СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ ПОВЕРХНОСТИ КОРПУСА СУДНА
METHOD FOR BUILDING A THREE-DIMENSIONAL SURFACE CASING SURFACE MODEL

Настоящее изобретение относится к кораблестроению, а также к компьютерному моделированию, и может быть использовано в конструировании корпусов водных и морских судов с применением компьютерных технологий для создания трехмерных цифровых моделей.
Известен способ построения трехмерной модели поверхности корпуса судна (Инструкция и методические указания к РГР «Моделирование корпуса судна в SOLIDWORKS» по дисциплине «Геометрическое моделирование»… / НГТУ им Р.Е. Алексеева; сост.: В.В. Князьков. - Н. Новгород, 2016 г.), заключающийся в том, что средствами компьютерной программы сначала вертикально и параллельно друг другу размещают вспомогательные поперечные плоскости и наносят на них характерные точки соответствующих поперечных сечений, затем на каждой вспомогательной поперечной плоскости по этим точкам с помощью сплайнов рисуют линии поперечных профилей необходимой формы, далее все поперечные профили, расположенные на различных вспомогательных поперечных плоскостях, плавно соединяют в одну поверхность корпуса судна.
Преимуществом данного способа является то, что при его использовании в конструировании поверхности корпуса судна с применением компьютерных технологий отпадает необходимость в непосредственном проектировании теоретического чертежа, так как исходные данные для построения трехмерной модели средствами компьютерной программы можно получить и с небольшой его части. Точнее, из контуров поперечных сечений, состоящих из характерных точек, расположенных в местах наибольшего изгиба формы контура. Однако, если теоретический чертеж будет все же необходим, то при наличии трехмерной модели его можно быстро изготовить, автоматизировав этот процесс с помощью компьютера. Данных для его изготовления в трехмерную цифровую модель заложено достаточно. Кроме того, использование сплайнов - гладких кривых, характеризующихся непрерывностью первой и второй производных, значительно облегчает рисование плоских линий необходимой формы. Все это позволяет уменьшить срок проектирования корпуса судна и улучшить качество выполняемых работ.
Недостатком этого способа является то, что с его помощью невозможно адекватно отразить в геометрии трехмерной модели обводы поверхность корпуса, имеющего продольные сломы с острыми кромками. Это происходит из-за того, что существующие методы построения поверхностей с помощью компьютерных программ достаточно точно позволяют воспроизводить гладкие поверхности, например, между линиями кромок, но только не поверхности с острыми кромками. Подобные корпуса имеют, например, малые быстроходные суда глиссерного типа, на корпусе которых расположены острые скулы и продольные реданы. Так как от точности воспроизведения геометрической формы модели зависит, будет ли соответствовать предварительная оценка параметров корпуса судна его реальным характеристикам, то зачастую при конструировании таких негладких корпусов приходится отказываться от использования цифровой модели. А использование традиционного плазово-шаблонного метода производства корпуса судна не позволяет воспользоваться преимуществами компьютерных технологий в полной мере.
В основу изобретения положена задача создания способа построения трехмерной модели поверхности корпуса судна, позволяющего строить адекватные трехмерные модели корпуса судна с острыми продольными сломами за счет раздельного воспроизведения в продольном направлении линий острых кромок и остальной гладкой части поверхности корпуса судна, решение данной задачи значительно расширяет область применения компьютерных технологий в кораблестроении.
Для решения поставленной задачи в известном способе построения трехмерной модели поверхности корпуса судна, заключающемся в том, что средствами компьютерной программы сначала вертикально и параллельно друг другу размещают вспомогательные поперечные плоскости и наносят на них характерные точки соответствующих поперечных сечений поверхности корпуса судна, затем на каждой вспомогательной поперечной плоскости по этим точкам с помощью сплайнов рисуют линии поперечных профилей необходимой формы, далее все поперечные профили, расположенные на различных вспомогательных поперечных плоскостях, плавно соединяют в одну поверхность корпуса судна, перед указанным нанесением характерных точек дополнительно размещают вспомогательные продольные плоскости, которые перпендикулярны вспомогательным поперечным плоскостям, а после нанесения характерных точек на каждой вспомогательной продольной плоскости по лежащим на ней точкам с помощью сплайнов рисуют линии продольных профилей необходимой формы, а плавное соединение поперечных профилей в одну поверхность производят по частям, которые ограничены соседними продольными профилями.
Благодаря введению дополнительных вспомогательных продольных плоскостей появилась возможность сначала нарисовать на них продольные сломы поверхности корпуса судна с острыми кромками в виде гладких и плоских линий, что позволило использовать для этого сплайны, а потом между этими линиями по частям воспроизвести остальную гладкую часть поверхности корпуса судна.
