от программы NavCad,здесь требуется не максимальная расчетная осадка, а только осадка на миделе 1,19м.

Дифферент надо указывать только при расчете по методу Holtrop, но с отрицательным знаком, так как в программе принят положительный дифферент в нос.

Погруженная площадь транца – как в Maxsurf Resistance.

Абсолютная шероховатость –150 мкм для нового судна

Коэффициент формы кормы равен (-24) при метода Holtrop (из help-a)

Количество гребных винтов равно двум с исключением метода De Groot ; диаметр гребного винта равен 0,56м из данных по ходовым испытаниям, с исключением метода De Groot, при котором надо принять только 1 винт диамметром 0,812m.

Ставим отметку «Взять ½ угла носового заострения из модели».

в) Дополнительные данные во втором диалоговом окне:

- Время пребывания в воде 0 мес. для нового корпуса

- Высота волны 3% обеспеченности – 3,5м

- Курсовой угол набегания волн и ветра – 0 град

- Скорость ветра – 13,4м/с

- Высота надводного борта – 1,525м

- Плотность воздуха – 1,226 кг/м³

- Средняя высота надстройки над КВЛ – 4,22м

- Расчетная глубина воды – 10м

- Погруженная площадь мидель-шпангоута – 4,57м² (по данным модели)

- Тип судна – 1 (пассажирское)

- Для выступающих частей – нет информации по площадям

 

Потом в главном окне нажимаем кнопку «Начать расчет». После расчета автоматически заполняется величина для коэффициента, учитывающего эксплуатационные условия, как следует:

- для метода Holtrop Ке = 1,32

- для метода DeGroot Ке = 1,44

- для метода Fung-Leibman Ке = 1,762

- для метода модельного эксперимента  Ке = 1,44

Этот коэффициент показывает насколько надо увеличить величину буксировочной мощности, чтобы учесть эксплуатационные условия .

Чтобы учесть данные Ке в расчете, надо сделать отметку (поставить галочку).

После чего получаются результаты:

- Графики кривых сопротивления и мощности в основном окне

- Результаты расчета и входные данные в третьем диалоговом окне

Входные данные и результаты расчета сохраняются в одном pdf файле, а графики – в другом pdf файле. Два файла объединяем в один для каждого из четырех методов. Наконец все файлы по четырем методам объединяем в один и сохраняем.

См. окончательный файл во вложении.

 

 

7. Особенности расчета в программе Maxsurf Resistance

После ввода входных данных, в программах Orca3D, NavCad и FreeShip+ расчет окончательных результатов проводится одновременно для определения сопротивления голого корпуса и буксировочной мощности, а также максимального сопротивления и максимальной пропульсивной мощности.

Но в программе Maxsurf Resistance расчеты проводятся отдельно:

- один раз – без учета встречного ветра – для определения сопротивления голого корпуса на тихой воде и буксировочной мощности (пропульсивный к.п.д. 100%);

- второй раз – с учетом скорости встречного ветра и поперечной площади парусности при пропульсивном к.п.д 50%–для определения максимальной величины сопротивления и максимальной пропульсивной мощности.

К скорости встречного ветра и поперечной площади парусности, оговоренным в п.3 данной статьи, добавим коэффициент воздушного сопротивления, который в мануале программы варьирует от 0,8 до 1,2. Принимаем 0,8 для пассажирских судов, согласно «Проектирование морских судов»- Ногид, 1976, стр.91.

По результатам расчета созданы два отдельных pdf файлы, которые можете посмотреть во вложении.

 При вводе входных данных за ширину надо принять максимальную ширину по ВЛ, а за осадку надо принять максимальную расчетную осадку на КП равную 1,25м, как в программе NavCad. Дополнительно требуется и осадка на НП равная 1,10м, чтобы была полная информация о дифференте.

В программе NavCad вводиться величина LCB [м] от НП, или от КП, но в программе Maxsurf Resistance надо вписать LCG [м] от миделя (середина длины Lpp).

Величины для транца и бульба совпадают в обеих программах –NavCad и Maxsurf Resistance.

