Условные обозначения и принятые сокращения
Введение
Глава 1. Анализ методов и методик проектирования катамаранов
1.1. Анализ текущего состояния и перспективных направлений морских пассажирских перевозок
1.2. Анализ судов, используемых для перевозки пассажиров
1.3 Анализ преимуществ и недостатков пассажирских катамаранов
1.4. Региональные особенности, влияющие на пассажиропоток и условия эксплуатации судов в СРВ
1.5. Анализ основных проектных характеристик пассажирских катамаранов
1.6 Анализ методов и методик проектирования пассажирских катамаранов
1.7 Структурная схема работы
1.8 Выводы по главе
Глава 2. Математическая модель проектирования пассажирских катамаранов
2.1 Общие положения
2.2 Определение главных размерений
2.3 Выбор формы корпуса
2.4 Выбор типа соединительного моста
2.5 Расчет вместимости проектируемого катамарана
2.5.1 Определение количества ярусов настройки
2.5.2 Классификация помещений
2.5.3 Расчет площадей помещений
2.5.4 Распределение пассажирских мест по палубам
2.6 Расчет водоизмещения и составляющих нагрузки
3
2.7 Оценка ходкости катамарана
2.7.1 Расчет сопротивления
2.7.2 Проектировочный расчет гребного винта
2.7.3 Определение мощности энергетической установки
2.8 Определение вертикальных ускорений на заданном волнении
2.9 Расчет начальной остойчивости
2.10 Расчет характеристик бортовой качки на волнении
2.11 Оценка прочности соединительного моста
2.12 Расчет показателей функционирования
2.13 Выводы по главе
Глава 3. Методика оптимизации проектных характеристик пассажирских катамаранов
3.1 Общие положения
3.2 Модели, составляющие основу методики
3.3 Модель оптимизации проектных характеристик
3.4 Модель оптимизации элементов L/B1, B1/T, Cb, s/L
3.5 Модель оптимизации количества судов
3.6 Модель выбора эффективных линий эксплуатации
3.7 Модели оптимизации характеристик подсистем
3.8 Выводы по главе
Глава 4. Результаты оптимизационных исследований
4.1 Анализ влияния исходных данных на проектные характеристики
4.2 Влияние типа соединительного моста на прочность и металлоёмкость
4.3 Оптимизация проектных характеристик
4.4 Оценка влияния проектных характеристик на оптимальные значения
главных размерений
4.5 Оптимизация главных размерений
4.6 Оптимизация количества судов и линий эксплуатации
4.7 Сравнение результатов оптимизации с реальным проектом
4.8 Примеры интерфейса программ оптимизации характеристик и элементов пассажирских катамаранов
4.9 Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение А
Приложение Б

Во введении обоснована актуальность темы, указаны цель и задачи
исследования, приведены структурная схема, научная новизна, практическая ценность и значимость работы, положения, выносимые на защиту.
В первой главе приводятся результаты анализа основных направлений и типов судов, осуществляющих морские пассажирские перевозки, их конструктивных преимуществ и недостатков, региональных особенностей их эксплуатации, а также методов и методик проектирования пассажирских катамаранов.
По результатам анализа установлено, что наиболее перспективными направлениями морских пассажирских перевозок в СРВ являются линии, соединяющие порты провинции Кензанг с о. Фукуок (г. Ратьзя – о. Фукуок и г. Хатьен – о. Фукуок), на которых наблюдается ежегодное увеличение пассажиропотока (рисунок 1). Кроме того, вблизи о. Фукуок расположены меньшие по размеру острова, представляющие не меньший интерес для туристов и являющиеся перспективными направлениями развития морского островного туризма.
а. б.
Рисунок 1 – Результаты анализа туристических потоков:
а – динамика для о. Фукуок; б – прирост для разных районов СРВ
Если рассматривать альтернативные виды транспорта, то на острова туристы могут добраться по воздуху или морем. Большинство предпочитают добираться морем ввиду меньшей стоимости билета и возможности полюбоваться местными видами. Поэтому местные компании-перевозчики постоянно наращивают свой транспортный потенциал, вкладываясь в проектирование и постройку новых судов.
