автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему: Проектное обоснование перспективного типа накатно-контейнерного судна для Союза Мьянма
Автореферат диссертации по теме "Проектное обоснование перспективного типа накатно-контейнерного судна для Союза Мьянма"
На правах рукописи
ПРОЕКТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНОГО ТИПА НАКАТНО-КОНТЕЙНЕРНОГО СУДНА ДЛЯ СОЮЗА МЬЯНМА
Специальность 05.08.03 - Проектирование и конструкция судов
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Работа выполнена на кафедре проектирования судов ГОУВПО " Санкг Петербургский государственный морской технический университет".
доктор технических наук, профессор Гайкович Александр Иосифович
доктор технических наук, профессор Фирсов Валентин Борисович
кандидат технических наук, Мацкевич Вадим Александрович
- ФГУП ЦКБ "Алмаз", г. Санкт-Петербург
Защита диссертации состоится « 26 » мая 2009 г. в 16-00 н заседании диссертационного совета - при Санкг-Петербургско государственном морском техническом университете по адресу: 190008, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д.З, актовый зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт Петербургского государственного морского технического университета.
Автореферат разослан «23» ¿тр^Л 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Развитие Союза Мьянма, прёвращение ее в аграрно-индустриальную страну требует наличия развитой инфраструктуры. Основой инфраструктуры является эффективная транспортная система. В Союзе Мьянма используется для транспортировки грузов, в основном наземный транспорт (автомобильный и железнодорожный). Объём еревозок грузов водным транспортом незначителен из-за малоразвитого рузового флота. Во время сезона дождей, (это сезон длится 4-5 месяцев год), наземный транспорт на большой части территории страны ункционировать не может.
Прямые перевозки на судах смешанного плавания дают возможность е только уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты, но и ократить сроки доставки грузов, обеспечить их большую сохранность, что собенно важно при перевозке ценных генеральных грузов.
Использование судов смешанного плавания (река-море) на перевозках о прямому бесперевалочному варианту позволяет избежать простоев на азличных технологических операциях транспортного процесса при ередаче с одного вида транспорта на другой и снизить нагрузку в апряженные периоды года на железнодорожном и морском транспорте, оэтому развитие грузового флота речного и прибрежного района лавания является для Союза Мьянма актуальной задачей.
Объекты исследования. Перспективный тип накатно-контейнерного удна смешанного плавания для Союза Мьянма и методика обоснования го основных кораблестроительных элементов.
Цель и задачи исследования. Создание математической модели для боснования типа накатно-контейнерного судна смешанного плавания, для ек и прибрежного района Союза Мьянма.
Методы исследования и решений. Для решения задач, поставленных работе, потребовались использование методов математической татистики, методов теории проектирования судов и теории корабля, етодов математического моделирования, алгоритмов оптимизации: лучайного поиска и алгоритма Хука Дживса, аппарата и программных родуктов системы Delphi, средств Microsoft Office.
Информационная база исследования. В числе информационных сточников использовались русская, и иностранная литература по роекгированию судов, книги, журнальные статьи, научные доклады, атериалы научных конференций и семинаров, доступная документация о реальным проектам. В области общих методов проектирования судов спользовались труды В.В.Ашика, А.В.Бронникова, С.И.Логачева, .Н.Вашедченко, Л.М. Ногида, Б.А.Царева. В части проектирования судов мешанного и внутреннего плавания автор опирался на работы .В.Вицинского, Н.К.Дормидонтова, В.Н.Анфимова, П.А.Малого, .И.Андриевского, А.Г. Ляховицкого. Исследование системного подхода и етодов оптимизации осуществлялось в соответствии с принципами, зложенными в работах В.М. Пашина, И.Г.Захарова, П.А.Шауба, .И.Гайковича.
Теоретическое значение исследования. Создана математическая модель проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания, учитывающая условия строительства и эксплуатации средств водного транспорта в Союзе Мьянма. Принципы разработки этой модели, в частности, методика расчёта массы корпуса, могут быть исследованы в других исследованиях.
Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты обеспечивают повышение эффективности проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма. Применение разработанных методов приводит к повышению обоснованности проектирования за счет оптимизации проектных характеристик накатно-контейнерного судна. Разработанный программно-методический комплекс оптимизации для обоснования основных элементов накатно-контейнерного судна может быть использован при практическом создании флота накатно-контейнерных судов смешанного плавания для Союза Мьянма.
Научная новизна работы.
1. Обоснована конкурентоспособность водного транспорта, в составе инфраструктуры Союза Мьянма.
2. Разработан архитектурно-конструктивный тип накатно-контейнерного судна смешанного плавания, в максимальной степени удовлетворяющий специфическим условиям строительства и эксплуатации.
3. Предложена и реализована методика определения массы корпуса судна, опирающаяся на упрощённую геометрическую модель.
На защиту выносятся следующие основные результаты работы:
1. Методика проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма, основанная на математической модели судна.
2. Программно-методический комплекс оптимизации для обоснования основных элементов накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма.
3. Анализ адекватности и чувствительности математической модели.
Степень достоверности результатов исследований.
Диссертационное исследование базируется на проверенной информации и использует апробированные методы теории проектирования судов, системного анализа и математического программирования. Все полученные результаты сопоставлены с характеристиками существующих судов. Кроме того, адекватность построенной математической модели проектирования доказана исследованием её устойчивости и чувствительности.
Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликованы 4 работы. Из них 1 работа в личном авторстве, доля автора в двух в 33% и в остальной в 50%. В изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ, опубликована 1 статья, выполненная в личном авторстве.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пятых глав, заключения, содержит 141 страницы основного' текста (включая - 69 таблиц и - 60 рисунок), список литературы из 106 наименований. Приложения имеют 45 страницы.
Содержание работы Во введении указаны цель и задача исследования и решений, информационная база ограничения диссертационного исследования исследования.
исследования, исследования, и апробация
методы главные работы
В первой главе диссертации рассмотрены проблемы развития грузовых перевозок в Союзе Мьянма. Рассмотрены особенности водных путей, грузопотоков по водным путям, конкурентоспособности водного транспорта, ограничения строительной базы и анализ сопоставления условий перевозки грузов Союза Мьянма различными видами транспорта. Из основных экономических районов Союза Мьянма существующий водный транспорт обслуживает всего 6 районов. Главные маршруты внутреннего водного транспорта страны для перспективных грузовых судов показаны на рис.1.
Главный упор в развитии Союза Мьянма сделан на индустриализации сельского хозяйства. Необходима доставка сельскохозяйственной техники во все районы страны из столицы города Yangon, места ее производства.
Вес грузового места при перевозке сельскохозяйственной техники доходит до 2 тонн
-Водный, • • • Наземный транспорт (максимальный) и максимальные
- - Города (Yangon, Mandalay и Южные габариты грузового места - 2 м х 1 города), .-города некоторые мх 15км Величина основных
Рис.1. Главные маршруты транспорта грузовых потоков страны по Союза Мьянма водным путям показана на рис.2.
Главные направления для перевозок грузов водным транспортом риведёны в таблице 1. Первый маршрут - Yangon-Mandalay и второй аршрут - Yangon-Myeik.
Основные направления перевозок водным транспортом
No Назначение пути Районы Расстояние линии (миль)
1 Yangon - Mandalay речной 493
2 Yangon - Myeik прибрежной 476
а Yangon - Mawlamyaing - 163
б Mawlamyaing - Dawai - 170
в Dawai - Myeik - 143
Грузовой поток всего груэооодъёчностн стравы es водвом транспорте
IW-97 1997-98 1998-99 1999- 20О0-01 2001-02 2002-03 2004-05 2006-0? 200 Ü
Сопоставление грузопотоков водного и наземного транспорта показано на рис.3 Очевидно, что объём перевозки грузов
Рис.2.Общий грузопоток грузов водного транспорта Союза Мьянма
Перевозка грузов аа ааземвом я вод во ч травсаорте кмаы! трдвсворт
транспортом. Обычно перевозки грузов по автодорогам, тариф больше примерно два раза и длительность перевозки меньше два раза чем водного транспорта. Также тариф железных дорог больше на 15 % и длительность перевозки больше на 10% чем водного транспорта.