В Maxsurf Resistance есть и новая величина – килеватость днища на 50% LWL = 6,7 град.

Коэффициент корреляции для методов Van Oortmerssen и Compton принят по формулировке 19^той конференций Опытовых бассейнов; для метода Fung он имеет фиксированную величину и равен 0,0005, а для метода Holtrop– согласно расчету по методу Holtrop.

 

Продолжение следует!

 

NA Razmik Baharyan

Rousse-Bulgaria

Прикрепленные файлы

•  B20-R-Resistance by FreeShip+,12032019.pdf   828,2К   235 Количество загрузок:
•  B20-R-Resistance Results,D=54,85t, Tmax=1,25m,trim=0,15m-efficiency100%-16042019.pdf   865,1К   199 Количество загрузок:
•  B20-R-Resistance Results,D=54,85t, Tmax=1,25m,trim=0,15m,efficiency 50%-16042019.pdf   1017,48К   179 Количество загрузок:

[rabah]

Расчеты сопротивления воды и буксировочной мощности моторной яхты проекта B20-R
/ продолжение /

 

 

 

8. Сравнительные диаграммы по результатам расчета мощности

При помощи программы Advanced Grapher v.2.2 построены три сравнительные диаграммы  /см. добавленные файлы/:

-  Сравнительная диаграмма для результатов расчета буксировочной мощности по методу Holtrop;

-  Сравнительная диаграмма для результатов расчета буксировочной мощности по другим методам;

-  Сравнительная диаграмма для результатов расчета максимальной пропульсивной мощности.

Для сравнения в диаграмме по методу Holtrop показана кривая буксировочной мощности по результатам расчета B20-R-020-030 «Расчет пропульсивных характеристик судна» выполненного компанией SeaTech, а также кривая буксировочной мощности, полученная в результате ходовых испытаний судна проекта B-20R, проведенных компанией SeaTech в июне 2018г.
В диаграмме по другим методам, для сравнения, приведена кривая буксировочной мощности по данным ходовых испытаний.

В диаграмме для максимальной пропульсивной мощности показаны все результаты по указанным методам, полученные из четырех программ. Для сравнения показана и кривая максимальной мощности по расходу топлива, полученная в результате ходовых испытаний.

 

9. Выводы

Сравнивая результаты по трех диаграммам можно сделать следующиe выводы:

Расчет по Методу Holtrop на программе Orca3D полностью совпадает с данными ходовых испытаний для максимальной мощности по расходу топлива в пределах испытательного диапазона скоростей данного судна.

Данные по ходовым испытаниям для буксировочной мощности находятся очень близко к кривой буксировочной мощности по Методу Holtrop на программе Orca3D.

Если в дальнейшем проект подвергнется модернизации с необходимостью обеспечения скорости судна в 13 узлов, в этом случае необходимо будет увеличить мощность ГД до 370 кВт, а если заказчик захочет скорость не менее 16 узлов, то необходимая мощность составит 650 кВт.

В таком случае большая мощность двигателя приведет к увеличению веса пропульсивной установки, что необходимо будет компенсировать для сохранения текущего водоизмещения и осадки. Но в случае существенных изменений, необходимо повторить расчет с учетом новых параметров. К счастью, программа Orca3D действует очень быстро в руках того, кто знает как с ней работать.

 

В конце расчетов я хочу поблагодарить всем которые помогли мне их реализовать, в том числе и всем которые проектировали и построили это замечательное и красивое судно. Специальные благодарности инж. Петр Ежову за предоставленной возможности, также большое спасибо инж. Александр Обидину за оказанную  помощь во время  вычислений и за редактирование текста публикации на русском языке.

Еще раз спасибо всем!

 

 

Разработал: NA Razmik Baharyan

                      Rousse-Bulgaria

Прикрепленные файлы

•  B-20-R-Comparative diagram of outcomes calculation of the Effective Power by Holtrop Method-14032019.pdf   264,6К   214 Количество загрузок:
•  B-20-R-Comparative diagram of outcomes calculation of the Effective Power by another methods-15032019_1.pdf   322,67К   186 Количество загрузок:
•  B20-R-Comparative diagram of the outcomes calculation of the Total Propulsive Power-16032019.pdf   391,41К   201 Количество загрузок:

[GOLF_stream]

Спасибо за проделанную работу.

