Дослідження впливу форми носової частини судна на його опір в умовах тихої воді та хвилювання

Анотація

Проєктування та оптимізація форми корпусу судна з ціллю мінімізації опору та забезпечення інших проектних вимог є добре відомою проблемою теорії та проєктування корабля. Сьогодні до її дослідження можуть бути застосовані методи чисельної гідродинаміки рідини (computational fluid dynamics – CFD), що динамічно розвиваються. Запропонований метод проєктування та оптимізації форми корпусу використовує CFD аналіз для оцінки реакцій опору на систематичні перетворення поверхні корпусу. Перетворення спочатку задаються на стройовій по шпангоутах, потім застосовуються до відповідних ділянок суднової поверхні з використанням спеціальних методів їх перебудови. Кожна окрема трансформація відповідає новому варіанту форми корпусу з перетвореною ділянкою поверхні. Усі варіанти, що підготовлені на основі початкової форми корпусу, відносяться до першого кроку оптимізаційного процесу. Вони використовуються у CFD розрахунках для оцінки змін опору у спокійній воді. Результати можуть бути представлені у вигляді неперервних апроксимуючих функцій приросту об’єму чи площини перерізу для кожної окремої ділянки поверхні корпусу та використані у процедурах оптимізації. В результаті, може бути отримана оптимальна форма стройової по шпангоутах, що виражає оптимальний поздовжній розподіл постійного об’єму корпусу та відповідає оптимізованій формі поверхні корпусу. Даний метод був застосований до носових частин двох суден, включаючи добре відому форму корпусу KCS та показав цікаві результати. У статті наведені деякі подальші доопрацювання методу, розроблені на основі аналізу його надійності та практичних особливостей. Показано, що точність розрахунків, хоч вона і залежить від обраної чисельної моделі та постановки, можна суттєво покращити за допомогою дослідження збіжності по сітці. Отримані результати оптимізації в умовах спокійної води були додатково оцінені відносно опору на хвилюванні. Виявилося, що зміни, внесені у форму корпусу KCS, не мають відчутного впливу на опір на зустрічному регулярному та нерегулярному хвилюванні.