Однако, в сезон дождей, автодороги и железные дороги на юге страны, часто оказываются затопленными и перевозки грузов наземным транспортом становятся невозможными. Это делает водный транспорт вполне конкурентоспособным.
Судостроительная промышленность Союза Мьянма обеспечивает
потребность отечественного морского, речного и промыслового флота в транспортных средствах. Верфи размещаются в столице страны,Yangon. Верфи Союза Мьянма могут строить морские, речные и суда смешанного
Рис.3. Грузопотоки перевозки грузов на разных транспортах
плавания дедвейтом до 2000-т в соответствии с правилами международных классификационных обществ.
Во второй главе диссертации рассмотрено обоснование архитектурно-конструктивного типа накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма. Рассмотренный традиционный архитектурно-конструктивный тип грузового судна внутреннего и смешанного плавания обладает, в условиях эксплуатации и постройки в Союзе Мьянма рядом недостатков. Малые глубины фарватеров делают невозможное создание судна большого водоизмещения.
Получить для малого судна удобную конфигурацию трюмов не представляется возможным. Большинство пунктов захода на рассмотренных маршрутах (Уапдоп-Мапс1а1ау) не оборудованы перегрузочной техникой, поэтому необходимы собственные грузовые средства. Однако, учитывая малые размеры предполагаемого судна, из-за условий внутренних водных путей, вес судового крана может существенно уменьшить полезную погрузку. Сложные, лекальные обводы рассмотренных судов увеличивают трудоёмкость их постройки при отсутствии в Союзе Мьянма достаточной оснащённости верфей и квалифицированной рабочей силы.
Проблемы, связанные с неудобной конфигурацией грузовых помещений на малых грузовых судах, можно решить перейдя к архитектурно-конструктивному типу судна - площадки. Задача, связанная с проблемой необорудованности порта - пункта решается, если груз переводится в кузове автомобиля, а судно снабжено грузовой аппарелью. Такое решение повышает скорость погрузо-разгрузочных работ, и в условиях Союза Мьянма, где автотранспорт является основным, реализовать наиболее прогрессивную схему доставки груза" от двери до двери ".
Трудности, связанные с постройкой корпуса, преодолеваются путём перехода к упрощенным обводам. Таким образом, перспективным типом накатно-контейнерного судна для Союза Мьянма будет грузовой теплоход -площадка с аппарелью и упрощенными обводами. Главные размерения судов смешанного плавания определяются исходя из ограничительных условий плавания на речном участке пути (из величины заданной предельной осадки). Предельные размерения судов смешанного плавания (длина и ширина судна) определяются габаритами шлюзов и условия судоходных путей Союза Мьянма. С учётом ограничений главных размерений и грузоподъёмности судов смешанного плавания, для Союза Мьянма дальнейшее увеличение грузоподъёмности и повышение экономичности судов, возможно только при создании составных судов, состоящих из двух или более разъединяющихся секций, каждую из которых можно поочередно проводить через каналы. Однако составные суда сложны в производстве, и не всегда могут проходить по извилистым речным фарватерам Союза Мьянма.
В качестве судна прототипа по нагрузке, конструкции и общему расположению выбран десантный корабль ВМС Союза Мьянма, имеющий следующие характеристики, которые приведёны в таблице 2.
N0 Наименование характеристики замечание
1 Водоизмещение, тонн 633 полное
2 Габаритная длина, м 56 -
3 Перпендикулярная длина, м 51 -
6 Высота борта, м 3.3 -
7 Коэффициент общей полноты 0.59 -
8 Численность экипажа, чел 24 -
9 Автономность, сут 3 -
10 Дальность плавания, миль 500 -
11 Скорость, уз 12 -
12 Мощность ЭУ, л.с 1800 Двухвальная
Десантные баржи широко применялись на Тихом океане во время II - ой мировой войны и доказали надёжность эксплуатации в условиях тропиков и возможность массового строительства на слабооборудованных верфях. Выбранный архитектурно-конструктивный тип судна смешанного плавания показан на рис.4.