[Байкал 71]

Один вопрос, почему все  тексты не по русски?

[rabah]

Один вопрос, почему все  тексты не по русски?

Библиография лучше быть на английском-так есть возможность безошибочно искать научные публикации в Интернет.

Наименования и содержание текста файлов тоже -из за предстоящего перевода на английском при публикование в форуме Boat Design.net.

Судостроительная терминология взята прямо от интерфейса использованных программм, при этом есть и перевод на русский в скобках, возможно не везде. 

Была возможность все результаты полученные на программу FreeShip+ показать на русском, но для остальных трех программ это невозможно. Для того я предпочел все окончательные результаты по всем программам быть на английском. Потом легче будет при публикацию в Boat Design.net.

 

NA Razmik Baharyan

Rousse-Bulgaria

[Байкал 71]

Я не совсем разобрался где результаты ходовых, 

Все нашел

Сообщение отредактировал Байкал 71: 27 апреля 2019 - 09:33

[Байкал 71]

Нужно лишь сопротивление голого корпуса, остальное можно и приплюсовать

[rabah]

Я не совсем разобрался где результаты ходовых, 

Все нашел

Оригинальный документ по ходовым испытаниям не публиковал, только результаты в виде диаграмм в т.8 в т.н. "Сравнительные диаграммы для результатов расчета".

Для меня было очень важно получить максимальные величины  по четырех программ по всем методам учитыванием всех добавок к сопротивлению голого корпуса-главным образом для волнения, ветра, мелководия. И сравнить эти величины с данными по ходовым испытаниям полученными для максимальной мощности по расходу топлива для каждой скорости. Ведь имеем дело с уже построенном судном.

Интересное продолжение этих расчетов было бы показать новую винтовую  характеристику судна в результат изменения условий плавания и увеличения сопротивления воды и воздуха и установить потеря скорости вследствие  ограничения мощности, пользуясь так называемой "паспортной диаграммы". Ее строят после натурных ходовых испытаний или после самоходных модельных. Можно построить и для тихой воде и для волнения. Если интересно можете прочитать более подробно в книге В.Б.Липис "Гидродинамика гребного винта при качке судна"-1975г., стр.207. Также интересен и параграф 26 "Расчет и построение паспортных диаграмм" , стр.119 книги Л.Л.Хейфец "Гребные винты для катеров"-1980г.

К сожалению для катера B20-R такие паспортные диаграммы не построены.

 

NA Razmik Baharyan

Rousse-Bulgaria

[Alexandre]

Один вопрос, почему все  тексты не по русски?

Так программы то все не русские). Даже переводчик в Word с переводом на русский язык косячит. Три недели с микрософтом на эту тему дискутировал. Они потом просто перестали отвечать. А ошибка уже третий апдейт не исправляется.

[Данн]

Холтроп основан на  статистике, относящейся  к  крупным  параходам  в тысячи и десятки тысяч тонн.Вот пример автора : длина 205 метров, 37500т. Какое отношение к этим  гигантам  имеет  лёгкий  маломерный  катер.

Прикрепленные файлы

•  Нoltrop and Mennen An approximate power prediction method.pdf   762,38К   232 Количество загрузок:

[rabah]

Нужно лишь сопротивление голого корпуса, остальное можно и приплюсовать

 

Христос воскресе!

Поздравляю всех православных с праздником и желаю вам здоровье и счастья в жизни!

Привет Байкал 71, я бы согласился с тобой, но только если судно находится в начальном стадии проектирования, когда еще силуэт неуточнен и ветро-волновой режим эксплуатации еще неясен. Но когда имеем дело с расчетами уже построенного судна, тогда лучше применять вариант, указанной в программах NavCad и FreeShip+.

Между впрочем того что предлагаешь, точно так и сделано в программах Orca3D и Maxsurf Resistance, с единственной разницы что в Maxsurf Resistance есть возможность предварительно внести входные данные для расчета воздушного сопротивления.

