Выбор гидродинамической схемы судна на подводных крыльях и её аналитическая оценка на ранних стадиях проектирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.03, кандидат технических наук Мухина, Милена Львовна

• Мухина, Милена Львовна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мухина, Милена Львовна

Стр. ^ Список основных условных сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ТРАНСПОРТНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ПАССАЖИРСКИХ СУДОВ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ В СОВРЕМЕННЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

2 РАЗРАБОТКА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ СХЕМЫ СПК -- ПРИОРИТЕТНАЯ ЗАДАЧА НАЧАЛЬНОГО ЭТАПА

ПРОЕКТИРОВАНИЯ СУДНА.

2.1 Методологические подходы в теории и практике проектирования СПК.

2.2 Гидродинамический комплекс СПК: основные определения и 29 функции.

3 УСТОЙЧИВОСТЬ ДВИЖЕНИЯ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ, КАК ДОМИНАНТА ПРОБЛЕМЫ ВЫБОРА

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ СХЕМЫ СПК.

3.1 Исторические аспекты постановки задачи об устойчивости СПК.

3.2 Устойчивость хода на крыльях и гидродинамические схемы СПК - анализ генетических связей.

3.21 Синтез схемы «тандем» - выдающееся достижение изобретателей СПК.

3.22 «Эффект Алексеева» и отечественная школа проектирования

3.3 Теория устойчивости движения и практическая методология проектирования гидродинамического комплекса СПК.

3.31 Испытания моделей СПК методом свободной буксировки как основной способ практического изучения устойчивости движения проектируемого объекта (опыт ЦКБ по СПК).

3.32 Разработка методики аналитической оценки устойчивости движения в начальной стадии проектирования СПК.

3.32.1 Устойчивость (равновесие) установившегося движения.

3.32.2 Построение и анализ системы уравнений продольного свободного * возмущенного движения СПК системы «тандем».

4 ФОРМИРОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО ПОДХОДА

К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ ВЫБОРА И ПОСТРОЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ СХЕМЫ СПК НА НОВОМ ЭТАПЕ ИХ РАЗВИТИЯ.

4.1 Постановка задачи.

4.2 Методология гидродинамического копирования СПК.

Понятие о гидродинамическом прототипе.

4.3 Систематизация статистических материалов с целью создания базы данных по СПК-гидродинамическим прототипам.

5 ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОСТРОЕНИЯ

СХЕМЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КОМПОНОВКИ» СПК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО КОПИРОВАНИЯ.

5.1 Технико-экономическое обоснование проекта.

5.2 Выбор гидродинамического прототипа.

5.3 Определение водоизмещения СПК-проекта и значения масштабного модуля.

5.4 Определение мощности СЭУ и выбор двигателя (-ей) для СПК-проекга. Расчетная скорость хода на крыльях в первом приближении.

5.5 Структура и построение «Схемы гидродинамической компоновки» СПК-проекта.

5.6 Фрагменты общего проектирования объекта по выбору его гидродинамической схемы (второе приближение).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Указатель литературы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Выбор гидродинамической схемы судна на подводных крыльях и её аналитическая оценка на ранних стадиях проектирования»

Актуальность работы. В сентябре 1957г. рейсом теплохода «Ракета» на линии* Горький-Казань в СССР было открыто регулярное пассажирское сообщение наСПК. Полтора месяца спустя; в стране был запущен-первый в мире искусственный спутник Земли. В обстановке общенационального^ подъема и эйфории, вызванной этим событием, тогдашние СМИ не обошли вниманием и феномен нового вида движения по воде, которое часто сравнивали с «полетом над водой».

Уже через 10-15 лет после первого рейса «Ракеты» в стране удалось создать скоростной флот, по своей численности и масштабам перевозок, не имеющий аналогов в мире. В подтверждение этого факта приведем цитату из известной книги Р. Макливи [38], которая вышла в Великобритании в 1976г.: «На сегодняшний день во всем мире находится в эксплуатации более тысячи СПК, из них порядка 80% - в Советском Союзе».

В подавляющем большинстве скоростной флот был представлен СПК конструкции ЦКБ по СПК им. P.E. Алексеева. Начиная с 60-х годов и вплоть до 1990г, отечественное скоростное судостроение занимало в мире лидирующие позиции. В рассматриваемый период времени на судостроительных заводах страны были построены более 1100 различных типов пассажирских СПК. Наглядное представление об объемах и номенклатуре этого строительства дает диаграмма на Рисунке 1.

О масштабах распространения СПК можно судить по схематической карте (Рисунок 2). Регулярное сообщение на СПК связывало между собой более полусотни крупных речных и морских портов бывшего государства. В основу этих иллюстраций были положены аналогичные диаграмма и схема, относящиеся к середине 60-х годов, приведенные А.И. Маскаликом в [23]. Мы дополнили их информационным материалом, охватывающим более поздний период времени, вплоть до начала перестройки.

