CC BY
0
УДК 629.5.018.7
Таразанова Н.Э.
ассистент кафедры № 14 «Аэродинамики и динамики полета»,
СПбГУ ГА имени А.А. Новикова, г. Санкт-Петербург, РФ
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НОСОВЫХ ОКОНЕЧНОСТЕЙ МОДЕЛИ СУДОВ
Аннотация
Обеспечение минимальных затрат мощности, при которой судно двигается с заданной скоростью, является актуальной задачей, поскольку позволяет уменьшить эксплуатационные расходы судна, увеличить конкурентоспособность на рынке морских перевозок. Современный бульб частично гасит волны, образующиеся в носовой части, тем самым уменьшая сопротивление и повышая эффективность.
В настоящее время отсутствует единая общепризнанная методика по выбору размеров и формы носового бульба. На практике форму носового бульба определяют исходя из экспериментальных исследований, основанных на модельных и натурных испытаниях судов. В статье представлена технология изготовления носовой оконечности модели судна.
Ключевые слова
модель судна, носовой бульб, технология изготовления, опытовый бассейн.
Tarazanova N. E.
Assistant of the Department No. 14 "Aerodynamics and Flight Dynamics", St. Petersburg State University named after A.A. Novikov,
St. Petersburg, Russia
MANUFACTURING TECHNOLOGY OF THE BOW ENDS OF THE VESSEL MODEL
Annotation
Ensuring minimum power consumption at which the vessel moves at a given speed is an urgent task, since it allows to reduce the vessel's operating costs and increase competitiveness in the sea transportation market. A modern bulb partially dampens the waves formed in the bow, thereby reducing resistance and increasing efficiency. Currently, there is no single, generally accepted method for choosing the size and shape of the bow bulb. In practice, the shape of the bow bulb is determined based on experimental studies based on model and full-scale tests of ships. The article presents the technology for manufacturing the bow end of a ship model.
Keywords
model of the vessel, bow bulb, manufacturing technology, experimental pool.
В опытовых бассейнах проводятся гидромеханические опыты с моделями судов и их движителями с целью определение величины сопротивления воды движению судов, гидромеханических характеристик движителей, а также взаимодействия движителей с корпусом судна [1].
На сегодняшний день в опытовом бассейне Лаборатории мореходных качеств судов имени профессора А. Д. Гофмана ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова [2] используются композитные (дерево, пенопласт, стеклопластик) модели. Для задания формы корпуса используются фанерные шпангоуты, изготовленные в соответствии с теоретическим чертежом.
Целью данного исследования является анализ технологии изготовления моделей носовых оконечностей судов, ориентированной на использование станка с числовым программным управлением (ЧПУ).
Технологический процесс создания носовой оконечности состоит из следующих этапов.
1. Создание твердотельной 3D модели носовой оконечности.
2. Написание управляющей программы для фрезерного станка с ЧПУ.
DeskProto - CAD/CAM-программа, разработанная для создания высококачественных программ для обработки деталей на фрезерных и токарных станках с ЧПУ (числовым программным управлением). С помощью DeskProto 3D-модели, созданные в CAD-программах, переводятся в управляющие программы для ЧПУ, обеспечивая точность и эффективность в производственном процессе.
На рисунке 1 представлено окно программы DeskProto.
ан| ¡и . I 1 ««• »
. ]
" 3 • с.
Рисунок 1 - Изготовление базовой модели
3. Изготовление деталей на фрезерном станке с ЧПУ (рис. 4).
Для изготовления модели (рис. 2-3) использовался трехосевой фрезерный станок WATTSAN 6090, имеющийся в распоряжении Лаборатории мореходных качеств судов имени профессора А. Д. Гофмана ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова [2].
Рисунок 2 - Трехосевой фрезерный станок WATTSAN 6090
Рисунок 3 - Контроллер трехосевого фрезерного станока WATTSAN 6090
Рисунок 4 - Фрезерование детали на станке
4. Соединение деталей с помощью пено-клея.