Рис.4. Общее расположение проектируемого судна
В третьей главе диссертации рассмотрена методика построения математической модели накатно-контейнерного судна смешанного плавания с учётом результатов системного исследования, выполненного в предыдущих главах. Математическая модель проектируемого судна фактически состоит из двух частей. Первая часть модели предназначена для поиска допустимого решения на основе решения уравнения нагрузки в функции водоизмещения. Затем, по соотношениям прототипа устанавливаются значения главных размерений в нулевом приближении.
Вторая часть математической модели перспективного типа накатно-контейнерного судна смешанного плавания имеет детализацию на уровне технического предложения - эскизного проекта.
Потребная мощность энергетической установки определяется методом учёта отдельных видов сопротивления воды движению судна. Коэффициент сопротивления трения определяется по формуле Шенхерра.
Коэффициент остаточного сопротивления определяется с помощью аппроксимированного коэффициента остаточного сопротивления прототипа.
Ю3=65.24(Рг)2-24.664(Рг) + 4.7515 (1)
Определение коэффициента остаточного сопротивления проектируемого судна выполняется по графикам поправочных коэффициентов И.В.Гирса.
Для распространения полученных результатов на суда с большой отношением ширины к осадке (В/Т £ 3.75) при построении графиков дополнительно использованы материалы испытаний, проведённых С.П.Мурагиным на серий моделей с отношением ВЯ, изменяющимся в широких пределах (от 2.25 до 18). Для расчёта поправочных коэффициентов по варианту проектируемого судна нулевого приближения автором получены формулы:
Коэффициент влияния X/ = f(llFr)\ где /-относительная длина судна;
X, = -1.1364(Рг)2 + 5.5023(Рг) + 0.3377 (2)
Коэффициент влияния ХВ/т = 1 (В/Т, Рг); где ВЯ - отношение ширины к осадке судна;
Хвя= 0.6875(Рг)2 - 0.273(Рг) + 1.1669 (3)
Коэффициент влияния Х¥ = /"(ср.Рг); где ср - б/р, б - коэффициент общей полноты, р - коэффициент полноты мидель-шпангоута;
Х^ «1; (ф судна прототипа - 0.65) (4)
Учитываются надбавки на выступающие части и шероховатости. Площадь смоченной поверхности рассматривается по формуле С.П .Мурагина. Дисковое отношение и коэффициент полезного действия винта вычисляются по аппроксимированным диаграммам 4-х лопастных винтов серии ЦНИИ им. академика А.Н.Крылова. При расчёте пропульсивного коэффициента, диаметра гребного винта и коэффициента попутного потока Ф при известных значениях \/(м3), б и Р (м) используется формула Э.Э. Папмеля.
Результаты расчёта кривой мощности прототипа по методике, применяемой в модели, показаны на рис.5. Ошибка позволяет в безопасную сторону, что гарантировано получить требуемые ходовые характеристики при реализации проекта.
По результатам расчёта требуемой мощности, двигатель выбирается по реальному каталогу.
Особое внимание в диссертационной работ уделялось расчёту весо вой нагрузки. Наиболь шим по весу является раздел "Металлический Корпус".
Оптимизация основных элементов проектируемого судна смешанного плавания предполагает определение нагрузки судна при существенной вариации главных размерений. При таких условиях простой пересчёт по прототипу может приводить к большим ошибкам.
В диссертационном исследовании был выбран путь расчёта массы металлического корпуса, набранного по Правилам Российского морского регистра судоходства, на основании геометрических размеров конструктивных элементов корпуса. Совокупность формул, определяющих геометрические особенности корпуса и выбранного архитектурно-конструктивного типа, образуют " модуль " формулы для расчёта массы. В диссертационной работе конструктивные элементы корпуса судна разделяют на 6 условных подгрупп;
2.Продольные элементы конструкции корпуса,
4.Рамные связи конструкции корпуса,
5.Вертикальные связи (пиллерсы) и
б.Остальные элементы конструкции корпуса судна.