Для осуществления морских пассажирских перевозок в СРВ используются суда различных типов, однако статистика пополнения флота за последние несколько лет говорит о том, что ежегодно вводят в строй от 2 до 3 судов катамаранного типа.
Анализ главных размерений и характеристик судов, осуществляющих морские пассажирские перевозки в СРВ, позволил выявить диапазоны их изменения (таблица
6 5 4 3 2 1 0
Фукуок Дананг Нячанг Халонг 100
50 0
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
n, млн. чел.
, %
1), а в таблице 2 показаны диапазоны изменения проектных характеристик современных ПК (более 80 судов), спроектированных в период с 2000 по 2020 г.
Таблица 1 – Главные размерения и основные характеристики пассажирских судов
Тип Скоростные суда
Паромы Круизные суда Катамараны
Длина, м 30 – 50 35 – 70 30 – 70 20 – 50
Ширина, м 5 – 10 12 – 15
5 – 15
5 – 14
Скорость, уз. 25 – 30
15 – 25
14 – 22
25 – 35
np., чел. 150 – 350 200 – 500 50 – 150 100 – 500
n, шт. 30 – 40 5 – 10 30 – 50 > 30
Ndv, кВт
368 1440
Таблица 2 – Диапазоны изменения характеристик современных ПК
Диапазон
Min Max
n, чел.
60 450
Vs, узл.
20 40
L/Bo Bo/T H/T s/L
2.5 4.8 2.0 0.2 4.73 8.6 2.92 0.4
LoBo, м2
172.1 331.5
Анализ особенностей эксплуатации ПК в СРВ позволил выявить зависимость коэффициента загрузки (k) от пассажировместимости (n), количества судов (N), работающих на линии, а также периодов повышенного и пониженного спроса на морские перевозки. Для основных направлений значения kn приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Определение коэффициента загрузки ПК
Кол-во СПК
2
4
5 Направление перевозок
г. Ратья – о. Фукуок г. Хатьен – о. Фукуок
Коэффициент загрузки kn («высокий сезон») kn =1
kn =– 0.0000004·n2 – 0.002·n + 1.025 kn =– 0.002·n + 1.10
kn =– 0.002·n + 1.00
kn =– 0.002·n + 0.90
Коэффициент загрузки kn («низкий сезон») kn= – 0,000005·n2 + 0,0008·n + 0,91
kn = – 0,000005·n2 + 0,0007·n + 0,87
С увеличением пассажировместимости и количества судов, работающих на линии, коэффициент загрузки отдельно взятого судна уменьшается.
Результаты, полученные в первой главе, характеризуют региональные особенности проектирования, постройки и эксплуатации ПК в СРВ и формируют вектор исходных данных.
Во второй главе рассмотрена математическая модель проектирования ПК, приведены алгоритмы, блок-схемы и аналитические зависимости для определения основных свойств и качеств судна, рассмотрены общие принципы формирования внешней архитектуры, общего расположения и конструктивных особенностей ПК. Принципиальная блок-схема модели проектирования ПК показана на рисунке 2.

Исходные данные
Блок расчета главных размерений
Блок выбора обводов и формы корпуса
Moland Pham Schwetz Sahoo
Блок выбора типа соединительного моста
Блок расчета вместимости
Блок расчета водоизмещения и составляющих нагрузки
Блок расчета ходкости
Блок расчета вертикальных ускорений
Требования к судну
Условия эксплуатации
Требования к мореходным качествам Региональные особенности СРВ
Блок расчета начальной остойчивости
Блок расчета характеристик бортовой качки пассжирского катамарана на волнении
Блок оценки прочности соединительного моста
Блок расчета строительной стоимости
Блок расчета эксплуатационных показателей
Блок расчета экономических показателей
Вывод результатов вычислений
Рисунок 2 – Принципиальная блок-схема математической модели проектирования ПК
Модель имеет блочную структуру и реализована в виде подпрограмм, предназначенных для решения отдельных задач, связанных с выбором типа соединительного моста и формы обводов корпуса ПК, расчетами главных размерений, составляющих водоизмещения, вместимости, мореходных качеств и эксплуатационных показателей, внешних воздействий и др.