Для соединения деталей из экструдированного пенополистирола (рис. 5) использовался клей строительный многоцелевой TYTAN PROFESSIONAL BOND и клей-пена Penoplex Fastfix.
Рисунок 5 - Нанесение пено-клея и склеивание деталей 5. Нанесение эпоксидной смолы на носовую оконечность (рис. 6).
Эпоксидная смола и отвердитель смешиваются друг с другом в пропорции 10:1. Перед смешиванием смола подогревалась до температуры 25...30°С. Подогретая смола обладает меньшей вязкостью и, как следствие, лучше проникает в слой армирующего материала. Смола, смешанная с отвердителем, наносилась слоями на болван. Слой эпоксидной смолы становится твердым за 1 день. После создания прочного корпуса модели переходим к его шлифовке.
Рисунок 6 - Нанесение эпоксидной смолы на заготовку носовой оконечности
6. Шлифовка и полировка корпуса (рис. 7).
Гладкая поверхность корпуса модели судна чрезвычайно важна для получения точных данных после проведения гидродинамических испытаний.
Для обработки поверхности модели были использованы машина шлифовальная Wert EES 125 DE, наждачная бумага различной зернистости (Р80-Р180), полиэфирная шпатлевка NOVOL, отвердители, шпатели, нож, ведро и вода.
Рисунок 7 - Шлифовка корпуса
Процесс полировки достаточно трудоемкий и пыльный. Рекомендуется работать в респираторе для
защиты органов дыхания от стеклопластиковой пыли (инертных частиц стекла). На всю работу по части шлифовки и полировки поверхности потребовалось 3 дня (суммарно 10 часов).
Для ликвидации щелей и трещин в корпусе были использованы металлические шпатели и двухкомпонентная полиэфирная шпатлевка NOVOL UNISOFT. Для приготовления смеси, смешиваем шпатлевку с отвердителем в пропорции 100:3, а далее наносим готовый состав на поверхность корпуса (рис. 8) как можно быстрее. Время отверждения шпатлёвки составляет 10 минут. Операция повторяется до тех пор, пока не будут устранены все щели на поверхности.
Рисунок 8 - Покрытие корпуса шпатлевкой и шлифовка
После работы со шпатлевкой на поверхности корпуса появился рельеф, который был обработан машинкой шлифовальной Wert EES 125 DE. Подобная работа требует большого, хорошо проветриваемого помещения. Первоначально используется наждачная бумага с крупным зерном Р80, чтобы убрать рельеф, оставленный эпоксидной смолой и шпатлевкой. После завершения работы Р80, имеет смысл проверить наличие щелей и вмятин и, при необходимости, повторить предыдущие операции.
Необходимо периодически отмывать корпус водой от накопившейся пыли, и просушивать его. Затем следует полировать корпус наждачной бумагой Р120 и Р180.
7. Покраска (рис. 9).
Важно подготовить рабочее место и сам объект к покраске. Помещение должно быть вентилируемым и избавленным от пыли. Обрабатываем поверхности растворителем для лучшей адгезии лакокрасочного покрытия. Гладкий корпус следует покрыть двухкомпонентной модифицированной эпоксидной краской Tikkurila Temacoat RM 40, смешанной с отвердителем Tikkurila Hardener 008 5600, и ещё раз его отполировать его войлочной насадкой.
Рисунок 9 - Покраска носовой оконечности
8. Нанесение ватерлинии (рис. 10).
Необходимо выставить ровный уровень для палубы в продольной и поперечной плоскости. При
помощи лазерного уровня выставляется отметка для нанесения ватерлинии в виде рисок соответственно тем величинам осадки, при которых модель должна испытываться.
Рисунок 10 - Нанесение ватерлинии на корпус модели судна
9. Установка турбулизатора.