О о-——— ие/шруиь ^• " 1\и/1лиии

1957 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 1991

Рисунок 1. Динамика строительства судов на подводных крыльях (1957-91 годы) I

Рисунок 2. Географическая схема районов эксплуатации СПК в СССР

В условиях плановой экономики, когда «погоня за прибылью» официально не поощрялась, а главным было «выполнение плана перевозок при обеспечении максимальной заботы об удобствах пассажиров», выбор коммерчески выгодных линий эксплуатации СПК не слишком озадачивал руководителей пароходств, занимающихся пассажирскими перевозками. Принимались весьма простые решения - линии, обслуживаемые СПК, в основном 6

МО' дублировали наземные автобусные линии. Загрузка судов, как правило, была полной, а в выходные и праздничные дни устраивались дополнительные рейсы. В условиях, когда транспортные тарифы устанавливались государством, публика предпочитала поездку на СГЖ поездке в часто переполненном автобусе. Сложилась система, при которой летом, в период массового выезда горожан за город пассажирские СПК заметно разгружали автобусные пассажиропотоки. У автора данной работы была возможность в течение более двадцати лет наблюдать за составом пассажиров «Ракет» и «Метеоров». Имеются основания утверждать, что по классификации современных социологов эта публика не дотягивала до «среднего класса». Это были «безлошадные» дачники, рыбаки-туристы, едущие на рыбалку в выходные или в отпуск, сельские жители, которые имели возможность за один день побывать в городе и вернутся обратно. В небольшом числе, но стабильно был представлен «деловой» пассажир, главным образом профессиональные речники.

В 2006 году в статье журнала «Classic Fast Ferries» [http//www. classic fast ferries, com], посвященной пятидесятилетию эксплуатации т/х «Freccia del Sole», (первого СГЖ, построенного судоверфью «Rodrigues-Cantieri navali» [http//www. Rodriguez, it] — ведущего европейского предприятия' по строительству СГЖ), автор с ностальгией отмечает, что 60-70 годы были периодом наивысшего подъема интереса к СГЖ. Но, уже в конце 70-х в строительстве и эксплуатации пассажирских СПК за рубежом впервые появились кризисные явления. Они совершенно не затронули скоростное судостроение в СССР, где заводы продолжали работать не только на внутренний, но и зарубежный рынок.

Экономический коллапс 90-х годов не только поставил отечественный скоростной флот на грань исчезновения, но и вызвал сомнения в самой целесообразности существования СГЖ, как транспортного средства, в их дальнейшем развитии. Оказалось, что в условиях рыночной экономики, с ее непредсказуемым взлетом цен на топливо, СПК не выдерживают конкуренции с пригородными и междугородными автобусами. Так, в навигацию 2007г., стоимость билета до пристани «Макарьево» на Волге на т/х «Ракета» была I

185 руб., а проезд в мягком автобусе марки «ПАЗ» до г. Лысково - 111 руб. Отметим, что расстояния до-обоих пунктов и время в пути каждого из упомянутых транспортных средств практически одинаково, поэтому сравнение стоимости проезда на них имеет высокую степень корректности. Заметим также, что речь идет о сравнении СПК и автобусов междугородного сообщения, при эксплуатации которых соблюдается правило: «число пассажиров не более числа мест для сидения». На пригородных линиях протяженностью менее 100км, это правило не выполняется на вполне легальных основаниях: автобус «ЛиАЗ», имея 35 мест для сидения, по сертификационным нормам может набирать до 87 пассажиров, 52 из которых едут стоя. Этой возможностью автотранспортники пользуются при каждой благоприятной ситуации. «В тесноте, да не в обиде» - эта поговорка, которой в России издавна оправдывалось зачастую убогое состояние дела пассажирских перевозок. В случае с СПК эта народная мудрость принципиально не срабатывает. Перегруженное судно просто не выходит на крылья. Не отсюда ли берет свое происхождение тезис о нерентабельности пассажирских перевозок на СПК, грозящий их забвением?

До 2003г. пассажирские перевозки на СПК продолжали дотироваться из госбюджета. Но постепенно эта практика сошла «на нет» и, как свидетельствует В.И. Любимов, «.в 1995г. из-за падения уровня платежеспособности населения и ограничения в средствах финансовой поддержки из федерального и местного бюджетов были закрыты сразу 23 скоростных линии и более 50 скоростных судов были поставлены на отстой. Тенденция сокращения пассажирских перевозок сохраняется и в наше время.» [«Волго-Невский проспект» №15(33) от 28.07.2006г.]. Критическое состояние, в котором оказались пассажирские СПК, не может не волновать специалистов, принимавших участие в создании скоростного флота. Им хорошо известно, что СПК продолжают оставаться высокотехнологичными транспортными машинами. Гидродинамическое и пропульсивное качество СПК - величины, влияющие на расходы топлива, у судов P.E. Алексеева имеют максимальные* среди СПК значения, которые вряд ли будут превзойдены в обозримом будущем. До сих пор архитектурные формы СПК P.E. Алексеева' не являются архаичными.

Целью диссертационной работы является построение практической методологии проектирования гидродинамического комплекса СПК, обеспечивающей оптимальное по затратам времени и трудоемкости восстановление их проектирования и строительства.

Положения, выносимые на защиту:

• СПК продолжают оставаться высокотехнологичными транспортными машинами, имеющими свою нишу в транспортной системе государства; их сравнение по расходам топлива с междугородными автобусами изначально является некорректным; СПК не должны дублировать транспортные линии, обслуживаемые автобусами;

• при формировании «Теории проектирования СПК», как науки, необходимо отметить, что:

1) приоритетным объектом внимания конструкторов СПК в начальной стадии проектирования является не корпус судна, а его гидродинамический* комплекс (ГДК), обеспечивающий успешную реализацию эксклюзивно присущего СПК принципа движения по воде;

2) изучение и разработку расчетных и эмпирических методов определения ходовых характеристик, характеристик управляемости и маневренности можно проводить лишь после того, как будет уверенность, что рассматриваемый вид движения является устойчивым;

3) резюме: наиболее целесообразно проводить не автономное, как это принято в классической теории проектирования судов, а комплексное изучение указанных «мореходных качеств» СПК в формате одной-темы, которая будет фигурировать под названием, например, как «Механика движения СПК».

• определение естественной гидродинамической устойчивости движения СПК (феномена «гидродинамической самостабилизации») как «способности гидродинамического комплекса судна самостоятельно, без вмешательства судоводителя или автоматики, сохранять режим хода на крыльях при воздействии как случайных, так и стационарных возмущений, имеющих специ-фикационный характер»;

• применение методологии гидродинамического копирования является наиболее прагматичным подходом к решению проблемы возобновления проектирования и строительства новых СПК в современных условиях.

Признаки научной новизны имеют следующие результаты работы:

• разработана методика, проведены масштабные расчеты и построена диаграмма для сравнительной оценки эффективности использования запаса^ топлива транспортными машинами принципиально разных конструктивных типов;

• обоснование вывода о приоритетной роли построения гидродинамической схемы СПК в начальной стадии проектирования;

• в диссертации обоснованно ставится вопрос о необходимости,изменения в традиционном принципе автономного изучения ходовых качеств («ходкости») судна, когда речь идет о проектировании СПК; ходовые качества этих судов в переходном и основном режимах движения должны рассматриваться только вкупе с анализом устойчивости движения объектов;

• выполненный в диссертации в ретроспективном ключе обзор диалектики изобретения и развития схемы «тандем» (Э. Форланини, А. Крокко, P.E. Алексеев) убедительно свидетельствует в пользу тезиса о доминантной роли устойчивости движения объекта при синтезе гидродинамической схемы СПК;

• разработано математическое обеспечение для аналитического определения важнейшего показателя устойчивости, а именно свободного возмущенного движения СПК;

• теоретически обоснованным и практически апробированным является применение методологии гидродинамического копирования (термин является

1 аналогом термина, применяемого в проектировании самолетов), представляющего возможности для разработки проектов новых СПК;

• разработка и анализ статистической диаграммы, устанавливающей зависимость между пассажировместимостью СПК и его водоизмещением масс, используемых в методологии гидродинамического копирования.

Практическая значимость работы. Как показывает практика проектирования СПК, разработка гидродинамического комплекса нового судна — достаточно трудоемкий процесс, который по опыту ЦКБ по СПК продолжается несколько месяцев и даже лет. Успех дела при этом обеспечивается специалистами-гидродинамиками и мастерами рабочих профессий, владеющих специфическими технологиями проведения испытаний на открытых аква-полигонах. С этой точки зрения разработанный в диссертации метод проектирования гидродинамического комплекса СПК как динамически-подобной модели гидродинамического комплекса некоторого СПК-прототипа, сокращая практически на нет затраты времени и средств на проведение модельных испытаний, может оказаться и единственным способом восстановления в стране строительства новых СПК.

1. АНАЛИЗ'ТРАНСПОРТНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАССАЖИРСКИХ СУДОВ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ В СОВРЕМЕННЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Проблемы успешной коммерческой эксплуатации СПК особенно обострились в конце ХХ-го века в связи с непрекращающимся ростом мировых цен на топливо. В России этот период совпал по времени со сменой в стране экономического уклада. Успешно до того развивавшаяся отрасль промышленности и транспорта, не имея опыта работы в условиях рыночной экономики, быстро деградировала, оказавшись у последней черты.

Причины кризисного состояния, в котором находится сегодня скоростной флот, представленный СПК, на первый взгляд очевидны. Во-первых, обычно озвучивается тезис об более высоких по сравнению с автобусами расходах на топливо в расчете на один рейс. Во-вторых, невозможность круглогодичной эксплуатации.

Выполненные в диссертации расчеты показали, что приведенные расходы на топливо Сепасс.'-км [руб./пасс.-км] у СПК заметно выше, чем у автобусов (см. Рисунок 1,1).Эти уступки заложены на «генетическом» уровне, так как в их основе лежат различия физических принципов движения рассматриваемых транспортных машин. У СПК по объективным причинам, приведенные массы и энерговооруженность выше, чем у автобусов (см. Рисунок 1.2 и 1.3).

Но, могут ли более высокие расходы топлива быть достаточным основанием для выводов о каком-либо техническом несовершенстве СПК?

Начнем с того, что экономика транспорта, как наука, относит рейсовую себестоимость одного пасс.-км к числу частных показателей эффективности транспортных машин, не учитывающих разнообразия расходов, связанных с организацией системных перевозок. Статистика показывает, что расходы на топливо составляют (30-40%) от общих расходов на эксплуатацию транспортных машин. ьВпасс-к» /тс .,„/ 2,2

Длина расчетной дистанции 1=100 км

Рисунок 1.1. Себестоимость одного пасс.-км по расходу топлива для СПК и автобусов

РТ5-150"

250 Число 300 пассажиров п

Рисунок 1.2. Массовые характеристики СПК и автобусов

Рисунок 1.3. Приведенные (в расчете на одного пассажира) мощности

СПК и автобусов

Необходимо найти критерий, более точно и объективно определяющий связи между расходом топлива и техническим совершенством транспортного объекта. Он должен учитывать функциональные зависимости между массой машины, мощностью ее энергетической установки (ЭУ), пропульсивным к.п.д. и их влияние на расход топлива при некоторой заданной скорости движения (хода). Поиск такого критерия начнем с анализа известного уравнения технической механики, которое определяет «полезную» мощность машины («винтовая» мощность судна, «мощность тяг» автобусов, «потребная» мощность самолетов и др.):

Np = (1-1), где Ре — полезная тяга (упор) движителя транспортной машины; v — расчетная скорость, отвечающая режиму установившегося движения (эксплуатационная скорость); г| - к.п.д. движителя.

При установившемся движении объекта полезная тяга Ре равна силе сопротивления R, которую можно представить отношением

R~ К' где тд — сила тяжести машины; К — известный в теории проектирования самолетов и СДПП параметр, называемый аэродинамическим или гидродинамическим качеством объекта.

Мы не нашли оснований против его использования при изучении динамики колесных видов транспорта и уравнение (1-1) предлагаем записать в виде

1-2).

С другой стороны, мощность Np, подводимую к движителю, можно связать с эффективной мощностью движителя Ne уравнением:

Np = Neiipr (1-3), где Т]рГ — к.п.д. пропульсивной передачи (валопровод + движитель) СПК, то есть

Лpr ~ Лр Леал.э где цвал - механический к.п.д. валопровода. (В автомобильном деле аналогом Г|рг является к.п.д. трансмиссии

Приравнивая правые части (1-2) и (1-3), можно получить

Произведение Кг\рг — это пропулъсивное качество, характеризующее техническое совершенство (наименьшее сопротивление + эффективный движитель) транспортных средств, у которых на расчетных скоростях движения (хода) в категории внешних сил действующих на объект, превалируют силы, имеющие динамическую природу. Но необходимо еще раз отметить, что речь идет о сравнении транспортных машин только по расходу топлива. Чтобы подчеркнуть это обстоятельство, покажем, как пропульсивное качество, являясь мерой технического совершенства машины, напрямую определяет ее расход топлива. С этой целью введем в анализ традиционно используемые в проектировании и эксплуатации самолетов понятия часового и километрового расходов топлива. Применению этих понятий в проектировании СПК положили начало работы В.М. Пашина [54].

Итак, часовой расход

Яч = СеМе [кг/ч] (1-5), где Се— удельный расход топлива главным двигателем ЭУ объекта [кг/кВт ч];

ЛГе— суммарная эффективная мощность ЭУ [кВт].

Километровый расход топлива

Чкм = ^ = 7 [кг/км] (1-6), где V — скорость движения транспортного объекта [км/ч].

Подставляя в (1-6) значение Ие и Ыр из (1-3), получим

Ч™ = ^ (1-7). к Лрг

Из (1-7) можно получить еще одно выражение для коэффициента про-пульсивного качества транспортной машины, устанавливающее искомую связь между ее техническим совершенством К г\рг и километровым расходом топлива

Сетд

Пропульсивное качество Kr\pr является искомым универсальным параметром, позволяющим не только оценивать инженерное совершенство отдельно взятых транспортных машин, но и сравнивать между собой машины, относящиеся к одной и той, же группе.

В диссертации приводятся материалы, которые позволяют сделать вывод о том, что СПК конструкции P.E. Алексеева имеют наивысшее значение этого параметра среди всех видов СДПП, представляющих водные виды транспорта. Но, по известным причинам, у СПК пропульсивное качество меньше, чем у автобусов и самолетов. Не нужно с ними конкурировать, СПК не должны вторгаться в транспортную нишу, занимаемую этими машинами.

Невозможность круглогодичной эксплуатации СПК в первом приближении намного (~вдвое) уменьшает годовые эксплуатационно-экономические показатели пассажирских СПК. Но, если от годовых (навигационных) величин перейти к их аналогам, рассчитанным за весь период жизненного цикла сравниваемых объектов. В работе авторов [47, 48] обосновывается гипотеза, согласно которой из-за того, что период жизненного цикла СПК в четыре раза превышает аналогичный период времени эксплуатации автобуса дальнего следования, показатели транспортной эффективности нивелируются. Но, для доказательства этой гипотезы понадобится многолетний период коммерческой эксплуатации СПК в условиях рыночной экономики. Такая отдаленность получения результатов заставила нас подойти к сравнению эффективности использования запасов топлива транспортными машинами разного типа с других, с более общих позиций. Такой подход основывался на классических понятиях механики и теплотехники. Он более абстрагирован, не требуя подробной информации об аэрогидродинамических и пропульсивных характеристиках объекта. Данное обстоятельство позволил привлечь к анализу помимо СПК и автобусов, транспортные средства, реализующие другие принципы поддержания и движения: самолеты, вертолеты, СВП амфибийного и скегового типа, глиссирующие катера, а также транспортные средства; имеющие пока статус экспериментальных.

Итак, на перемещение транспортной1 машины, на расстояние L (протяженность рейса) с постоянной скоростью v нужно затратить работу, определяемую по известной формуле механики

Av=PeL или Ар = R L, [Дж] (Г-8).

Определение винтовой мощности существующих СПЕС не вызывает каких-либо затруднений, например, [23]. Аналогичными материалами по мощ-ностным балансам автобусов поделились с нами сотрудники кафедры «Автомобили и тракторы» Нижегородского технического университета им. P.E. Алексеева (НГТУ им. P.E. Алексеева). Поэтому при определении полезной работы применительно к этим объектам достаточно формулы (8).

Но когда дело касается самолетов, вертолетов и прочих образцов транспортной техники, получение информации о названных выше характеристиках становится проблемной задачей, поскольку эти проектные материалы традиционно имеют ту или иную степень закрытости. Выход из ситуации — возможность представить полезную работу Ар через мощностные показатели транспортной машины. Используя еще одно известное соотношение теоретической механики между полезной работой и полезной мощностью Ре, можно получить

Av=Net Г|рг, [Дж], где t — время прохождения расчетной дистанции.

На выполнение полезной работы Ар расходуется энергия, образующаяся при сгорании топлива массой штот- и теплотворной способностью q [кДж/кг]. Эта энергия подсчитывается по формуле теплотехники

Ч,тепл. ЯТ^-топл. [Дж].

Отношение эр = V2- (ь9)

•¿тепл. назовем коэффициентом эффективности использования запаса топлива или теплотехническим к. п. д. транспортной машины. Можно утверждать, что этот коэффициент наиболее объективно характеризует ее инженерный уровень.

По формуле (1-9) были выполнены расчеты коэффициента теплотехнического к.п.д. для ряда транспортных средств, относящихся к наземному, водному и воздушному видам транспорта. Подробная номенклатура объектов и соответствующие значения коэффициента Эр приводятся на диаграмме Рисунке 1.4.

Представляя результаты расчетов на графике, мы в качестве характерного параметра принимали не скорость движения объекта, как это свойственно диаграммам типа Кармана-Габриелли [10], заложившим методические начала межвидового сравнения эффективности транспортных средств, допуская, например, сравнение СПК по величине К Г]рг с автомобилями, самолетами, вертолетами и другими видами наземного, водного и воздушного транспорта, а число, известное в судостроении как «число Фруда» где V — скорость движения объекта, [м/с]; I) — его масса, [т].

В ходе библиографического поиска не удалось найти примеров применения этого числа или его аналогов в теории движения автомобилей. Тем не менее, автор диссертации полагает, что нет причин против его использования в качестве параметра, характеризующего относительную скорость сравниваемых объектов, исходя из предположения £ = тапот-.

По материалам проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

1. У пассажирских СПК есть своя ниша в существующей системе транспорта. СПК, касающиеся себестоимости пассажирских перевозок по расходам топлива, могут быть денонсированы, если:

2. СПК заметно уступают междугородным автобусам по эффективности использования топлива. Но, негативные сравнительные оценки могут быть в значительной степени денонсированы с учетом замечаний:

2.1. Современная система тарифов на транспорте, когда цена билетов на автобус или СПК определяется рыночными условиями, а высокоскоростV ная магистраль считается «общенародным достоянием», обрекает СПК на значительные уступки автобусам по расходам топлива.

2.2. В экономических расчетах по организации пассажирских перевозок на СПК, нужно воздержаться от сравнительных оценок рейсовой или годовой (навигационной) себестоимостям перевозок, а рассматривать итоги работы за гораздо более длительный период (в идеале равный продолжительности «жизненного цикла» сравниваемых транспортных средств);

3. Организация нового транспортного предприятия, использующего СПК, должна строиться на новых принципах их коммерческой эксплуатации. Большинство скоростных линий на водных путях в бывшем СССР дублировали наземные, чаще всего автобусные линии. Особенно заметно это в Европейской части России, где высокую конкуренцию СПК составляет автобусное сообщение. Вместе с тем на реках Сибири, дальнего Востока и Крайнего Севера, переправы через крупные озера, через морские проливы, на каботажных морских линиях пассажирские СПК до сих пор являются единственным и надежным средством сообщения. Преимущества такого использования СПК с точки зрения их транспортной эффективности очевидны. В последнее время в стране наметилась перспективная тенденция использовать небольшое число «уцелевших» СПК в качестве экскурсионных.

4. Новые подходы к организации менеджмента в коммерческой эксплуатации СПК должны сопровождаться технической модернизацией последних. Большинство существующих в настоящее время СПК морально и физически устарели. В первую очередь это касается их двигателей.

Обсуждая экономически неубедительную для кого-то судьбу СПК, нельзя не учитывать, что эти суда представляют собой высокотехнологичные изделия с гарантированными возможностями поставки на экспорт. Утеря наработанных алгоритмов проектирования и специфических приемов в технологии их постройки — очевидное ослабление стратегических планов государства в его стремлении уменьшать долю сырьевого экспорта. Это неминуемо означает также отставание страны в области новейших области новей

19 ших военно-морских технологий, ибо функция общественной полезности СПК не ограничивается только пассажирскими перевозками.

С удовлетворением отмечаем, что наши прогнозы относительно дальнейшей судьбы пассажирских СПК, опубликованные ранее [44, 45, 46, 47]. Они получившие развитие в диссертационной работе и оказались созвучными с мнением ученых и специалистов в области скоростных пассажирских перевозок на водном транспорте [36].

Эр

28г

26

2 4

22

20 та«

Ж6: I

1 I : 1 № т ттшр

4Т6ь2 I

Метеор-2

РТБ150

Спутник

Комета Ракета

РТ-21 Колхида,

ЛМеждународные автобусы:

1.ГАЭ-32213 8.МАЗ-101 И.Мегсе(1е$-Вем0302СМ-8

2.ПАЗ-32053 9./1АЗ-АИ1 15 УоЫо ВЮМ

11аз11111З ™ МАМ А72

7. НЕФАЗ 5299-01

-&у=60км/ч Л Окм/ч

----а----а у^80км/ч

Альбатрос расточка, к.Дельфин [^Восход |

Ми-8

Ми-4

Вертолеты • Ка-18

•Ка-26

Ми-34

Як-2ЬА

• ми-6А

ИЛ-Н

Самолеты с Воздушными динтами ■ТгЫзпбег" «0э5/,7«.

Солуз/Г440

-410

Суда на воздушной подушке: Амфибийные СВП: Скегобые СВП:

1. "УТ-Г 6."Зарница"

3 '5Ш- 6" ^

4. Сормаоич

5.Т орькойчанин"

Суда с воздушной каверной:

1. "Линда" 2."Веста" З.'Серна"

Глиссеры:

1."НК/1-27" 2."Автадар" 3."Экспресс" 4. "Заря" о Речные СПК *Морские СПК

8 10 12 74 16 18 20 22 24 26 28 И

Рисунок 1.4. Теплотехнический к.п.д. некоторых транспортных машин Эр = /С^Гд).

Расчетная дистанция 100 км.

Заключение диссертации по теме «Проектирование и конструкция судов», Мухина, Милена Львовна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ, ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведенный в диссертации сравнительный анализ транспортной эффективности пассажирских СПК, позволяет утверждать, что СПК конструкции P.E. Алексеева продолжают оставаться транспортными машинами с наиболее высокими для этого типа судов технико-эксплуатационными характеристиками. Сравнивать эти показатели с их аналогами у междугородных автобусов изначально некорректно. Конкуренции между этими видами транспорта быть не должно. В диссертации обосновано, что у пассажирских СПК имеется своя ниша в транспортной системе государства.

2. Результаты анализа творчества P.E. Алексеева и опыта практического проектирования ЦКБ по СПК в сопоставлении с обзором библиографии, посвященной этой теме, позволяют сделать вывод, который представляет методологический интерес для теории проектирования СПК как прикладной науки, формирование которой еще далеко не завершено. В отличии от классической теории проектирования водоизмещающих судов, приоритетным объектом внимания конструкторов в начальной стадии работы над проектом является не корпус СПК, а его гидродинамический комплекс. Схема его компоновки является тем документом, с которого начинается общее проектирование объекта в формате технического проекта.

3. «Авиационный» подход к началу проектирования СПК, предусмотренный в п.2, вносит еще одну смену приоритетов: первоочередное внимание должно быть уделено двум важнейшим функциям ГДК СПК, определяющих его жизнеспособность, это:

1) обеспечение необходимого разгона судна и его «выхода на крылья»;

2) устойчивость движения в режиме хода на крыльях.

4. Традиционно в теории корабля к изучению ходкости водоизмещающих судов подходили, рассматривая- его изолированно, вне связи с другими мореходными качествами объекта. Такой подход сохранился и по отношению к СПК. В диссертации, впервые в теории движения СПК, обосно

112 вывается необходимость и целесообразность совместного изучения ходкости и устойчивости движения СПК в рамках одной темы с условным названием, например, «Механика движения СПК».

5. Особое внимание в диссертации было уделено проблеме устойчивости движения СПК, как доминанте проблемы выбора, структуризации и построения схемы гидродинамического комплекса СПК. В ходе анализа были сделаны следующие выводы:

5.1. Изучение проблемы с позиций общетехнической теории устойчивости движения является наиболее корректным способом получения информации, как при аналитическом, так и при эмпирическом методе познания явления.

5.2. «Принцип обеспечения устойчивости движения определяет конструктивный тип несущей системы СПК» — этот тезис находит обоснование входе ретроспективного обзора, посвященного диалектике изобретения и дальнейшего развития гидродинамической схемы «тандем», являющейся выдающимся достижением ХХ-го века.

5.3. Система «тандем» наиболее оптимальным образом отвечает требованиям к конструктивной реализации гидродинамического феномена, эксклюзивно принадлежащего СПК, построенных по указанной схеме. Речь идет о естественной гидродинамической устойчивости (самостабилизации) движения СПК в расчетном режиме. Такой способности нет даже у вполне устойчивых самолетов.

5.4. Испытания динамически-подобных моделей как наиболее точный способ изучения устойчивости сохраняет свое значение в будущем. Но, прибегать к нему следует только на завершающем этапе работ по проектированию гидродинамической схемы судна. Оценку устойчивости предварительных вариантов можно осуществлять аналитическими методами. Для этого, в диссертации разработано соответствующее математическое обеспечение.

6. Наиболее значительным результатом исследования, имеющим сугубо практическое значение, является разработка методики проектирова

113 ния гидродинамической схемы СПК на базе схемы уже известного СПК. Метод, основанный на теории динамического подобия, позволяет принципиально обойтись без проведения модельных испытаний.

7. В материалах диссертации приводится достаточно материалов, подтверждающих вывод о том, что приоритеты при выборе СПК--гидродинамических прототипов должны быть отданы исключительно судам, разработанным в ЦКБ по СПК.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мухина, Милена Львовна, 2011 год

1. Алексеев P.E. Опыт проектирования, строительства и эксплуатации судов на подводных крыльях и их перспективы развития. Сб. трудов НТО им. акад. А.Н. Крылова. Горький, 1961

2. Алексеев P.E. Опыт эксплуатации теплохода «Ракета». — Л.: Судостроение, 1958

3. Алексеев P.E. Основные направления развития транспортного скоростного судостроения. Доклад на VI НТК по проектированию скоростных судов, посвященный 20-летию с момента создания первого скоростного судна «Ракета». Горький, 1976

4. Алексеев P.E. Итоги эксплуатации первого речного теплохода на подводных крыльях. Сб. Проектирование и строительство речных судов. -М.: Речной транспорт, 1960, с. 15-21

5. Андрианов Л.В. Исследование и«разработка расчета бокового движения судов на малопогруженных подводных крыльях Автореферат диссертации к.т.н. Горький, 1973

6. Бадягин A.A. и др. Проектирование самолетов, с. 16 — М.: Машиностроение, 1972

7. Басин A.M. Ходкость и управляемость судов. М.:.Транспорт, 1968.

8. Басин A.M., Анфимов В.Н. Гидродинамика судна. Л.: Речной транспорт, 1961

9. Белавин Н.И. Экранопланы. Л.: Судостроение, 1968'

10. Белецкая С.Б. Оптимизация« конструктивных параметров несущих гидродинамических комплексов скоростных судов. Автореферат диссертации к.т.н. Нижний Новгород, 1999

11. Богатырев С.Д. Опытовый бассейн для СПК. Сб. трудов НТО СП. Вып. 128, 1969

12. Бочкарев А.Ф. и др. Аэромеханика самолета, с. 127 М.: Машиностроение, 1985

13. Ваганов A.M. Проектирование скоростных судов, с. 179. Л.: Судостроение, 1978.

14. Справочник по теории корабля. В трех томах. Под редакцией Войткун-ского Я.И. Том 3. Управляемость водоизмещающих судов. Гидродинамика судов с динамическими принципами поддержания. Л.: Судостроение. 1985

15. Дементьев В.А. Определение массы пассажирских СПК. В сб. «Вопросы судостроения». Труды ГИИВТ'а. Вып.125. Горький, 1972

16. Дементьев В.А. Вклад P.E. Алексеева в методологию создания скоростных судов. Материалы НТК по проектированию скоростных судов 1986г., 1988г. НТО СП, Волжско-камское межобластное правление. -Горький, 1990

17. Дементьев В.А. P.E. Алексеев — основоположник отечественного скоростного судостроения. Тезисы докладов XII НТК по проектированию скоростных судов. ЦКБ по СПК. ВНТО СП, Волжско-камское межобластное правление. Н. Новгород, 1997

18. Дементьев В.А. Создание СДПП как отражение научно-технического скачка в судостроении. Материалы НТК «Современные технологии в кораблестроительном образовании, науке и производстве». МО РФ, НГТУ, ОАО «Завод «Красное Сормово», НТО СП. -Н. Новгород, 2002

19. Егоров И.Т., Соколов В.Т. Гидродинамика быстроходных судов, с. 61 -Л.: Судостроение, 1965. С.61.I

20. Жульев A.B. Машинное моделирование поведения судов с динамическими принципами поддержания. Сб. тезисов докладов XII НТК по проектированию скоростных судов ЦКБ по СПК им. Р.Е.Алексеева. ВНТО им. акад. А.Н.Крылова. Н. Новгород, 1997

21. Зайцев H.A., Маскалик А.И. Отечественные суда на подводных крыльях. Изд. 2-е. Л.: Судостроение, 1964

22. Злобин Г.П., Смигельский С.П. Суда на подводных крыльях и воздушной подушке. Л.: Судостроение, 1981

23. Иванцов Н.М. Влияние величины водоизмещения на относительную массу корпуса. В сб. «Вопросы судостроения». Труды ГИИВТ'а. Вып. 125. Горький, 1972

24. Извольский Е.Г. Дифференциальные уравнения продольного движениям СПК как объекта регулирования. М.: Труды МАИ им. С.Орджоникидзе. Вып. 139, 1959

25. Иконников В.В., Маскалик А.И. Особенности проектирования и конструкции судов на подводных крыльях, с. 50; 191-208; 305-349; 16 Л.: Судостроение, 1987

26. Колызаев Б.А., Косоруков А.И., Литвиненко В.А. Справочник по проектированию с динамическим принципом поддержания, с. 39; 305; 41 — Л.: Судостроение, 1980

27. Короткин И.М. Аварии судов на воздушной подушке и подводных крыльях. Л.: Судостроение, 1981

28. Косоуров К.Ф. Гидросамолеты их мореходность и расчет. Л., М.: ОНТИ НКТП СССР. Главная редакция авиационной литературы, 1935

29. Крыловъ AlH. Учебникъ теорш корабля. СПб.: Ю.Н.Эрлихъ, 1913

30. Лотов А.Б. Исследования ЦАГИ по подводным крыльям. Проблемы движения на подводных крыльях, с.22-42: Сб. трудов НТО СП им. акад. А.Н.Крылова. Вып. 15. Горький, 1961

31. Лукашевич А.Б., Скафтымов A.B. Численные решения задачи о продольном движении СПК на регулярном волнении с учетом ударов корпуса о воду. Л.: Труды НТО Судпром. Вып.242, 1976

32. Лукашевский В.А. Движение судов на автоматически управляемых подводных крыльях. Л.: Сб. трудов НТО СП. Вып.49,1963

33. Лукомский Ю.А., Чугунов B.C. Системы управления морскйми подвижными объектами. Л.: Судостроение, 1988

34. Любимов В.И., Гаккель A.A., Барышев В.И. «Мы не плаваем, мы летаем!» девиз компании «Элиен». - Н. Новгород: Поволжье, 2007

35. Мавлюдов М.А., Русецкий A.A. и др. Движители быстроходых судов. -Л.: Судостроение, 1973

36. Макливи Р. Суда на подводных крыльях и воздушной подушке, с.24; 39 -Л.: Судостроение, 1981

37. Мартынов А.И. Глиссеры. М.: Речиздат, 1940

38. Матвеев И.И. Об устойчивости продольного движения СПК. Сб. тезисов докладов ХХ-ой НТК по теории корабля НТО СП. Вып.156. Л;: 1971

39. Меркин. Д.Р. Введение в теорию устойчивости движения. — М.: Наука, 1971

40. Мухина М.Л. Построение математической модели продольного установившегося движения СПК. Сборник тезисы докладов на VI м/н конференции по компьютерной геометрии и графике «Кограф-96», Н.Новгород, 1996

41. Мухина М.Л., Мухин В.А. Денонсация оценок или ниша для крылатых судов. «Мир транспорта». М.: Типография МКЖТ МПС РФ, 2008

42. Мхитарян А.М. Аэродинамика, с. 419, п. 65 М.: Машиностроение, 1976

43. Ногид Л.М. Теория проектирования судов. — Л.: Судпромгиз, 1955

44. Остославский И.В., Стражева И.В. Динамика полета. Устойчивость и управляемость летательных аппаратов. — М.: Машиностроение, 1965

45. Панов А.Ю. Исследование динамики пространственного движения быстроходных судов. Вычислительная гидродинамика. Межвузовский сборник ГПИ им. A.A. Жданова, Горький, 1980

46. Панов А.Ю., Печникова Т.Ф. Численный эксперимент на ЭВМ при исследовании продольного движения быстроходного судна. Гидродинамика и оптимальное проектирование транспортных средств, Горький, 1985

47. Панов А.Ю. и др. Исследование на ЭВМ продольного движения быстроходного судна сор сложной геометрией несущих поверхностей. Гидродинамика и оптимальное проектирование транспортных средств, Горький, 1986.

48. Панченков А.Н. Оптимальная аэродинамическая стабилизация экрано-планов. В кн. «Прикладные проблемы и пластичности». М.: Товарищество научных изданий КМК, с. 163-171, 1997

49. Панченков А.Н. Проблема аэродинамической стабилизации экранопла-нов. В кн. «Восточно-Сибирский авиационный сборник». Иркутск: ИГУ, вып. 2, с.111-121, 2003

50. Пашин В.М. Расчеты запасов топлива и дальности плавания быстроходных судов на подводных крыльях. Сб. «Судостроение», №10, 1965

51. Плисов Н.Б., Рождественский К.В., Трешков В.К. Аэрогидродинамика судов с динамическими принципами поддержания, с. 160. — JL: Судостроение, 1991

52. Разуваев В;Н., Царев Б.А. Логико-математическое моделирование оптимизации СПК. Тезисы докладов XII НТК по проектированию скоростных судов. ЦКБ по СПК. ВНТО СП, Волжско-камское межобластное правление. Н. Новгород, 1997

53. Российский Морской Регистр Судоходства. Правила классификации и постройки. СПб.: Морской Регистр. Электронный аналог печатных изданий www.morkniga.ru/r202167-l. html. Министерство транспорта России, 2005

54. Российский Речной Регистр. Правила классификации и постройки речных судов. М.: По Волге, 2008

55. Садовский Б.В. Оценка весового водоизмещения пассажирского СПК в начальной стадии проектирования. Л.: Сб. трудов НТО СП им. акад. А.Н. Крылова. Теория и проектирование судов. Вып.211. Судостроение, 1974i

56. Смрчек A.B. Исследования ЦАГИ по подводным крыльям. Электрическое моделирование при исследовании динамики скоростных судов на подводных крыльях. Горький: Сб. трудов НТО СП им. акад. А.Н.Крылова. Вып. 15,1961

57. Соболев Г.В. Управляемость корабля и автоматизация судовождения. -Л.: Судостроение, 1976

58. Соколов В.Т. Гидродинамические характеристики подводного крыла, работающего в системе тандем. — Л.: Труды ЦНИ, Вып. 169, 1961

59. Справочник авиаконструктора. Том II. Гидромеханика гидросамолета. -М.: ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского, 1938

60. Фанъ деръ Флить А., проф. Теор1я корабля. Часть III. Лекцш, читанныя студентамъ Кораблестроительного Отдълешя Петроградскаго Политех-ническаго Института Императора Петра Великаго въ 1915-1916 учеб-номъ году. -Петроградъ: Печатный Трудъ, 1916

61. Фомин H.A. Проектирование самолетов. М.: Оборонгиз, 1961

62. Царев Б.А. Доминантный подход при оптимизации проектных характеристик высокоскоростных судов. Н. Новгород: Тезисы докладов XII НТК по проектированию скоростных судов. ЦКБ по СПК. ВНТО СП. Волжско-камское межобластное правление, 1997

63. Эпштейн JI.A. Устойчивость глиссирования гидросамолетов и- глиссеров. М.: Труды ЦАГИ. Вып.500, 1941

64. Эпштейн Л.А. Продольная устойчивость движения судов, поддерживаемых элементами, использующими гидродинамическую подъемную силу. Л.: Сб. трудов НТО СП. Вып.39, 1962

65. Matveev K.I. Tandem hydrofoil system. Océan Engineering № 28. — USA, California Institute of Technology, 2000

66. Motoren und Turbinen Union. M.A.N. Maybach Mercedes-Benz