При решении задачи проектирования ПК главные размерения определяются по аналитическим зависимостям, полученным в результате обработки данных судов- прототипов, построенных в период с 1980 по 2020 гг:

Lo = 0,0375·n + 21,02; (1) L = 0,9207·Lo + 0.65; (2) Bo = 0,1453 ·Lo + 4,35; (3)
H = 0,0594·Lo + 1.16; (4) T = 0,0365·L + 0,22; (5) B1 = 0,1163·L + 1,22; (6)
где n – количество пассажиров, чел.; Lo, Bo – наибольшая длина и ширина, м; L, B1, T, H – длина и ширина одного корпуса по ВЛ, осадка и высота борта соответственно, м. В рассматриваемой модели учитываются четыре формы обводов корпуса ПК. Форма обводов определяет выбор метода для расчета сопротивления движению и диапазоны изменения соотношений главных размерений Cb, Fn, L/B1, В1/Т и L/V11/3,
чисел Фруда и коэффициентов полноты и других параметров (таблица 4). Таблица 4 – Диапазоны изменения характеристик ПК в зависимости от обводов
Параметры L/B1
Molland (U-образные) 7 – 15.1 1.5 – 2.5 6.27 – 9.5 0.33 – 0.45 –
–
–
0.2 – 1.0
Pham (плоско-килеватые) 10.4 – 20.8
1.5 – 2.5
6.3 – 12.6
0.5 – 0.6
–
–
16 – 27
0.4 – 1.5
Schwetz (плоско-килеватые) 8.8 – 15
1.47 – 2.31
6.3 – 9.56
0.46 – 0.68
40 – 49
2.1 – 38
–
0.4 – 1.4
Sahoo (v-образные) 10 – 15 1.5 – 2.5 8.04 – 11.2 0.4 – 0.5
–
5.4 – 10.71 23 – 44 0.2 – 1.0
B1/T 3
⁄√ 1
Сb Lcb/L(%) iE
βм
Fn
Выбор типа соединительного моста (прямоугольный, арочного типа, v- образный) учитывается в расчетах вертикального клиренса и действующих нагрузок.
Расчет площади палуб и вместимости осуществляется исходя из условия размещения требуемого количества пассажиров. Количество ярусов надстройки влияет на внешнюю архитектуру и строительную стоимость катамарана. Путем обработки данных по современным ПК, построенным в период с 2000 по 2020 гг., в модели приняты следующие ограничения:
– пассажировместимость менее 150 человек – однопалубная схема;
– пассажировместимость от 150 до 450 человек – двухпалубная схема;
– пассажировместимость более 450 человек – трехъярусная схема.
При расчете площадей помещений катамарана учитывались:
S=Sps +Ssv+Ss +Sop, (7)
где – площадь пассажирских салонов; – площадь сервисных помещений; – площадь служебных помещений; – площадь открытых палуб.
Количество мест в пассажирском салоне определялось следующим образом:
M = Mmtr∙Mml + Muptr∙Mupl ± ∆M, (8) где Mmtr, Mml – число мест в поперечном ряду салона на главной палубе и на верхней палубе, Muptr, Mupl – число мест в продольном ряду салона на главной палубе и на верхней палубе, ∆M – отклонение, связанное с размещением туалетов и баров и др.
Водоизмещение рассчитывалось по стандартной формуле:
D = D0 + DW, (9) где D0 – водоизмещение порожнем, т; DW – дедвейт, т.
