Обоснование проектных характеристик надстроек на ранних стадиях проектирования средних рыболовных судов

УДК 629.5.01

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАДСТРОЕК НА РАННИХ СТАДИЯХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СРЕДНИХ РЫБОЛОВНЫХ СУДОВ

А. В. Дектярев, С. В. Дятченко, В. А. Коробчинский, В. Н. Морозов

JUSTIFICATION OF PROJECT CHARACTERISTICS OF SUPPLEMENTS AT EARLY STAGES OF DESIGNING MEDIUM FISHING VESSELS

А^. Dektyarev, S. V. Dyatchenko, V. A. Korobchinsky, V. N. Morozov

В настоящее время для создания конкурентоспособных проектов промысловых судов необходим комплекс технических решений, направленных на повышение грузоподъемности и грузовместимости, разработку новых форм и конструкций корпуса, отвечающих требованиям мореходных качеств, прочности и условиям обитаемости, а также сокращение численности экипажей до уровня, обеспечивающего безопасность мореплавания и работу энергетического и технологического комплексов. Проектирование нового промыслового судна, как системы в целом, предусматривает совершенствование его подсистем и их составляющих. Применительно к подсистеме «Корпус и надстройки» актуальной является необходимость обоснования размеров, архитектурно-конструктивного исполнения и расположения надстройки на судне. Полученные в данной работе результаты являются определенным шагом к решению проблемы создания современных средних рыболовных судов. Показана актуальность исследования проектных характеристик надстроек. Выполнен анализ известных технических решений в области проектирования обитаемых помещений надстроек. Определены направления исследований проектных характеристик надстроек, сформулированы цели и задачи по определению их проектных характеристик. Собрана статистика и выполнена систематизация данных по размерам ярусов надстроек средних рыболовных судов. Получены зависимости изменения расчетной длины ярусов надстройки от размеров судна и его водоизмещения, а также приближенные значения нагрузки масс надстроек для ряда известных проектов средних рыболовных судов. Результаты выполненных исследований позволяют на ранних стадиях проектирования обоснованно выбрать граничные условия и, используя методы вариаций и последовательных приближений, выполнить изыскания по определению размеров, конструктивного исполнения и массы надстройки для проекта среднего рыболовного судна.

судостроение, системный подход, промысловое судно, надстройка, конструкция и размеры, вибрация

At present, to create competitive projects for fishing vessels, a set of technical solutions is needed to increase payload and cargo capacity, develop new forms and hull design that meet the requirements of seaworthiness, strength and habitability, and re-

duce the number of crews to safety levels. navigation and the work of the energy and technological complexes. Designing a new fishing vessel as a system as a whole, provides for the improvement of its subsystems and their components. With regard to the subsystem "hull and superstructure", it is important to justify the size, architectural design and location of the superstructure on the vessel. The results obtained in this paper are a definite step towards solving the problem of creating modern medium-sized fishing vessels. The relevance of the study of the design characteristics of superstructures of medium fishing vessels is shown. The analysis of the known technical solutions in the design of habitable premises of superstructures is performed. The research directions for the design characteristics of superstructures were determined, and the goals and objectives for determining the design characteristics of superstructures were formulated. Statistics were collected and data were systematized according to the size of superstructure tiers of medium fishing vessels. The dependences of the change in the estimated length of the superstructure tiers on the size of the vessel and its displacement, as well as approximate loadings of the mass of superstructures for a number of well-known projects of medium-sized fishing vessels are obtained. The results of the studies made it possible at the early design stages to justify the selection of boundary conditions and, using the methods of variations and successive approximations, to carry out studies to determine the size, design and mass of the superstructure for the design of an average fishing vessel.

shipbuilding, systems approach, fishing vessel, superstructure, structure and dimensions, vibration