В обшивку корпуса включают обшивку бортов, днища, палубы и настила танков. Продольные элементы корпуса состоят из продольных балок основного набора корпуса и танков. Переборки - это обшивка переборок и стойки переборок. Рамные связи состоят из таких элементов конструкции как рамные шпангоуты, бимсы и флоры. В последней шестой подгруппе выключены надстройка, носовая аппарель судна, фальшборт и фундаменты главных двигателей и механизмов.
Для всех конструктивных элементов корпуса судна, рассчитывают требуемые толщины и момент сопротивления в соответствии с Правилами РМРС. Для определения необходимых геометрических размеров конструктивных элементов в данной диссертационной работе определяются основные нагрузки, действующие на корпусные конструкции.
Рассматриваются следующие классы таких воздействий: 1. Обусловленные взаимодействием судна с водной средой;
1600.0 1600.0 1400.0 1200.0 ■
св ^ 8000 К у* уОактичесш
0.12 0.13 Й.МО.Г5 0.Ю 0.17 0.»в 019 020 С21 022 023 02* 025 028 027 ОН 029 0.30 0.31 С.32 0.33 0Л Гг
Рис.б.Кривые требуемой мощности ЭУ
2. Обусловленные воздействием груза;
3. Обусловленные воздействием балластных цистерн
Конструктивная схема проектируемого судна, принята в соответствии с
использованием конструктивной схемой судна - прототипа. Общая структура формул для определения массы отдельных элементов;
где р - плотность стали (т/м3), //- площадь поперечного сечения элемента (см2), 1., - протяжённость элемента (м), определяемая по принятой конструктивной схеме судна и зависимая от варьируемых главных размерений.
Для получения связи между нагрузками, действующими на корпус судна и площадями поперечного сечения основных балок набора, были проведены численные эксперименты, позволившие получить ряд эмпирических формул. Графики соотношений требуемого момента сопротивления \Л/тр и для балок основного набора днища, борта, палубы и танков для отдельных районов судна (0.1 1_нос, 0.2-0.3Цос,0.41-нвд,0.2-О.ЗЦормаИ О.Икорма), показаны на рис.6. В дальнейшем эти графики используются для определения значений с соответствующими \Л/тр для каждой части корпуса.
Были получены графики соотношений \Л/тр и Рбалки для днищевых стрингеров при разделении части судна (0.1-0.3 1Н<Х), (0.4 Цид) и (0.1-0.3 1-корма)- Также построены для всех конструктивных элементов математические модели. Подобные зависимости между площадями и моментами сопротивления были получены для палубных стрингеров, вертикального киля, стоек переборок, рамных элементов конструкции и пиллерсов.
Рис.6. Графики соотношения WTp (см3) и fc(cwi2) продольных основных балок
Части элементов конструкции корпуса, которые не зависят от варьируемых главных размерений, определялись по прототипу: Надстройка
Рнад = (9над) * ( /над * Ьнад * |"1над ) (6)
где - (днад) - измеритель массы надстройки по прототипу;(/над ,Ьнад , h^) -длина, ширина, высота надстройки, м. Носовая аппарель
где (gan) - измеритель массы носовой аппарели по прототипу , (/ап ,Ьап) -длина .ширина носовой аппарели, м; /ап = 0.13 Lpp, Ьап = 0.57 В; Фальшборт
Рфал = (9фал) * D (8)
где (Эфэл) - измеритель массы фальшборта по прототипу;0-водоизмещение, т Фундаменты ЭУ и механизмов
где-(дфун)- измеритель массы фундаментов по прототипу; D -водоизмещение судна.
После всех расчётов весов конструктивных элементов корпуса судна по правилам РМРС, была построена математическая модель для определения массы металлического корпуса судна.