Водоизмещение порожнем определялось по формуле:
Do = Pstr + Pd + Peq +Ps +Pe + Psup + Pm +Pliq+ Pad, (10) где Pstr – масса металлического корпуса с надстройкой; Pd – масса судовых устройств; Peq – масса оборудования; Ps – масса судовых систем; Pe- масса электро- и радиооборудования; Psup – масса снабжения; Pm – масса механизмов; Pliq – масса жидких грузов; Pad – запас водоизмещения.
Составляющие водоизмещения порожнем определялись по приближенным зависимостям, полученным по данным судов-прототипов.
Дедвейт определялся по формуле:
DW= Pp+ Pf+ Pw, (11) где Pp – масса пассажиров и экипажа с багажом, т; Pf – масса топлива и смазочного масла,т;Pw -массапреснойводы,т.
Расчет ходкости в модели направлен на выбор подходящей энергетической установки, параметры которой достаточны для достижения заданной скорости хода.
Для расчета полного сопротивления (рисунок 3) использовалась зависимость:
R = RТВ + RAD, (12) где RТВ – сопротивление на тихой воде; RAD – добавочное сопротивление.
Для расчета сопротивления на тихой воде использовались методы, определяемые выбором соответствующей формы обводов корпуса (таблица 4)
Выбор обводов формы корпуса
Сопротивление на тихой воде RТВ
Добавочное сопротивление от ветра и волн RAD
Ветроволновые воздействия
Полное сопротивление
Rcat = RТВ + RAD
Рисунок 3 – Схема расчета сопротивления ПК
Проектировочный расчет гребного винта выполнен через коэффициент «диаметр- упор» KDT (диаметр принимался максимальным по условию размещения в кормовом подзоре). Для расчета поступи (J), шагового отношения (P/D) и КПД винта (0) использовались полиномы, полученные при аппроксимации кривых KDT винтов серии В:
J = – 0.0548 KDT2 + 0.5598 KDT – 0.0155, (13) P/D = 0.0417 KDT3 – 0.2481 KDT2 +0.7064 KDT +0.4499, (14) = 0.0444 KDT3 – 0.3008 KDT2 +0.7708 KDT +0.011. (15)
Расчетная мощность энергетической установки определялась по формуле:
= 0.5144 , (16)
П
где Vs – скорость судна, уз ; TE – тяга винтов, кН; – пропульсивный КПД; В – КПД валопровода; П – КПД передачи.
Для выбора подходящих по мощности и оборотам главного двигателя и редуктора использовалась подпрограмма, использующая созданные автором базы данных, охватывающих основные диапазоны характеристик современных судовых двигателей (250 наименований) и редукторов (106 наименований), и алгоритм, нацеленный на выбор пропульсивной установки, обладающей наименьшей массой.
Учет требований к вертикальным ускорениям, параметрам бортовой качки, остойчивости и прочности в соответствующих блоках модели выполнялся по правилам DNV GL, т.к. ПК, осуществляющие перевозки в СРВ, в большей своей части спроектированы и построены по требованиям правил Норвежского Веритас.
Эксплуатационно-экономические показатели определялись по известным формулам с учетом региональных особенностей, входящих в состав исходных данных (стоимость билета, цена на топливо, налоги, стоимость работ, ставки оплаты труда экипажа, количество тайфунов и нерабочих дней, распределение пассажиропотока в течение года и др.)
В третьей главе рассмотрены основы методики оптимизации проектных характеристик пассажирских катамаранов, ее роль и место в развитии морского, островного туризма в СРВ, декомпозиция общей задачи проектирования и отдельные оптимизационные модели, ориентированные на поиск оптимальных решений, относящихся к выбору характеристик и элементов ПК:
– модель оптимизации проектных характеристик;
– модель оптимизации элементов (главных размерений);
– модель оптимизации количества судов, работающих на заданной линии;
– модель выбора эффективных линий эксплуатации;
– модель оптимизации характеристик подсистем.