ВВЕДЕНИЕ

В зависимости от назначения главных размерений рыболовного судна и численности экипажа изменяются размеры и архитектурно-конструктивное исполнение надстройки. Корпус и надстройка формируют геометрическую структуру системы «Объект морской техники». Для среднего рыболовного судна надстройка является основным местом расположения жилых, служебных и общественных помещений. Ее архитектурно-конструктивное исполнение, размеры и место расположения на судне существенно влияют на нагрузку масс, абсциссу и аппликату центра тяжести подсистемы «Корпус и надстройка», мореходные качества, связанные с посадкой, остойчивостью, качкой, а также условия жизнедеятельности для подсистемы «Экипаж». От обоснования численности экипажа и удовлетворения технических и санитарных требований к условиям его жизнедеятельности зависят нагрузка масс и объемы помещений, связанные с вместимостью экипажа. На стадиях, когда отрабатывается концепция судна, необходимы статистические данные по судам - аналогам и нормативные требования к конструкции, устройству и оборудованию обитаемых помещений. Условия жизнедеятельности экипажа регламентируются санитарными правилами для морских судов промыслового флота, которые направлены на защиту экипажа от вредного воздействия физических факторов судовой среды. Нарушение норм приводит к снижению трудоспособности членов экипажа, появлению прогрессирующих заболеваний, травматизму и возникновению аварийных ситуаций. Для оценки условий жизнедеятельности экипажа на судне в математическую модель определения характеристик и элементов судна на стадиях его проектирования вводится функциональное требование обитаемости:

Ф

Ф > Ф*,

где Ф - фактические условия жизнедеятельности экипажа; Ф ^ - допускаемые условия жизнедеятельности экипажа; ¥ - функция обитаемости, определяемая как совокупность факторов локальных функций ^, характеризующих благоприятные условия жизнедеятельности экипажа на судне при воздействии ьго фактора; щ - коэффициент весомости ьго фактора.

К важным факторам обитаемости относят уровень вибрации. В качестве примера на СРТМ «Нейтрино» показан уровень вибрации по октавным полосам частот со средними геометрическими частотами 16, 31,5, 63 Гц (рис. 1).

W

4

я

5

S

«

а ю S

и

J2

35 а и о

£

100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50

О

О О ж ж ж •

A  о о ж ж • • •

  о ж •

 A A ж • • •

A

10 20 30 40

Частота колебаний, Гц

50

60

70

♦ 2 Гц

14 Гц

А8 Гц

016 Гц

Ж 31.5 Гц

• 63 Гц

0

Рис. 1. Уровни вибрации на СРТМ «Нейтрино» по октавным полосам частот Fig. 1. Vibration levels at SRTM Neutrino by octave frequency bands

В ходе инструментальных измерений установлено, что в жилых помещениях этого проекта судна более 80 % членов экипажа подвержены воздействию повышенного уровня вибрации, вызванной работой главного двигателя и гребного винта.

Следует отметить, что для решения задач, связанных с созданием конкурентоспособных подсистем «Корпус и надстройка» и «Экипаж», взаимодействующих с другими подсистемами средних рыболовных судов, необходимы статистические данные, полученные по результатам системного анализа их основных элементов и характеристик.

Анализ литературных источников показал, что теория проектирования во-доизмещающих кораблей и судов изложена в [1, 2], а методика проектирования конструкций надстроек для транспортных судов в [3-5]. Для определения массы надстройки на стадиях проектирования судна используют данные, представленные в [1, 4, 6]. Методы определения вибрации в местах пребывания экипажей и обеспечения ее нормативных значений на транспортных и рыболовных судах изложены в [7-10].

Проведенный анализ показал актуальность создания методического обеспечения для установления размеров, архитектурно-конструктивного исполнения и массы надстроек средних рыболовных судов, начиная с ранних стадий их проектирования. Выбраны направления исследований для определения основных элементов характеристик надстройки с учетом требований мореходных качеств судна и обеспечения нормативных характеристик прочности и вибрации. Разработана структурная схема исследований надстроек средних рыболовных судов, представленная на рис 2.

Рис. 2. Структурная схема исследований надстроек средних рыболовных судов Fig. 2. Structural scheme of studies of superstructures of medium fishing vessels

К задачам общего проектирования надстроек средних рыболовных судов отнесены: системный анализ данных по надстройкам; разработка алгоритма про-

ектирования и математических моделей, проведение вариационных исследований для выбора вариантов, отвечающих нормативным требованиям к прочности, вибрации и мореходным качествам судна, а также использованию при создании надстроек современных композиционных материалов. В соответствии со структурной схемой выполнен анализ статистических данных длины рыболовных судов, их водоизмещения, ярусов надстроек и их толщин. Анализ показал, что толщина настилов палуб, переборок и бортовых перекрытий надстроек для всего размерного ряда рассмотренных судов в большинстве одинакова и составляет 5 мм. В табл. 1 представлены статистические данные проектных характеристик средних рыболовных судов.