Математические модели отдельных подгрупп конструктивных элементов корпуса судна; Обшивка корпуса судна;
Рно: = a LppB (0.099+0.001 Lpp) + LppH (0.08323+0.0006Lpp) +
+ (ЗВН * (0.0106+0.00008Lpp) (10)
где а - коэффициента полноты ватерлинии, коэффициента полноты мидель-шпангоута, Lpp - расчётная длина судна, м, В - ширина судна, м, Н -высота борта судна, м Продольные элементы конструкции;
Рпро: = 0.539 Lpp (11)
Рпере: = Н [ (0.555) + (В В (0.266) ] (12)
Рамные элементы конструкции;
Ррам: = 1.144В+0.783Н (13)
Ртлп: = 0.095 Н (14)
На втором этапе полученные математические модели для определения веса были откорректированы по прототипу с помощью поправных коэффициентов, которые рассчитают отношениями
*-(Р фактический прототипа /Р расчётный прототипа) i i( ¡ — 1i-m5 ). 1. Кн0. — 1.063 , 2. Кпро. —
= 1.086 , 3. Knepe: = 1.082 ,4. кр£ш:= 1.081, и 5.кПилЛ:= 0.957.
Предложенная методика расчёта массы корпусных конструкций с использованием геометрических размеров элементов корпуса и построением упрощённой конструктивной схемы может считаться достаточно универсальной. Она может быть использована для оптимизационных расчётов, когда имеется информация только по одному судну-прототипу.
Вместимость рассчитывается в зависимости от главных размерений проектируемого судна (L, В, Н, Т). Длина судна между перпендикулярами определяется формулой,
Lpp = LaxrepnuK + LHaflCTpoüKa+ l-Зазоры + (Грузовик N грузовик) (15)
где L ахтерпик и L надстройка определяются по схеме общего расположения проектируемого судна. Цазоры включают зазоры между грузовиками и
зазоры между грузовиками и конструкциями корпуса судна по длине судна, N ^"грузовик - число грузовиков, размещаемых по длине судна.
Минимальная ширина с^дна определяется следующим соотношениям:
В-Взазоры+ (^грузовик N грузовик) ("16)
где Взаэоры включают зазоры между грузовиками и зазоры между грузовиками и конструкциями корпуса судна по ширине судна, Мвгруз0ВИК -число грузовиков, размещаемых по ширине судна. Минимальная высота борта судна предполаг-ается постоянной исходя из прорисовки и обеспечения необходимых условий обитаемости Н = 2.75 м и минимальной осадки, не превышающей Т = 1.5 м в соответствии с ограничениями района плавания.
Центр тяжести проектируемого судна определяется пересчётом с принятой схемы общего расположения. Абсцисса центра тяжести зависящих масс от водоизмещения определёна по формуле вида;
где - д| - измеритель абсциссы центра тяжести массы соответствующего раздела нагрузки, 1.рр - длина перпендикулярная судна. Аппликата центра тяжести зависящих масс от водоизмещения определёна по формуле вида:
где - д, - измеритель аппликаты центра тяжести массы соответствующего раздела нагрузки, Н - высота борта судна.
Абсцисса и аппликата центра тяжести не зависящих масс Рн 3 от О также определяются по схеме общего расположения.
Требование к остойчивости проектируемого судна смешанного плавания учитывается путём нормирования относительной поперечной метацентрической высоты. Уравнение начальной метацентрической высоты определяется;
где р - поперечный метацентрический радиус, который определяется по формуле А.П.Фан-дер-Флита, гс - аппликата центра величины от киля, определяемая по формуле Л Эйлера; гд - аппликата центра тяжести в полном грузу от киля, которая определяется в модуле нагрузки.
Требование к непотопляемости, для принятого архитектурно-конструктивного типа судно-площадки, целесообразно учитывается через нормирование запаса плавучести.
Минимальная высота надводного борта, определяется как;
Ррег= 17.558 1_рр — 488.45, мм (20)
где Ррег - минимальный базисный надводный борт по правилам Российского Морского Регистра судоходства для судов типа В ограниченных плавания I, II, II СП и III СП, 1рр - расчётная длина судна, м.
Угол дифферента (град) определяется по формуле:
где - Мг - момент составляющих масс судна, м - ^ /> *х - полное
водоизмещение судна, хд| - центр тяжести абсциссы, соответствующий к
разделам нагрузки судна, который рассчитывается от кормового перпендикуляра судна, Нм - продольная метацентрическая высота, Нм=кр.*(а2/5)*(1.2/12Т), кК - 1; Предполагается максимальный допустимый угол дифферента ф 2 1.5 град на корму.