Развитие островного туризма в СРВ представляет собой процесс,
ориентированный на долгосрочную перспективу, требующий комплексного подхода и кооперации в деятельности как частных компаний (туристических, строительных, проектных, судостроительных, логистических, судоходных, банковского сектора и др.), часто выступающих в качестве заказчиков и инвесторов, так и государственных структур – правительства Вьетнама, включая министерства, ведомства и службы.
Для определения роли и места методики оптимизации проектных характеристик скоростных пассажирских катамаранов целесообразно выполнить декомпозицию задачи развития островного туризма в СРВ на составляющие, характеризующиеся участниками этого процесса, имеющими свои цели и задачи, критерии оценки эффективности и др. показатели (см. рисунок 4).
В предлагаемой методике реализованы модели, относящиеся к внешней и внутренней задачам проектирования и позволяющие определять как количество и

основные характеристики ПК, так и их главные размерения и характеристики отдельных подсистем. При этом результаты, полученные при решении задач верхнего уровня, входят в состав исходных данных задач нижнего уровня проектирования.
Правительство Вьетнама Частные инвесторы
Перспективные направления развития туризма
Береговая инфраструктура
Транспортная доступность
Проектно-конструкторские бюро
Методика оптимизации проектных характеристик скоростных пассажирских катамаранов
Внешняя задача проектирования
Внутренняя задача проектирования
Количество судов, эффективные линии перевозок
Главные размерения и элементы судов (L/B1, B1/T, Cb, s/L)
Характеристики судов (Пассажировместимость и скорость хода)
Характеристики и элементы судовых подсистем
Строительные компании
Судостроительные предприятия
Судоходные компании и операторы
Гостиничный и курортный бизнес
Туроператоры
Рисунок 4 – Роль и место методики оптимизации проектных характеристик пассажирских катамаранов в развитии морского туризма
Для автоматизации вычислений все модели реализованы в виде программных модулей с заданным количеством входных и выходных аргументов. Такой подход позволяет сделать модели более универсальными и использовать их при решении оптимизационных задач, относящихся к разным уровням проектирования.
Все оптимизационные модели сведены к общему виду:
Minimize F(X, C), xRn
Gj(X, C) ≤ 0,
Gj(X, C) = 0,
(Xi)min ≤ Xi ≤ (Xi)max,
j = 1, …, me;
j = me+1, …, m;
i = 1, …, n.
где X – вектор оптимизируемых переменных; С – вектор технического задания на проектирование, включающий исходные данные, учитывающие региональные особенности – специфику проектирования, постройки и эксплуатации ПК в СРВ, что положительно сказывается на адекватности моделей и достоверности результатов.
Для поиска оптимальных проектных решений использован алгоритм Последовательного квадратичного программирования (SQP), который ищет минимум целевой функции нескольких переменных с ограничениями и последовательно решает задачу путем минимизации функции Лагранжа с линейной аппроксимацией ограничений.
Блок-схема модели оптимизации характеристик ПК показана на рисунке 5, оптимизируемыми переменными являются пассажировместимость (x1) и скорость (x2).
1
3 4 5
Нет
Блок ввода исходных данных 8 Нет
2
Блок ввода независимых переменных: x1, x2 ximin ≤xi ≤ximax
Блок расчета главных размерений
(L/B1)min ≤ L/B1 ≤ (L/B1)max
(B1/T)min ≤ B1/T ≤ (B1/T)max (L/V11/3)min ≤ L/V11/3 ≤ (L/V11/3)max Значения см. Глава 2, табл. 2.1
Да
Блок расчета вместимости
Блок расчета ходкости
(Fn)min ≤ Fn ≤ (Fn)max Да
9 10
Нет
Блок 2
Блок выбора обводов и формы корпуса
11
Блок расчета характеристик бортовой качки на волнении
Блок выбора типа соединительного моста
13
Блок расчета эксплуатационно- экономических показателей
6 7
Нет
F = min(f) Да
n, Vs Рисунок 5 – Блок-схема модели оптимизации характеристик ПК
Vss ≥ 7.16·D0,1667 Да
Блок расчета вертикальных ускорений
Блок расчета начальной остойчивости
Блок оценки прочности соединительного моста
Блок расчета водоизмещения и составляющих нагрузки
В модели оптимизации характеристик главные размерения определяются по формулам (1) – (6), а в блоках 3 – 13 используются зависимости и алгоритмы проектирования ПК, подробно рассмотренные во второй главе диссертации.