Таблица 1. Статистические данные проектных характеристик средних рыболовных судов

Table 1. Statistical data of design characteristics of medium fishing vessels_

№ п/п Название судна Длина, м Водоизмещение, м Длина ярусов надстройки, м

1-го 2-го 3-го

1 Svanaug Elise 64 3043 16,8 12,5 -

2 Мыс Корсакова 64,05 2870 10,1 10,1 -

3 Невельск 64,05 10,4 10,4 -

4 Таурус 63,85 1860 16 9,6 -

5 Ариус 61,44 3477 15,9 10,4 -

6 Печора 59,9 1940 28,2 26,6 10,1

7 Баренцево море 58,91 2737 10,7 5,9 -

8 Севрыба-2 57,8 2356 18,5 15,8 9,9

9 Севрыба-1 56,4 1220 17,2 14,4 10,1

10 Василий Яковенко 54,8 1234 12,4 12,4 6,2

11 Андрей Смирнов 53,7 1234 8,6 8,6 8

12 Торный 53,7 1202 8,6 8,6 8

13 Альпинист 53,7 1557 10,7 6,3 -

14 Антиас 52,55 1412 18,2 13,7 -

15 Михаил Порошенко 51,1 1305 12,4 10 -

16 Каспрыба-1 49,95 1863 15 12,5 -

17 Александр Масленников 49,8 1352 16,7 9 -

18 Вестлайнер 47,5 1266 13,6 11,6 -

19 Капитан Карташов 46,5 781 18,2 18,2 8,1

20 Надежный 44,81 7,2 4,5 -

21 Norafjell 44 987,8 8,9 8 -

22 Валерий Маслаков 42,24 605 10,2 6,6 2,5

23 СДСУ 41,9 1401 17,1 7,1 -

24 Иван Шаньков 40,8 596 10,5 8,4 -

25 Приморье 39,83 872,1 13,1 6,5 -

26 Ягры 38,5 7,5 -

На рис. 1-3 представлены зависимости длины 1-3-го ярусов надстройки от длины рыболовного судна, а на рис. 4-6 - зависимости от его водоизмещения.

а

о

^

а к о

U

о

03

а

<и

а

S

ы «

о а н

U

4 а я а х

5

30

25

20

15

10

y = 0,7589x0'7185 D2 _ П 1Ю1 4 \

\jf J. J. J J.

• • * ____ ______ fl • • • J-J

e  <*F a > • %

• • • •

35 40 45 50 55 60

Длина судна, м

65

5

Рис. 1. Зависимость длины первого яруса надстройки от длины среднего

рыболовного судна

Fig. 1. The dependence of the length of the 1st tier of the superstructure from the length

of an average fishing vessel

о u о a

0 н

03

1 * Is

H

с

д

а н а н и

70 65 60 55 50 45 40 35

y = 35,022x01716

R2 = С ,1954 m * •

•

1 —t •

•

%

w

10

15

20

25

30

Длина судна, м

0

5

Рис. 2. Зависимость длины второго яруса надстройки от длины среднего

рыболовного судна

Fig. 2. Dependence of the length of the second tier of the superstructure on the length

of an average fishing vessel

12

10

а

о

^

а к о

U

<и Л

н <и а

н =

а «

о а н

U

4 а я а х

5

y = 0,3527x - 10,879 D2 _ n ССЛ1

R - U,DD41 0

I

e

40

45 50 55

Длина судна, м

60

65

8

6

4

2

0

Рис. 3. Зависимость длины третьего яруса надстройки от длины среднего

рыболовного судна

Fig. 3. Dependence of the length of the third tier of the superstructure on the length

of the average fishing vessel

а

с

у

a к о u о и a <u

s

и

ы

о a н

с

д

а н а н и

30

25

20

15

10

5

y = 0,0028x + 9,024 2 •

R" - J,2101

• • • $ • •

• £ > * • • •

#

500 1000 1500 2000 2500 3000

Водоизмещение, т

3500

Рис. 4. Зависимость длины первого яруса надстройки от водоизмещения среднего

рыболовного судна Fig. 4. The dependence of the length of the first tier of the superstructure from the displacement of an average fishing vessel