Экономические расчёты в математической модели проектирования судна смешанного плавания для Союза Мьянма включают в себя расчёты строительной стоимости и эксплуатационных расходов.
Поскольку получение достоверных данных по стоимостям затруднено, а целью экономических расчётов является получение сопоставительных оценок, то в диссертационном исследовании использован следующий приём. Удельная стоимость разделов конструктивной разбивки задаётся. Цена одного из самых дорогих элементов судна - главного двигателя, определяется по зарубежным данным.
Строительная стоимость состоит из следующих разделов стоимости: металлический корпус, судовые устройства, судовые системы, энергетическая установка, электроэнергетическая система, внутрисудовые связь и управление и вооружение, запасные части, снабжение и общие производственные работы.
Стоимость энергетической установки (ЗУ) определяется через стоимость главных двигателей, редуктора, генератора, дистанционного управления, контроля и остальных. Поэтому предполагается Сэу= 1.818*СГД.
Строительная стоимость судна по формуле;
где Сс- строительная стоимость судна (тыс.руб), Сэу-стоимость ЭУ; Сгд -стоимость главного двигателя, с, - удельная стоимость (тыс.руб/т) материалов, полуфабрикатов, покупных изделий и оборудования ¡-го разделов составляющих масс судна, Р| - масса составляющих разделов судна (т).
Эксплуатационные расходы состоят из себестоимости содержания судна в эксплуатации на ходу (Эсх) и себестоимости содержания судна в эксплуатации на стоянках (Эст)- Расчёты годовых эксплуатационных расходов проводятся по формулам;
где Эс - стоимость судна в эксплуатации (руб/судо-сутки); Э1 - заработная плата экипажам судна, отчисления на социальное страхование стоимость рациона бесплатного питания (руб/судо-сутки); Э2 - амортизационные отчисления, расходы на судоремонт, расходы на материалы и замену быстро изнашивающегося инвентаря и часть прочих прямых расходов(руб/судо-сутки); Э3 - расходы на топливо и смазку. Расходы на топливо и смазку включают таким образом: Эзх - расходы в ходу , Э3ст -расходы на стоянках.
Эс = Эсх+Эст Эсх=Э1+Э2+Эзх
Годовой доход рассчитывается как:
где к - тариф на перевозку 1 тонны груза на 1 милю (руб/т.миль), <Э -годовая провозоспособность(т); 1_гр - протяжённость линии судна в год (миль).
Показатель приведённых затрат (руб/т.миль) определяется следующим:
3С=ЭС + Е(Свд+Оов) (27)
где Е - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; Эс- эксплуатационные расходы (руб/т.миль); С^д - удельные капиталовложения, отнесённые на перевозки (руб/т.миль); 0об - удельные оборотные средства, заключённые в грузовой массе (руб/т.миль).
В четвертой главе рассмотрен алгоритм оптимизации и программное обеспечение предэскизного автоматизированного проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания для Союза Мьянма. Применение математического моделирования с использованием соответствующих формул сводит задачу проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания к экстремальной задаче математического программирования. Задача синтеза проектирования накатно-контейнерного.судна смешанного плавания:
С (с. ср); X (х. х„): (Х|) Пип * XI£ (Х|)тах, \ = 1. п;
С (с^. ср) - вектор технического задания или вектор параметров
задания; X . хп) - вектор оптимизируемых переменных системы или
вектор искомых характеристик судна; хт|п - минимальные и хтах -максимальные допускаемые величины оптимизируемых переменных; С] -функциональное ограничение; ^ - заданное требование проектируемого судна к данному ] - качеству; Ъ - критерий эффективности (функция цели).
Описанный общий подход реализован в построении математической модели накатно-контейнерного судна смешанного плавания. В качестве критерия эффективности определяется минимум годовых приведённых затрат проектируемого судна.
