ОПТИМИЗАЦИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СУДНА

​

Как правило, оптимизации кораблей проводятся в расчётных режимах (например, чтобы получить оптимальные эксплуатационные качества при расчётной осадке и скорости); однако корабли редко плавают в таких условиях. Поэтому компания APL обратилась с просьбой провести различные виды оптимизации с различными комбинациями скорость-осадка, которые были обозначены в рабочем профиле.

​

Директор APL Shaj U. Thayil уже имел опыт общения с компанией DNV и знал про их инновационное, экономичное контейнерное судно Quantum. По его словам, Quantum вдохновило компанию на создание нового судна со сниженным расходом топлива. Совместно с DNV и Hyundai была исследована схема движения и режимы работы нового корабля. Было установлено девять опорных критериев. Цель состояла в сокращении расхода топлива на 30%, в результате численных расчётов получили 36%.

​

Гидродинамические характеристики корабля напрямую связаны с силой сопротивления корпуса и КПД винта. В свою очередь, сила сопротивления зависит от формы корпуса, площади смоченной поверхности и конфигурации выступающих частей, а КПД винта – от характеристик винта в открытой воде и взаимодействия винта и корпуса. Эксплуатационные характеристики судна зависят от изменения режимов работы, например, скорости судна, осадки и дифферента.

​

Обычно форму корпуса оптимизируют для одного условия, как правило, достижение оговоренной (?) скорости (contract speed) при расчётной осадке. Новейшие средства вычислительной гидродинамики (CFD) и современные компьютеры позволяют выполнять оптимизацию судна для различных условий плавания.

​

Компания DNV Maritime Advisory работает в области оптимизации формы корпуса уже нескольких лет и предоставляет судовладельцам, судостроительным заводам и разработчикам ценные советы в процессе разработки. Эксперты DNV имеют обширный профессиональный опыт в области гидродинамики и энергетической эффективности применительно к судам различных видов и размеров, включая танкеры, сухогрузы и контейнеровозы.

​

ПРОЦЕСС ОПТИМИЗАЦИИ

​

Обычный процесс оптимизации может состоять из следующих этапов:

• Установка тесного взаимодействия между DNV, судовладельцем и судостроительным заводом;

• Определение реалистичного рабочего профиля;

• Обсуждение и объединение идей DNV с проектной концепцией судостроительного завода для определения оптимальной формы корпуса с точки зрения гидродинамики и производства;

• Оптимизация формы носовой части корпуса на основе рабочего профиля;

• Оптимизация формы кормовой части корпуса для повышения эффективности винта, включая анализ конфигураций винта и механизмов судна;

• Оценка индекса эффективности использования энергии (ИЭИЭ);

• Содействие в период подготовки и проведения испытаний по буксировке (towing tank) в бассейне.

 

 

Полученные значения позволили улучшить гидродинамические характеристики корпуса судна. Как правило, повышение экономии топлива и понижение выброса газов достигаются за время всего срока эксплуатации судна.

​

В данном конкретном случае выполнялись следующие этапы:

• Создание весовой матрицы для релевантного рабочего профиля судна;

• Оптимизация носовой и кормовой частей корпуса (кормовая скула, носовой бульб, транцевая корма и т.д.) на основе рабочего профиля;

• Анализ волнового следа и эффективности двигателя;

• Расчёт кривых скорости–мощности и расхода топлива;

• Оценка ИЭИЭ;

• Проведение испытаний в бассейне.

 

 

Все расчёты сопротивления и анализ волнового следа были выполнены с помощью STAR-CCM+. Использование такого мощного CFD-инструмента вместе с опытом высококвалифицированных инженеров позволило усовершенствовать и без того хорошую модель Hyundai. Процесс оптимизации основан на сложных CFD-расчётах. До этого DNV никогда не выполняло таких сложных расчётов так быстро и по такой доступной цене.

​

CFD – это своего рода виртуальный испытательный бассейн, позволяющий создавать столько конфигураций, сколько необходимо для разработки эффективной модели, и видеть эффекты их влияния на другие проектные элементы. После того, как проект был завершён, Hyundai испытал модели в бассейне. Виртуальный испытательный бассейн не заменяет тестирование судна в реальном бассейне. Однако он позволяет получить более совершенные модели для реальных испытаний.

​

РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА

​

Корпус был оптимизирован для 5 различных комбинаций скорость-осадка. Оптимизация кормовой части позволила повысить эффективность винта. Носовой бульб был опущен ниже, обеспечивая эффективность при низкой осадке. Хотя полученное решение не является наилучшим для исходных условий, целью расчёта была оптимизация формы для реальных условий работы. Вместо расчётной скорости 25 узлов новое судно было оптимизировано для более низких скоростей, соответствующих реальным рабочим условиям, в диапазоне между 15 и 19.5 узлами, с достижением максимальной скорости в 23 узла.

​

В итоге, экономия топлива составила 36%, в то время как судно по-прежнему может перевозить тот же объём контейнеров, что и раньше. Кроме того, такая экономия топлива имеет положительный эффект на экологию.

​

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

​

Тесное сотрудничество и непрерывный диалог между APL, HHI и DNV позволили создать итоговую модель корпуса, объединяющую в себе наилучшие идеи и результаты. Оптимизированная форма корпуса поможет сэкономить около 3 млн. долларов с одного корабля в год. Таким образом, за год весь флот сэкономит около 30 млн. долларов. Такой успех создал положительные тенденции для нового корабля на рынке, а также укрепил положение судовладельца и судоверфи на рынке. Наконец, стоимость предоставленных услуг DNV Marityme Advisory пренебрежимо мала по сравнению с достигнутой экономией топлива. DNV, будучи независимой организацией, передала все свои коммерческие права Hyunday Heavy Industries.

​

СПРАВКА

​

DNV Maritime Advisory проводит полномасштабные исследования полностью вязких и потенциальных потоков средствами CFD. Пакеты STAR-CCM+ и ShipFlow запускаются на вычислительном кластере с более чем 600 процессорами. DNV использует несколько приложений, в том числе Maxsurf , Napa, Rhinjceros (носорог), Hdef и ShipX.

​

DNV выполняет проекты по оптимизации гидродинамического корпуса совместно с крупнейшими судовладельцами, ведущими мировыми судостроительными заводами и конструкторскими бюро. Выполненные проекты компании - несколько контейнеровозов с вместимостью от 1600 до 14000 TEU, танкеры Aframax и Suezmax, сухогрузы с дедвейтом от 38000 до 206000 тонн и морские судна снабжения.