Следующая по очереди модель  проекта AY-15, расчеты ходкости которой буду публиковать после праздника, точно соответствует того что предлагаешь. Так и сделано.

 

NA Razmik Baharyan

Rousse-Bulgaria

[Данн]

Наберите  в поисковике «метод Холтропа». Там множество  статей  и курсовиков  для студентов кораблестроителей с этим методом.  Все без исключения относятся  к крупным  транспортным  судам.Есть пример  грамотного  и профессионального применения  м. Холтропа-Меннона (смотри п13)  к  транспорту  более пяти с половиной тысяч тонн.Чтобы  вам поверили, надо взять  его за образец и следовать ему, это поможет избежать грубых ошибок с применением Холтропа к  маломерным увесилительным яхтам.Ведь сам же в теме про симуляцию волн (камни в максюрф) писал: метод Холтропа  не годится-он относится к танкерам, сухогрузам, контейнеровозам и др., а не для яхт!

Прикрепленные файлы

•  Сопротивление транспорта Измаил.pdf   587,5К   477 Количество загрузок:

[БАР]

Нашел на форуме очень полезное сообщение А.Назарова, посвященное вопросу сравнения различных методов. Можно посмотреть еще и предыдущее. Да и всю страницу темы.

На мой взгляд изложено все очень убедительно и аргументированно.

https://forum.katera...mrut/?p=1060994

[Байкал 71]

Она же в САВ

Прикрепленные изображения

• 
• 
• 

Сообщение отредактировал Байкал 71: 28 апреля 2019 - 16:01

[rabah]

Под термином яхта в программе Maxsurf Resistance понимают парусные яхты с подводным килем и для них рекомендуют принять метод серии Delft голландского испытательного бассейна в университете города Delft. И совсем правильно метод Holtrop не применяется к парусным яхтам с килем, имеющие обводы подобных серии Delft.

Но это не касает моторных катеров. Расчет компании Sea Tech для расчетов ходкости проекта B20-R сделан по методу Holtrop. А твердить что метод Holtrop применяется только для больших судах это обычная невежественность дилетантов.

Есть допустимые границы соотношения параметров судна, которые предварительно проверяются при проверке модели. Кроме того проектант не обязан всегда соблюдать эти границы-возможно и некоторое отклонение от нижней или верхней границы соотношения параметров  по его усмотрению, когда проект находится  еще в начальной стадии разработки.

Метод Holtrop относится к всяким водоизмещающим судам если соотношения входящих параметров находятся в указанных от программы границах.

 

NA Razmik Baharyan

Rousse-Bulgaria

[Данн]

Появляется диалоговое окно. В нем синим цветом, показаны четыре рекомендованных метода.Если цвет розовой – метод хороший, если черный – метод приемлемый, а если красный – метод неприемлем.

Посмотрел  инструкцию симулятора сопротивлений  максурф.Пограничные режимы холтроп: 3,9<L/B<15,   2,1<B/T<4,0. Сотношения  для катера  на самой  границе допустимых, либо вообще выходят за  рамки.Поэтому нельзя реагировать на этот «семафор» как в авто на перекрёстке.Это не руководство к действию,а только предупреждающий знак.Техник может не знать, но инженер обязан понимать, что это чисто формальный, но недостаточный признак.Об этом же предупреждал Назаров в ссылке выше.Поэтому и продолжается практика  некорректного применения  методов к плавсредствам неподходящей формы и размеров  вне рамок их  допустимого  применения. Холтроп  основан на статистической обработке результатов испытаний  моделей  крупных транспортных судов п13,15, таких как танкеры, контейнеровозы, рыболовные суда,зачем его доставать развлекательными маломерами. То что Холтроп в виде исключения применили  профи ситех их дело, но это вовсе не означает, что  всем любителям непременно надо дублировать их действия.

Сообщение отредактировал Данн: 28 апреля 2019 - 21:41

[Danev]

Другой момент стоит отметить.