Для гарантии обеспечения полной турбулизации пограничного слоя моделей на каждом варианте был установлен проволочный турбулизатор (рис. 11) диаметром 1,5 мм с помощью клеевого пистолета. Турбулизаторы были установлены в сечении максимальной толщины бульба и на 1-ом теоретическом шпангоуте. Каких-либо поправок на собственное сопротивление турбулизатора при этом не вводилось, поскольку считалось, что некоторое увеличение сопротивления, вызванное собственным сопротивлением турбулизатора компенсируется ламинарным участком пограничного слоя, расположенным в нос от турбулизатора [1].
Рисунок 11 - Приклеивание турбулизатора
Работы по корпусной части считаются законченными. Модель (рис. 12-13) выносится в опытовый бассейн ГУМРФ им. С.О. Макарова на стапель и готовится к гидродинамическим испытаниям [3].
Рисунок 12 - Модель судна с носовой оконечностью с вертикальным форштевнем
Рисунок 13 - Модель судна с бульбовой оконечностью
В процессе подготовки модели к испытаниям подбиралось положение грузов по ширине и длине модели для того, чтобы обеспечить ей посадку, соответствующую рассматриваемому случаю нагрузки.
Подвеска модели под буксировочной тележкой осуществлялась таким образом, чтобы в процессе испытаний была обеспечена возможность всплытия/погружения и удифферентовки модели.
Для измерения продольной составляющей силы, действующей на модель, использовался штатный динамометр буксировочной тележки. Перед началом испытаний выполнялась калибровка динамометра с использованием поверенных грузов.
Результатом проделанной работы является внедрение технологии постройки моделей судов, ориентированной на использование фрезерного станка с ЧПУ.
Для оценки возможности применения бульбовых носовых оконечностей для судов [4] в опытовом бассейне лаборатории мореходных качеств судов ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова» [2] были проведены буксировочные испытания моделей рыболовного судна с тремя различными формами носовой оконечности, в том числе с двумя бульбовыми, с целью определения сопротивления воды движению судна в условиях тихой воды.
Список использованной литературы:
1. Войткунский Я.И. Справочник по теории корабля: В трех томах. Том 1. Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движители / Под ред. Я.И. Войткунского. - Л.: Судостроение, 1985. - 768 с., ил.
2. Научно-исследовательская лаборатория мореходных качеств судов [Электронный ресурс] // URL: https://gumrf.ru/sveden/struct/centr/nc/labmks (дата обращения: 01.10.2024).
3. Гофман, А.Д. О возможностях проведения модельных испытаний в опытовых бассейнах ограниченных размеров / А.Д. Гофман // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. - 2014. - № 1(23). - С. 54-59. - EDN SFKGQJ.
4. Таразанова, Н.Э. Оптимизация геометрических параметров бульба рыболовного судна с использованием метода Holtrop / Н.Э. Таразанова // 72-я Международная студенческая научно-техническая конференция: Материалы конференции, Астрахань, 18-23 апреля 2022 года. - Астрахань: Астраханский государственный технический университет, 2022. - С. 818-819. - EDN ULDVZE.
Literature:
1. Voitkunsky Ya.I. Handbook of ship theory: In three volumes. Volume 1. Fluid mechanics. Resistance to vessel traffic. Ship propulsors / Ed. Ya.I. Voitkunsky. - L.: Shipbuilding, 1985. - 768 p., ill.
2. Scientific Research Laboratory of Seaworthiness of Ships [Electronic resource] // URL: https://gumrf.ru/sveden/struct/centr/nc/labmks (access date: 10/01/2024).
3. Gofman, A. D. On the possibilities of conducting model tests in experimental pools of limited sizes / A.D. Gofman // Bulletin of the State University of Marine and River Fleet named after. Admiral S.O. Makarova. - 2014. - No. 1(23). - pp. 54-59. - EDN SFKGQJ.
4. Tarazanova, N.E. Optimization of the geometric parameters of the bulb of a fishing vessel using the Holtrop method / N.E. Tarazanova // 72nd International Student Scientific and Technical Conference: Conference Proceedings, Astrakhan, April 18-23, 2022. - Astrakhan: Astrakhan State Technical University, 2022. - P. 818819. - EDN ULDVZE.
© Таразанова Н.Э., 2024
