Качественное развитие
внутреннего водного транспорта
с помощью CFD-технологий

Введение

Внутренний водный транспорт является неотъемлемой частью российской экономики и выполняет важную функцию по доставке грузов и пассажиров, в том числе в труднодоступные районы. При этом средний возраст эксплуатируемых судов транспортного, буксирного и пассажирского флотов составляет более 40 лет, а средний возраст списания судов – около 50 лет.

Поэтому в ближайшие годы потребность в новых судах внутреннего и смешанного плавания для компенсации выбытия старого флота может составлять до нескольких сотен судов ежегодно. Однако, в виду того, что бизнес, связанный с внутренним водным транспортом, является низкомаржинальным, заказчики флота крайне чувствительны к экономике проектов.

Немного теории

Важнейшей характеристикой судна с точки зрения экономической эффективности является динамика его поведения при наличии внешний воздействий, изучаемая в таких разделах теории корабля, как ходкость, управляемость и качка. Для качественного решения задач, связанных с оптимизацией этих характеристик необходимо на ранних стадиях проектирования располагать информацией о структуре потока вокруг корпуса. Исследовать эти процессы можно экспериментально и численно.

Традиционно достоверное определение параметров ходкости, управляемости и качки судна производится экспериментально на основе испытаний модели судна в опытовом бассейне. Однако, достаточно высокая стоимость таких исследований не позволяет в полной мере использовать их при проектировании большинства судов внутреннего плавания, особенно штучной постройки.

Альтернатива опытовым бассейнам — численное исследование, в основе которого лежит метод CFD (Сomputational Fluid Dynamics, вычислительная гидродинамика), позволяющий моделировать движение жидкостей и газов на компьютере. Данный метод обладает рядом преимуществ по сравнению с экспериментом. Наиболее важным из которых является его невысокая стоимость, в большинстве случаев стоимость затраченного компьютерного времени на порядок ниже стоимости соответствующего экспериментального исследования. Значение этого фактора возрастает с увеличением масштабов исследования и вариантов конструкции. Кроме этого, численное решение даёт подробную и полную информацию, с его помощью можно оценить значения всех имеющихся переменных (таких, как скорость, давление, интенсивность турбулентности и т.д.) во всей области решения, что невозможно измерить ни в одном экспериментальном исследовании.

То есть решить проблему создания новых экономически эффективных судов внутреннего и смешанного плавания возможно с применением методов вычислительной гидродинамики. Понимание этого подтолкнуло специалистов КБ «Прошип» к поиску инструментов, позволяющих в короткие сроки решать широкий диапазон практических задач, обеспечивая новым проектам сбалансированные обводы корпуса, пропульсивный комплекс и главную энергоустановку под эксплуатационные режимы работы судна.

Наш выбор остановился на двух программных продуктах Simcenter Star-CCM+ и OpenFoam, так как эти программные продукты имеют в своём составе все необходимые инструменты – от подготовки численной модели до оценки результатов расчетов, а качество получаемых результатов подтверждено десятками успешных проектов, выполненных ведущими предприятиями из различных отраслей – Группы компаний “Росатом”, АО “ОДК”, ФГУП “Крыловский государственный научный центр” и др.

Результат

Алексей Никитин,

генеральный директор ООО «КБ «Прошип».