а

с

у

а к о

U

о а о н

03

и

5Й «

о а н

с

д

а н а н и

30

25

20

15

10

0

y = 0 ,0037x + 4,8476 •

R \2 = 0,3621

___•

# • •

9

> •

•

500 1000 1500 2000 2500 3000

Водоизмещение, т

3500

5

Рис. 5. Зависимость длины второго яруса надстройки от водоизмещения

среднего рыболовного судна Fig. 5. The dependence of the length of the second tier of the superstructure from the displacement of an average fishing vessel

Рис. 6. Зависимость длины третьего яруса надстройки от водоизмещения

среднего рыболовного судна Fig. 6. The dependence of the length of the third tier of the superstructure from the displacement of an average fishing vessel

В табл. 2 представлены данные расчетной оценки массы надстройки средних рыболовных судов, а на рис. 7 - ее зависимость от водоизмещения.

Таблица 2. Расчетная оценка массы надстройки средних рыболовных судов Table 2. Estimated superstructure weight of medium fishing vessels

№ n/n Название судна Грузоподъемность, т Масса корпуса, т Масса надстройки, т

1 Мыс Корсакова 550 1874 244

2 Невельск 540 1600 208

3 Ариус 328 1315 210

4 Баренцево море 338 1290 206

5 Севрыба-2 485 1599 208

6 Севрыба-1 510 1546 201

7 Василий Яковенко 207 820 131

8 Андрей Смирнов 112 895 143

9 Торный 60 879 141

10 Антиас 470 749 97

11 Каспрыба-1 300 781 125

12 Альпинист 160 699 112

13 Капитан Карташов 60 750 120

14 Надежный 100 573 92

15 Валерий Маслаков 200 638,8 102

16 Иван Шаньков 252 985 158

17 Приморье 50 484 77

18 Ягры 183 549,1 88

nT

I 4

5

*

s

0

Q. I-

<J

4

(Ü

1

и (б

Рис. 7. Зависимость массы надстройки от водоизмещения судна Fig. 7. The dependence of the superstructure mass on the vessel's displacement

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В статье обоснована актуальность и разработана структурная схема исследования основных элементов и характеристик надстроек средних рыболовных судов.

Собраны и систематизированы статистические данные по надстройкам, получены зависимости изменения длины ярусов надстройки от длины среднего рыболовного судна. Для решения проектных задач на ранних стадиях проектирования получены зависимости длины ярусов надстройки от водоизмещения судна.

Выполнена расчетная оценка нагрузки масс надстроек для рассмотренных проектов средних рыболовных судов и получена зависимость массы надстройки от их водоизмещения.

Получены новые результаты, которые позволяют перейти к оптимизационным исследованиям основных элементов и характеристик надстройки для обеспечения мореходных, прочностных, вибрационных и технологических качеств.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Гайкович, А. И. Теория проектирования водоизмещающих кораблей и судов: в 2 т. / А. И. Гайкович. - Санкт-Петербург: Изд-во НИЦ МОРИНТЕХ, 2014. - Т. 1. Описание системы «Корабль». - 819 с.

2. Гайкович, А. И. Теория проектирования водоизмещающих кораблей и судов: в 2 т. / А. И. Гайкович. - Санкт-Петербург: Изд-во НИЦ МОРИНТЕХ, 2014. - Т. 2. Анализ и синтез системы «Корабль». - 812 с.

3. Проектирование конструкций надстроек транспортных судов: учеб. пособие / В. Л. Александров [и др.]. - Санкт-Петербург: Изд. центр СПбГМТУ, 1997. - 63 с.

4. Роннов, Е. П. Проектирование судов внутреннего плавания: учеб. пособие / Е. П. Роннов. - Нижний Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2009. -288 с.

5. Сиверс, Р. Л. Расчет и конструирование судовых надстроек / Р. Л. Сиверс. - Ленинград: Судостроение, 1966. - 300 с.

6. Бавыкин, Г. В. Определение массы надстройки на ранних стадиях проектирования судна / Г. В. Бавыкин, Б. А. Царев. - Ленинград: Судостроение, 1984. -№ 9. - С. 5-7.

7. Борьба с вибрацией на судах / под общей ред. В. Л. Александрова. -Санкт-Петербург: МорВест, 2005. - 424 с.

8. Дятченко, С. В. Теоретические положения проектного обеспечения норм вибрации на судах промыслового флота / С. В. Дятченко // Известия КГТУ. -Калининград, 2012. - № 25. - С. 119-126.