Значительная часть текста автора посвящена методам корректного отображения модели в разных CAD-системах. А насколько сама геометрия модели связана с встроенным в систему модулем расчета сопротивления? Гарантирую, что статистические методы оперируют самыми общими проектными показателями и коэффициентами, для вычисления которых не нужно знать направление нормалей к поверхности корпуса. В компьютерный век работа с компьютером становится самоценной, а точность расчета уходит в допуск в 50-70% КПД винта и в назначение странных коэффициентов "Ke", которые меняют результат на десятки процентов.

Вот здесь бы заострить повествование - в анализ факторов точности расчетных моделей. Они легко проявляются малым варьированием геометрии.

[Байкал 71]

Другой момент стоит отметить.

Значительная часть текста автора посвящена методам корректного отображения модели в разных CAD-системах. А насколько сама геометрия модели связана с встроенным в систему модулем расчета сопротивления? Гарантирую, что статистические методы оперируют самыми общими проектными показателями и коэффициентами, для вычисления которых не нужно знать направление нормалей к поверхности корпуса. В компьютерный век работа с компьютером становится самоценной, а точность расчета уходит в допуск в 50-70% КПД винта и в назначение странных коэффициентов "Ke", которые меняют результат на десятки процентов.

Вот здесь бы заострить повествование - в анализ факторов точности расчетных моделей. Они легко проявляются малым варьированием геометрии.

Поддерживаю, поэтому появился пост с моделькой в САВ

[rabah]

Расчеты сопротивления воды и буксировочной мощности моторной яхты проекта AY-15

 

 

Привет уважаемые читатели форума Катера и Яхты,

Предлагаю продолжить тему расчета сопротивления и мощности маломерных моторных яхт. На этот раз рассмотрим моторную яхту проекта AY-15 компании SeaTech из Нижнем Новгороде.

Генеральный Директор компании Sea Tech-инж.Петр Ежов, предоставил мне Rhino файл модели проекта AY-15 для выполнения расчетов по сопротивлению и мощности-см.приложенный Rhino файл.

Цель настоящей публикации уже не та, что была в публикации о расчетах сопротивления по проекту B20-R.

Судно еще не построено – на данный момент находится на стадии проектирования.

Цель разработки – выбрать самый подходящий метод для расчета сопротивления именно для данного корпуса и определить самую подходящую кривую буксировочной мощности для дальнейшего выбора суммарной номинальной мощности главных двигателей.

В отличии от проекта B20-R, на этот раз остановимся только на двух программах:

• Maxsurf Resistance x64  v.20 от 2013г
• HydroComp NavCad 2005 /2011Edition/

Будем выполнять расчеты для определения сопротивления и буксировочной мощности голого корпуса на тихой воде без всяких добавок.

На этот раз не будем выполнять расчеты поперечной и продольной парусности так как все надбавки к сопротивлению будут учтены изменением общего пропульсивного кпд движительной установки со 100% на 50%.

Чтобы получить входные данные для программы Maxsurf Resistance, необходимо использовать модель проекта AY-15 выполненную в Rhino.

Необходимо решить ту же самую проблему, которая возникала в проекте B20-R – срезанные в Rhino поверхности воспринимаются в Maxsurf Modeler как несрезанные.

Инж. Александр Андреев- Директор Конструкторского бюро А4 в Иркутске, предложил простой способ-делать экспорт/импорт NURBS поверхностей не через IGES файл, а stl файлом в текстовом коде ascii Trimesh поверхностей.

Инж. А.Андреев предложил мне файл без надстройки, с фиктивной палубой. Но как сами уже знаете из публикации про расчеты проекта B20-R, программа Maxsurf Resistance делает расчеты независимо от наличия или отсутствия палубы. Скорее это было необходимо для пакета программ CFD.

Я согласился использовать модель в Иркутском варианте, так как обводы днища, брызгоотбойника, транца и бортов остались без изменения.

По данным компании Sea Tech полное водоизмещение яхты в пресной воде соответствует осадкам носом Tf = 0,9м  и кормой  Ta = 1,0м; координаты ЦТ  Xg = 6,42м,  Yg=0,00м,  Zg =1,34м.