Сущность изобретения поясняется несколькими фигурами:
- на фиг. 1 показаны исходные данные для построения трехмерной модели поверхности корпуса судна в виде упрощенного теоретического чертежа: а) проекция БОК; б) проекция КОРПУС (вид правой половины с кормы);
- на фиг. 2 показано расположение вспомогательных плоскостей правой половины корпуса;
- на фиг. 3 показано расположение характерных точек поперечных сечений на вспомогательных плоскостях правой половины корпуса;
- на фиг. 4 показано расположение поперечных и продольных профилей правой половины корпуса;
- на фиг. 5 показано изображение трехмерной цифровой модели поверхности корпуса судна (вид на правую половину теоретической поверхности).
Для осуществления заявленного способа необходимо подготовить исходные данные, которыми являются расположение характерных точек (1) на поперечных сечениях (2) поверхности корпуса судна и характерных точек (3) в местах пересечения поперечных сечений (2) и продольных сечений (4) или просто координаты характерных точек (1) и (3). Исходные данные могут быть заданы в виде упрощенного теоретического чертежа. Из проекций БОК чертежа необходимо определить расположение вертикальных поперечных секущих плоскостей (5), точнее только расстояние между ними. А из проекции КОРПУС чертежа необходимо определить расположение наклонных продольных секущих плоскостей (6), точнее только угол их наклона относительно вертикали или горизонтали, и контуры поперечных сечений (2) на вертикальных поперечных секущих плоскостях (5), состоящие из характерных точек (1) и (3), расположенных в местах наибольшего изгиба формы контура. Все нужные для построения трехмерной модели координаты определяются однозначно по этим видам. Или исходные данные могут быть заданы еще в виде усеченной таблицы ординат только для характерных точек (1) и (3).
Среди характерных точек обязательно должны быть выбраны точки пересечения (3) любых двух взаимно перпендикулярных секущих плоскостей, вертикальных поперечных (5) и наклонных продольных (6), моделируемого корпуса. Так как характерными являются точки, расположенные в местах наибольшего изгиба формы контура, то через точки (3) как раз и должны проходить линии продольных сломов (7). Точки каждой линии этих сломов будут лежать в одной из наклонных продольных секущих плоскостей (6), поэтому и сами эти линии будут заведомо плоскими. Так как корпус судна, как правило, симметричен и состоит из двух зеркальных половин, разделенных вертикальной продольной плоскостью симметрии (8), то для достижения результата необходимо и достаточно построить одну из половин трехмерной модели поверхности корпуса судна. А при необходимости инструменты компьютерных программ позволяют зеркальным отображением добавить к уже построенной модели вторую половину.
Способ осуществляется следующим образом. Вначале по координатам соответствующих характерных точек (1) и (3) средствами компьютерной программы размещают все вспомогательные плоскости модели, и поперечные (5), которые вертикальны и параллельны друг другу, и продольные (6), которые перпендикулярны поперечным плоскостям (5). Данные плоскости соответствуют плоскостям сечения из исходных данных на заданную поверхность корпуса судна. Положение вспомогательных плоскостей относительно друг друга однозначно определяется заданными координатами тех характерных точек (1) и (3), которые им принадлежат. На вспомогательные поперечные плоскости (5) наносят характерные точки (1) и (3) соответствующих поперечных сечений (2). Некоторые из них, точки (3), попадают на линию пересечения поперечных (5) и продольных (6) плоскостей, то есть являются общими для двух взаимно перпендикулярных плоскостей. Это как раз те обязательные точки, которые упомянуты выше.
Затем на каждой из вспомогательных плоскостей, и на поперечных (5), и на продольных (6), по нанесенным на них точкам (1) и (3) с помощью сплайнов рисуют линии соответствующих профилей, по бортам до киля корпуса (9) и от кормы до носа (10). При необходимости параметры сплайнов можно изменить, тем самым скорректировав форму уже нарисованных плоских линий, начиная от простой прямой и заканчивая гладкой кривой третьего порядка. При этом будет корректироваться форма профилей (9), (10) и, соответственно, геометрическая форма будущей трехмерной модели. Нарисованные таким образом профили (9) и (10) являются изображениями сечений, поперечных (2) или продольных (4), в местах рассечения поверхности корпуса судна соответствующими секущими плоскостями (5) и (6). При этом линии острых кромок продольных сломов (7) поверхности корпуса судна на модели оказываются уже прорисованными вместе с линиями продольных профилей (10). С этого момента для того, чтобы закончить построение трехмерной цифровой модели, остается только плавно соединить части поперечных профилей (9), расположенные между соседними продольными профилями (10), в поверхности от кормы корпуса до его носа. Так как поверхности борта (11) и днища (12) корпуса судна в этих местах являются гладкими, то инструменты большинства современных компьютерных программ с этим превосходно справляются.