Компьютерное проектирование и дизайн яхт.


Проектирование яхт – это процесс постоянного приближения к результату, который должен удовлетворять определенным, заранее заданным требованиям.  Чтобы достичь этого, дизайнер должен начать с некоторых предпосылок и проверить насколько они удовлетворяют поставленным условиям. Скорее всего, это не получится с первого раза, так что придется изменить некоторые начальные условия и повторить процедуру, обычно несколько раз.

 

Такой процесс, получивший название «дизайн-спираль», состоит в повторном прохождении нескольких этапов до получения желаемого результата. Обычно спираль состоит из следующих шагов:


- модель корпуса


- гидростатика


- распределение весов


- силовая установка


- конструкционные элементы


- общее расположение


Возможна и другая последовательность:


- модель корпуса и палубы


- модель киля и руля


- расчет парусов и такелажа


- общее расположение


- винт и двигатель


- конструкция корп уса и палубы

 

- размеры такелажа


- расчет весовой нагрузки


- гидростатика и остойчивость


- оценки параметров яхты.


Шаги спирали могут меняться в зависимости от того, какой тип яхты проектируется, и повторяются на этапе эскизного проектирования, первичного проекта и детального рабочего проекта. Из собственного опыта можно сказать, что очень важно просмотреть как можно больше вариантов на начальной стадии работы над проектом, прежде чем заняться детальными расчетами. Причина этого в том, что чем ближе к окончанию проекта вы находитесь, тем сложнее вносить необходимые изменения.

 

Нет ничего хуже, чем пройти все этапы разработки проекта и убедиться в том, что яхта погружается на 100 мм ниже расчетной ватерлинии. Рассмотрим этапы работы над проектом более подробно. На первом этапе у дизайнера имеется только спецификация яхты или техническое задание, причем часто приходится их разрабатывать самому, так как заказчик не может правильно сформулировать задачу, или, в лучшем случае, совместно с заказчиком.

 

Техническое задание является фактически целью работы над проектом, поэтому необходимо, время от времени, возвращаться к нему и уточнять необходимые параметры. На этапе эскизного или концептуального проектирования уже применяется дизайн-спираль. Эта фаза работы часто является наиболее продуктивной. На этой стадии заказчик и дизайнер часто ставят трудно реализуемые или вообще нереальные задачи. Не стоит сразу отказываться от их решения, пока не использованы все возможности.

 

На основании своего опыта или данных по аналогичным судам дизайнер задает основные параметры корпуса. Таким образом, могут быть рассчитаны: отношение длины к ширине корпуса, отношение парусности к площади смоченной поверхности, выравнивающий момент и метацентрическая высота.

Мы, обычно, создаем на компьютере несколько вариантов корпуса и надстройки и оцениваем их параметры и эстетические качества одновременно. На первом витке приближение к идеалу довольно грубое.

 

После выбора эскиза яхты, как правило, создается трехмерная модель, проводится цветная визуализация (рендеринг) модели и полученные изображения предлагаются для одобрения заказчику. На этапе первичного проектирования, после выбора основных параметров, приходит время для собственно конструирования корпуса, киля, руля и парусов.

 

Можно также выбрать примерное общее расположение внутри и снаружи яхты, для того, чтобы определить весовые нагрузки для начального расчета остойчивости. Цель этого этапа – провести предварительные расчеты гидростатики, остойчивости, скорости и других параметров для проверки их соответствия техническому заданию. Эти расчеты придется уточнять на следующем этапе.

 

Одним из важнейших результатов этапа первичного проектирования является теоретический чертеж корпуса, который лучше всего характеризует действительную форму яхты и ее свойства. Результаты данного этапа могут быть переданы судостроителям, для оценки возможной стоимости яхты. Не рекомендуется оценивать стоимость яхты без согласования с фирмой изготовителем.

 

На этапе детального проектирования определяют конструктивные элементы набора и обшивки корпуса, проводят расчет такелажа и выбор двигателя. Только на этом этапе можно провести уже точный расчет весовых нагрузок и остойчивости. И, наконец, можно провести более детальный расчет ходовых и эксплуатационных параметров яхты. Результатом последнего этапа проектирования являются рабочие чертежи для судостроителей, офсетные таблицы и файлы для раскроя обшивки, деталировка отдельных узлов.