Эксплуатационная скорость – 8-9 узлов, максимальная скорость - 12-13узлов.

Расчет начальной остойчивости по КВЛ сделан три раза-см.приложенные файлы:

-     В программе Orca3D, в существующем файле Rhino для половины корпуса судна, добавляем шпангоуты, батоксы и ВЛ (см. приложенный файл).

Водоизмещение судна без дифферента составляет 22,6 т.

Получилось водоизмещение в пресной воде 22,679 т при средней осадке на миделе 0,957 m

-     После ввода модели Иркутского варианта в программу Maxsurf Modeler , а затем в программу Maxsurf Stability, делаем два расчета – один раз на ровный киль при осадке Т = 0,957 м (как в Orca3D), получается водоизмещение 22,38 т и второй раз с учетом дифферента при осадке носом - 0,9 м, кормой - 1,0 м и средней на миделе -0,95 м, опять получается водоизмещение  22,38  т.

При вводе той же самой модели в программу Maxsurf Resistance при осадке на ровный киль T = 0,957 м полное водоизмещение получается равным D = 22,647 т или объемное водоизмещение V = 22,647 м³ при плотности воды 1,0 т/м³.

Дальнейшие расчеты в программе Maxsurf Resistance сделаны по указанной выше ВЛ на ровный киль.

Методы, принятые в программе Maxsurf Resistance для расчета буксировочного сопротивления и необходимой буксировочной мощности голого корпуса проекта AY-15 на тихой, глубокой воде без учета выступающих частей, ветра и волнения

 

Выбран интервал скоростей 5-16 узлов. Выбраны четыре регрессионных метода (т.е. по статистическим данным серийных испытаний моделей судов в опытовых бассейнах) и один теоретический. Наиболее подходящими методами являются:

1. Fung- по публикации авторов Fung, S.C. and Leibman, L., “Revised Speed-Dependent Powering Predictions for HighSpeed Transom Stern Hull Forms”-1995.
2. Compton- в интервале скоростей только до 13,8 узлов, по публикации автора Compton, R., “Resistance of a Systematic Series of Semi-Planing Transom-Stern Hulls”
   Marine Technology, v23, No.4, October 1986
3. Holtrop- по публикации автора от 1977 и 1978г и совместной публикации авторов Holtrop и Mennen – 1982 и 1984г.
4. Savitsky Pre-planing – только в интервале скоростей 10,5 – 16 узлов, по публикации авторов Savitsky, D. and Brown, W., “Procedures for Hydrodynamic Evaluation of Planing Hulls in Smooth and Rough Water”Marine Technology, October 1976

В этой публикации цитированы данные из публикации Mercier, John A. andSavitsky, Daniel “Resistance of Transom Shear Craft in the Pre-Planing Range”-1973

     5. Теоретический метод Slender Body – по публикации Couser, P., Wellicome J.F. and Molland, A.F., “An improved method for the theoretical prediction of the wave resistance of transom-stern hulls using a slender body approach”International Shipbuilding Progress, vol. 45, No. 444, 1998.

Метод Slender Body применяется для однокорпусных и многокорпусных судов в интервале скоростей от нуля до FnL ≈ 1,0. Данный метод одинаково хорош как для круглоскулых так и для остроскулых судов.

Необходимое условие: Slenderness Ratio (относительная длина,т.е. «удлинение») = LWL/V^1/3≥ 5. Хорошие результаты получаются при отношении 5-6.

У проекта AY-15 при LWL = 14,779 м и V= 22,647м³ Slenderness Ratio = 5,22 > 5.

При максимальной скорости 16 узлов, FnL = 0,684 < 1,0.

 

При всех выше перечисленных методах КПД пропульсивной установки принят равным 1.0 (т.е. 100%), чтобы получить буксировочную мощность.

Если принять общий пропульсивный КПД = 0,5 (т.е. 50%) тогда получим максимальную мощность (PE total), необходимую для преодоления максимального сопротивления Rtotal (голый корпус на тихой воде с учетом ветра, волнения, мелководья и выступающих частей). Т.е. умножением на 2(или делением на 0,5) результатов буксировочной мощности (при КПД = 100%) получим необходимую максимальную мощность для выбора двигателей.

Пример: Если посмотреть на график „Буксировочная мощность – Скорость”, увидим, что самые меньшие величины получены по методу Holtrop в красном цвете, а самые большие – по теоретическому методу Slender Body тоже в красном цвете – (см.приложенный файл). Если принять усредненную кривую для этого диапазона, то она будет близка к кривым, полученным по методу Fung и методу Savitsky Pre-Planing. Допустим примем более высокие значения – по методу Fung (кривая зеленого цвета). Тогда если необходимо выбрать двигатели, способные обеспечить судну максимальную скорость 13 узлов, максимальная суммарная мощность двигателей должна составлять:

 PEtotal = 152,96 x 2 = 306 кВт

 

Модель судна и волнообразование за корпусом при движение судна на тихой воде со скоростью 9 узлов показано в png файлах в конце расчета.

 

 

Продолжение следует!

 

NA Razmik Baharyan

Rousse-Bulgaria

Прикрепленные изображения

• 
• 
• 
• 

Прикрепленные файлы

•  AY-15-Design Hydrostatics Report,T=0,957m-Orca3D.pdf   370,21К   235 Количество загрузок:
•  AY-15-Specified Condition-Maxsurf Stability-26022019.pdf   107,61К   192 Количество загрузок:
•  AY-15-Maxsurf Resistance Calculation-28022019.pdf   1,03МБ   201 Количество загрузок:

[Байкал 71]

Он же в САВ

Прикрепленные изображения

• 

[rabah]

Другой момент стоит отметить.

Значительная часть текста автора посвящена методам корректного отображения модели в разных CAD-системах. А насколько сама геометрия модели связана с встроенным в систему модулем расчета сопротивления? Гарантирую, что статистические методы оперируют самыми общими проектными показателями и коэффициентами, для вычисления которых не нужно знать направление нормалей к поверхности корпуса. В компьютерный век работа с компьютером становится самоценной, а точность расчета уходит в допуск в 50-70% КПД винта и в назначение странных коэффициентов "Ke", которые меняют результат на десятки процентов.

Вот здесь бы заострить повествование - в анализ факторов точности расчетных моделей. Они легко проявляются малым варьированием геометрии.

 

Механизм проверки направления нормалей к поверхности судна в программе Orca3D относится к определении посадки.

Допуск 50-70% для общего пропульсивного коэффициента не выдуман мной-это обычная проектантская практика. К.п.д. 50% для гребного винта принят в расчете гребного винта компании Sea Tech.

Коэффициенты Ке никак не странные, они входят в альгоритм программы FreeShip+, созданной профессором инж.Виктор Тимошенко.

По моему точность моих расчетов вполне находится в реальных границах. Меня вполне удовлетворяет тот факт, что все цитированные программы сначало проверют геометрию модели, потом рекомендуют самые подходящие методы расчета ходкости  и наконец сравнивают соотношения действительных параметров модели с указанными граничными величинами, формулированные  авторами научных публикаций по систематическим модельным испытаниям.

 

NA Razmik Baharyan

Rousse-Bulgaria

[Данн]

Все надбавки  учтены изменением общего пропульсивного кпд на 50%.

 

Кто их считал, эти надбавки? Почему  50, а не 45 или 54. Это не расчёт, а подгонка данных произвольным назначением процентов.То же самое было в теме  про камни в максурф, где особо не парясь  автор  использует этот иллюзион предлагая  на выбор  45,50 или 60%. Гадание на кофейной гуще, а не предварительный расчёт.Цифры «максимальных» мощностей  подогнаны под взятые наугад  проценты.На многочисленных  форумах водномоторников не выкидывают такие фортели, прикрывая околонаучной мишурой  отсутствие достоверных  расчётов пропульсива. Люди предлагают  проверенные практикой  предварительные расчёты  винтов и мощности, а не фокусы  с процентами, взятыми с потолка.