Компонентами вектора С приняты: с-1 =Т-требуемая допустимая осадка, (м); с2 =ф*-требуемый максимальный допустимый угол дифферент(град); с3 =И*-требуемая минимальная относительная поперечная метацентрическая высота (м); с4 = V максимальная скорость судна (уз), с5 = А - автономность по провизии(сут), с6 = И - дальность плавания(миль), с7 = Ыэк - число экипажа(чел), с8 = Рг-грузоподъёмность(тон), с9 =д| - измерители масс нагрузки, Сю = Мг -количество грузовика (единица), Сц = 1Г - длина грузовика(м), с12 = Вг -ширина грузовика(м).
Компонентами вектора X приняты: х, = I - расчетная длина судна, (м); х2 = В - ширина судна, (м); х3 = Т -осадка судна, (м); х« = Н - высота борта судна.
Диапазон оптимизируемых переменных:
Um S L < Lmax i Вт,п ^ В < Втах I Tmin < Т й Tmax; Hmjn ¿HS Нтах. Д - ± 15% допустимого варианта проектируемого судна. К функциональным ограничениям относятся:
1. Требование достаточности полезной выражает отношение:
2. Требование достаточной вместимости, основанное на достаточности площади главной палубы судна, LPP*B - (Анад +Аахр) > АфУЗ (29)
3. Требование помещений экипажа, выражаемое в минимально допустимой высоте борта: Н > Hmin, (30)
4. Требование минимальной осадки судна по условиям эксплуатации:
5. Требование остойчивости, являющееся неравенством в нормировании нижнего предела относительной поперечной метацентрической высоты судна: IY £ h'min (32)
6. Требование необходимого запаса плавучести, описываемое через нормирование высоты надводного борта по правилам РМРС:
7. Требование удифферентовки через угол дифферента:
Критерий эффективности (функция цели):
3 = Э + Е(СсуД+0об) min (35)
Принятый алгоритм оптимизации является комбинацией двух алгоритмов оптимизации: случайного поиска и Хука - Дживса. Комбинация этих двух алгоритмов оптимизации позволяет значительно повысить эффективность поиска оптимума. Модули математической модели и блок схема оптимизации показаны на рис.7.
Программно - методический комплекс проектирования накатно-контейнерного судна смешанного плавания выполнены с использованием системы Delphi. В данном программном комплексе оптимизации включают из пяти модулей;
1. Модуль глобальных объявлений
2. Модуль технических исходных данных проекта
3. Модуль математической модели и оптимизации
4. Модуль визуализации результатов оптимизации
5. Модуль управления программно - комплекса.
Модуль исходных данных показан на рис.8 модуль визуализации результатов оптимизации показан на рис 9.
В пятой главе анализируется адекватность математической модели. Мерой адекватности в основном является точность, характеризующая сходство между информацией, получаемой от математической модели и от реальной системы.
В теории проектировании расчётные погрешности связаны с назначением проектных запасов. Точность решения задачи не может превышать предельно допустимую погрешность по требованиям
адекватности. Определение достаточной адекватности модели - это
исследование устойчивости решения оптимизационной задачи при изменении правых частей ограничений и чувствительности решения при изменении параметров исходных данных.
Рис.7.Модули математической модели и блок схема алгоритма оптимизации
Входные Данные Про«юа
Технические Заданные Проекта Характеристики базового варианта су
Дальность плавания, миль ¡500 Обазо..т ¡3T S.9 N.kBT ¡662
Скорость сццна, уз H Lpp.M ¡<019 П рэпу. Km: ¡046
Автономность, сутки |з 8.м J9.S33 Коэ.Вало ¡Q97
Количество з кипажа. чел 1« Т, м |I233 Коо.редку ¡037
Количество грузовиков 1« H.м |Z75 njipml ¡1600
Средняя масса грузовиков, т DdU |0.5Э7 Ban p—
Количество грузовиков m аплл сдана Alpha JO8EO ReO p—
Количество грузовиков по ширина судна Set. |0.Э22 kpio [0.09
Длина грузовисов, м [12.5 Dd/Bet |C.64B e' |aû65
Шьфина грузовиков. м 1« Lnaft-м |«.Б? m'
B.wftM ¡,0 ' kte [il
Задаваемые условия требований Н.май. M ло.коз: