Можно ли сэкономить на макетных испытаниях в судостроении?
23.07.2020
Дмитрий Евстратов
В отличие от крупномасштабного унифицированного массового производства, такого, например, как изготовление мотоциклов, автомобилей или мобильных телефонов, судостроение требует более тщательного контроля на каждом из этапов, начиная с этапа проектирования до этапа спуска готового судна на воду. Поскольку проектирование и постройка судна являются крайне трудоемким и длительным процессом, возможные ошибки и неточности в процессе должны быть проанализированы заранее, путем проведения испытаний и дополнительных расчетов на каждом этапе производства.
По этой причине тестирование модели судна играет ключевую роль с первых этапов проектирования. Необходимость проведения модельных испытаний объясняется банально масштабами производства. Большой объект, такой, как плавучее судно, гораздо проще изготовить в миниатюрном масштабе, оценить основные ходовые характеристики, а затем экстраполировать на полный масштаб, что позволит визуализировать поведение судна и другие физические характеристики до начала фактического строительства.
Не только для проектировщиков судов, но и в области исследований и разработок морской инженерии или инженерных исследований океана, модельные (макетные) испытания имеют решающее значение для оценки характеристик таких сооружений, как морские буровые установки, нефтяные платформы, нефтяные скважины, плавучие гавани или причалы и т. д. В последнее время появление программного обеспечения для проектирования кораблей и других новаторских систем моделирования значительно облегчило сложность проведения тестовых испытаний моделей. Тем не менее, важность физического тестирования модели по-прежнему сохраняется.
Одним из ключевых преимуществ наличия модели судна является то, что все размеры могут быть уменьшены до определенного масштаба так, что все важные параметры и характеристики прототипа могут быть оценены и проанализированы в масштабе модели и, в итоге, экстраполированы на полный масштаб.
Однако есть и определенные недостатки. С точки зрения масштабирования и последующей экстраполяции данных существует высокая вероятность ошибки. Не все характеристики можно с легкостью перенести на полный масштаб и тем более с уверенностью заявить, что судно будет вести себя схожим образом и на открытой воде. Более того, тестирование модели не дает точного ответа на поведение судна в худших сценариях, которые довольно распространены в открытом море. Также подобные испытания зачастую имеют более низкую точность предоставляемых данных по сравнению с современными программными методами и могут сопровождаться существенными ошибками. Совокупность допущений с учетом масштабирования, качеств воды в бассейне, эффекта отражения волн от бортиков аналогичным образом сказываются на точности результатов испытаний.
Теперь попробуем более детально рассмотреть процесс проведения макетных испытаний, возможности современного ПО в контексте судостроения, а также попытаемся сравнить финансовые и временные затраты при использовании этих методов для определения ходовых характеристик судна. И сделаем вывод: возможно ли сэкономить на испытаниях, используя ПО?
Одним из ключевых преимуществ наличия модели судна является то, что все размеры могут быть уменьшены до определенного масштаба так, что все важные параметры и характеристики прототипа могут быть оценены и проанализированы в масштабе модели и, в итоге, экстраполированы на полный масштаб.
Однако есть и определенные недостатки. С точки зрения масштабирования и последующей экстраполяции данных существует высокая вероятность ошибки. Не все характеристики можно с легкостью перенести на полный масштаб и тем более с уверенностью заявить, что судно будет вести себя схожим образом и на открытой воде. Более того, тестирование модели не дает точного ответа на поведение судна в худших сценариях, которые довольно распространены в открытом море. Также подобные испытания зачастую имеют более низкую точность предоставляемых данных по сравнению с современными программными методами и могут сопровождаться существенными ошибками. Совокупность допущений с учетом масштабирования, качеств воды в бассейне, эффекта отражения волн от бортиков аналогичным образом сказываются на точности результатов испытаний.
Теперь попробуем более детально рассмотреть процесс проведения макетных испытаний, возможности современного ПО в контексте судостроения, а также попытаемся сравнить финансовые и временные затраты при использовании этих методов для определения ходовых характеристик судна. И сделаем вывод: возможно ли сэкономить на испытаниях, используя ПО?
В случае испытаний в опытовом бассейне, который обычно представляет собой сооружение длиной от нескольких десятков метров до полутора километров, моделей в соответствие с масштабом представляющих судно длиной 1−15м, возникает первая неточность результатов испытаний, и связана она напрямую с масштабированием. Тяжело оценить такие особенности потока, как завихрение, отрыв, турбулентность и так далее, просто уменьшив число Рейнольдса в соответствии с масштабом. А если точнее, то практически невозможно.
Макет судна изготавливается в основном из дерева и пенопласта. Изготовление макета само по себе достаточно трудоемкий и дорогой процесс даже для небольших моделей. Изготовление может занять от нескольких недель до нескольких месяцев. Стоимость работ над таким макетом оценивается в среднем в 2−2.5 миллиона рублей.
Стоимость ходовых испытаний в чистой воде оценивается приблизительно в 500 тыс руб за один прогон судна. Если же речь заходит о испытаниях ледоколов или судов, которые будут ходить во льдах, то существует возможность провести испытания в так называемом ледовом бассейне, цена подобных испытаний варьируется от 1.5 миллионов до 6 млн, в зависимости от модели и месте проведения. В итоге мы получаем сумму, складывающуюся из стоимости изготовления макета нашего судна и проведения испытаний. Данная сумма варьируется в пределах от 4 млн до 7.5 млн рублей за одну модель, в дополнение к полученным данным мы получаем определенную гарантию качества выполненных испытаний и определяемых характеристик от самого испытательного комплекса.
Данные суммы зачастую превышают стоимость покупки лицензионного ПО с включенным в стоимость обучением группы специалистов. Да, инженерам потребуется время для освоения софта и некой адаптации математических моделей для проведения инженерного анализа, однако после мы получаем гибкий и удобный инструмент, практически неограниченные возможности для проведения виртуальных испытаний любого количества моделей без применения масштабирования и дополнительных допущений.
Макет судна изготавливается в основном из дерева и пенопласта. Изготовление макета само по себе достаточно трудоемкий и дорогой процесс даже для небольших моделей. Изготовление может занять от нескольких недель до нескольких месяцев. Стоимость работ над таким макетом оценивается в среднем в 2−2.5 миллиона рублей.
Стоимость ходовых испытаний в чистой воде оценивается приблизительно в 500 тыс руб за один прогон судна. Если же речь заходит о испытаниях ледоколов или судов, которые будут ходить во льдах, то существует возможность провести испытания в так называемом ледовом бассейне, цена подобных испытаний варьируется от 1.5 миллионов до 6 млн, в зависимости от модели и месте проведения. В итоге мы получаем сумму, складывающуюся из стоимости изготовления макета нашего судна и проведения испытаний. Данная сумма варьируется в пределах от 4 млн до 7.5 млн рублей за одну модель, в дополнение к полученным данным мы получаем определенную гарантию качества выполненных испытаний и определяемых характеристик от самого испытательного комплекса.
Данные суммы зачастую превышают стоимость покупки лицензионного ПО с включенным в стоимость обучением группы специалистов. Да, инженерам потребуется время для освоения софта и некой адаптации математических моделей для проведения инженерного анализа, однако после мы получаем гибкий и удобный инструмент, практически неограниченные возможности для проведения виртуальных испытаний любого количества моделей без применения масштабирования и дополнительных допущений.
Функционал современного ПО позволяет моделировать поведение судна в масштабе 1 к 1 на спокойной воде, при волновом воздействии, при различных ветровых нагрузках и так далее. Прохождение судна в ледяной воде и взаимодействие корпуса и льда тоже можно моделировать. Испытания винтовых движетелей, взаимодействие нескольких судов при встречном прохождении или буксировании, маневрирование на свободной воде, спуск оборудования на воду — все эти сценарии возможно воспроизвести виртуально, без необходимости готовить несколько дорогостоящих макетов, арендовать площадку и специалистов для проведения испытаний. За значительно меньший срок и с меньшими финансовыми затратами мы получаем результат, который сопоставим с реальными характеристиками полномасштабного судна.
Макетные испытания безусловно важны, но их количество, а как следствие и общую стоимость можно существенно снизить за счет использования программного обеспечения, тем самым сэкономив миллионы рублей на разработке опытного образца.
Поделиться в соц.сетях
Подписаться на рассылку
Раз в месяц мы рассылаем электронный журнал, где в удобном структурированном виде публикуем свежие видео-стримы, статьи и анонсы событий