 

Проведение расчетов в процессе выполнения этапов спирали – очень трудоемкая задача, которая раньше решалась с привлечением большого числа инженерного персонала. В наше время, эти задачи решаются с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР, CAD- англ.), причем для этих целей подходит практически любой современный персональный компьютер. Наиболее важным модулем САПР для дизайна яхт являются программы создания линий и поверхности корпуса, которые появились в 1980-х годах.

 

Корпус представляется системой поперечных и продольных линий или элементарными площадками, соединенными вместе, размер которых определяется заданными условиями гладкости поверхности. В любом случае, каждая точка поверхности определена математически, и, если заданы две координаты этой точки, то третья определяется автоматически. Так, например, если конструктор задал расстояние от форштевня, X , и глубину ниже ватерлинии, Z , то ширина корпуса в этой точке, Y , будет вычислена программой.

 

Существуют две задачи при построении поверхностей.  Создать новый корпус или скопировать, как можно точнее, существующий. Вторая задача сложнее и требует многократных итераций, что может оказаться довольно продолжительным процессом. Создание нового корпуса основано на использовании системы мастер-линий, через которые или вблизи которых проходит поверхность. Каждая линия определяется набором контрольных точек, лежащих на линии или вблизи нее. Число точек и линий обычно порядка 10.

 

Путем изменения координат отдельных точек можно менять форму мастер-линий и, следовательно, форму поверхности. Многие программы позволяют рассчитывать кривизну поверхности и сглаживать её. Большинство программ позволяют вращать поверхности и рассматривать их в перспективе, что является бесспорным преимуществом САПР. Например, форма линии борта на виде сбоку и в перспективе может выглядеть совершенно по-разному, так как изображение линии на сетчатке глаза зависит от распределения лучей вдоль корпуса.

 

Корпус, который хорошо выглядит на виде сбоку, может быть уродливым в реальном изображении. Наиболее современные программы позволяют создавать поверхности не только корпуса, но и палубы, надстройки и отдельных деталей яхты, что позволяет получить полностью реалистическое изображение (см. изображение на главной странице нашего сайта).

При создании обтекаемых поверхностей типа киля, программы позволяют строить поверхности различных заданных профилей сечения (обычно, на основе набора профилей NASA). После этого, рассчитываются объем, вес, центр тяжести и центр приложения гидродинамической силы. Для парусных яхт существуют программы с парусным модулем, где рассчитываются площади и центры, а также раскрой парусов.

 

Общий вес и центр тяжести яхты, обычно рассчитываются подпрограммой распределения весов (weight schedule), где учитываются масса и координаты каждого элемента конструкции. Важным модулем яхтенных САПР является модуль расчета гидростатики и остойчивости яхты. В этом модуле определяются: параметры остойчивости при малых и больших углах крена и дифферента, вес вытесненной воды на см осадки, площадь смоченной поверхности и др.

 

При расчете остойчивости определяется осадка и дифферент для каждого угла крена, что является достаточно трудоемкой задачей, если не применять данный модуль. Программы расчета скорости ( VPP -англ.) позволяют по заданным параметрам корпуса и движителя предсказать скорость яхты в различных условиях. Для парусных яхт, в зависимости от параметров корпуса, киля, руля и парусов, рассчитываются скорость яхты, угол крена и дрейф при различных скоростях и направлениях ветра. Простые симуляторы движения яхты используются даже на борту яхты для оптимизации параметров плавания.

Существуют также программы для расчета элементов корпуса, основанные на правилах различных классификационных обществ – ABS, Lloyd’s Register, ISO Scantling Standard 12215 . Применяют и другие методы расчета на основе сопромата или метода конечных элементов. Перспективным считается развитие программ по расчету гидродинамики корпуса, что позволит обходиться без опытных бассейнов и испытания моделей судов.

 

САПР для дизайна яхт могут быть развиты для использования в процессе постройки яхты (CAM-системы – англ.). Например, очень трудоемкий процесс плазовой разбивки корпуса и изготовления полномасштабных шаблонов может быть полностью исключен. Традиционно, судостроитель получал от конструктора офсетные таблицы, на основе которых изготавливались шаблоны для деталей корпуса. Если корпус спроектирован с использованием САПР, то шаблоны могут быть вырезаны автоматически.

 

Развертка и раскрой листов обшивки также может быть проведен непосредственно на основе соответствующего файла программы, управляющего работой координатного режущего инструмента, например, плазмореза. Более подробный анализ и сравнение существующих систем автоматизированного проектирования моторных и парусных яхт мы планируем опубликовать в скором будущем.

 

О.Карулин.

 

Источник:  http://karulinyachts.com

 

Оставить комментарий

Комментарии: 0