9. Дятченко, С. В. Прогнозирование параметров общей вибрации корпуса рыболовного судна / С. В. Дятченко // Судостроение. - 2009. - № 4. - С. 15-19.

10. Расчетная оценка уровней вибрации в обитаемых помещениях морских судов: метод. указания. - МУ 2.2.4.1518-03, 2003.

REFERENCES

1. Gaykovich A. I. Teoriya proektirovaniya vodoizmeshchayushchikh korabley i sudov [Theory of design of displacement ships and vessels]. Saint-Petersburg, Publishing House SIC MORINTECH, 2014, vol. 1, 819 p.

2. Gaykovich A. I. Teoriya proektirovaniya vodoizmeshchayushchikh korabley i sudov [Theory of design of displacement ships and vessels]. Saint-Petersburg, Publishing House SIC MORINTECH, 2014, vol. 2, 812 p.

3. Alexandrov V. L., Glozman M. K., Matlakh A. P., Polyakov V. I. Proektirovanie konstruktsiy nadstroek transportnykh sudov: uchebnoe posobie [Designing superstructures of transport ships: studies manual]. Saint-Petersburg, Izd. tsentr SPbGMTU, 1997, 63 p.

4. Ronnov E. P. Proektirovanie sudov vnutrennego plavaniya: uchebnoe posobie [Design of inland navigation vessels: studies manual]. N. Novgorod, Publishing house FGUU VPO "VGAVT", 2009, 288 p.

5. Sivers R. L. Raschet i konstruirovanie sudovykh nadstroek [Calculation and design of ship superstructures]. L., Sudostroenie, 1966, 300 p.

6. Bavykin G. V., Tsarev B. A. Opredelenie massy nadstroyki na rannikh stadiyakh proektirovaniya sudna [Determination of superstructure mass in the early stages of ship design]. L., Sudostroenie, 1984, no. 9, pp. 5-7.

7. Aleksandrov V. L., Matlah A. P., Polyakov V. I. Bor'ba s vibratsiey na sudakh [Fighting vibration on ships]. Saint-Petersburg, MorVest, 2005, 424 p.

8. Dyatchenko S. V. Teoreticheskie polozheniya proektnogo obespecheniya norm vibratsii na sudakh promyslovogo flota [Theoretical provisions of the project provision of vibration standards on the vessels of the fishing fleet]. Izvestiya KGTU, Kaliningrad, 2012, no. 5, pp. 119 -126.

9. Dyatchenko S. V. Prognozirovanie parametrov obshchey vibratsii korpusa rybolovnogo sudna [Prediction of general vibration parameters of the hull of a fishing vesse]. Saint-Petersburg, Sudostroenie, 2009, no. 4, pp. 15-19.

10. Raschetnaya otsenka urovney vibratsii v obitaemykh pomeshcheniyakh morskikh sudov. Metodicheskie ukazaniya [Estimated assessment of vibration levels in the inhabited premises of ships. Methodical instructions]. MU 2.2.4.1518-03, 2003.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Дектярев Александр Владимирович - Калининградский государственный технический университет; аспирант кафедры кораблестроения;

E-mail: nwasanches@mail.ru

Dektyarev Alexander Vladimirovich - Kaliningrad State Technical University;

Post-graduate student; Department of shipbuilding; E-mail: nwasanches@mail.ru

Дятченко Сергей Васильевич - Калининградский государственный технический Университет; доктор технических наук, доцент; заведующий кафедрой кораблестроения; E-mail: svd.ks@mail.ru

Dyatchenko Sergey Vasilyevich - Kaliningrad State Technical University; Doctor of Technical Sciences, Associate Professor; Head of the Shipbuilding department; E-mail: svd.ks@mail.ru

Коробчинский Валерий Анатольевич - ООО «Техцентр», руководитель проекта судостроения; E-mail: val-kor@mail.ru

Korobchinskiy Valeriy Anatolievich - «TechCenter» LLC; Shipbuilding Project Manager; E-mail: val-kor@mail.ru

Морозов Владимир Николаевич - Калининградский государственный технический университет; кандидат технических наук; доцент; академик РАЕН; E-mail: mvn3613@gmail.com

Morozov Vladimir Nikolaevich - Kaliningrad State Technical University; Doctor of Technical Science; Associate Professor; Academician of RANS; E-mail: mvn3613@gmail.com