Последовательность операций по решению задачи оптимизации главных размерений ПК, показана на рисунке 6. Скорость и грузоподъемность входят в число исходных данных, а главные размерения (блок 3) рассчитываются по формулам:
(17) Bo = (Lx4 + L/x1), (22)
(18) V1 = x3L3/(x2x12), (23)
(19) Do = 21.025 x3L3/(x2x12), (24)
(20)
(21)
B1 = (L/x1),
T = (L/(x1x2)), H = 2.3L/(x1x2), Cb = x3,
s = Lx4,
L/V11/3 = L/((x3 L3/(x2x12))1/3, (25) В остальных блоках модели используются зависимости и алгоритмы,
где x1 = L/B1, x2 = B1/T, x3
рассмотренные во второй главе диссертации.
= Cb, x4
= s/L.
1 Блок ввода исходных данных 2
3 Блокрасчетаглавныхразмерений 4
(L/V11/3)min ≤ L/V11/3 ≤ (L/V11/3)max Значения см. Глава 2, табл.2.1
Да
6 Блок расчета вместимости Нет тр ≥ σ ; Mn ≥ n.
Да
8 Блок расчета ходкости
Блок3 Нет 10
≤0,5
Да
(h/B1) ≥ (h/B1)*
Да
Блок выбора обводов и формы корпуса
Блок расчета вертикальных ускорений
Блок ввода независимых переменных
Блок расчета начальной остойчивости
Нет
Нет
12 13
Нет
Блок 3
Блок 3
Блок выбора типа соединительного моста
11
Блок расчета характеристик бортовой качки на волнении
Нет
Блок 3
Блок 4
На рисунке 7 представлена блок-схема модели оптимизации количества ПК, работающих на заданной линии перевозок.
√2 / ≤
Блок оценки прочности соединительного моста
Блок расчета эксплуатационно- экономических показателей
Блок расчета водоизмещения и составляющих нагрузки
Блок 2
Да
F = min(f) Да
Нет
Да
L/B1, B1/T, Cb, s/L
(Fn)min ≤ Fn ≤ (Fn)max
Рисунок 6 – Блок-схема модели оптимизации главных размерений ПК
15
Ввод исходных данных
Задание независимых переменных: (Nship)min ≤ Nship ≤ (Nship)max
Моделирование работы судна на заданной линии
Расчет показателей функционирования флота
Расчет критериев эффективности
Существующие суда-претенденты
Новые проекты развития перевозок
Модель оптимизации главных размерений
Нет
F = min(f) Да
Рисунок 7 – Блок-схема модели оптимизации количества ПК для заданной линии
На рисунке 8 показана блок-схема модели, предназначенной для определения экономически эффективных линий эксплуатации для новых и существующих судов.
Вывод результатов
Ввод исходных данных
Задание характеристик линии перевозок (route(i))
Моделирование работы ПК на рассматриваемой линии
Расчет показателей функционирования
Расчет экономических критериев
Формирование значений вектора F(X, C)
Существующие суда-претенденты
Новые проекты развития перевозок
Оптимизация проектных характеристик
Оптимизация главных размерений
Нет
i = n Да
i = i+1
Вывод результатов
F = min(F)
Рисунок 8 – Алгоритм определения экономических эффективных линий эксплуатации
Практическая ценность моделей, представленных на рисунке 7, 8, состоит в том, что с их помощью можно рассматривать как вновь создаваемые, так и существующие суда-претенденты, так как в число исходных данных входят либо результаты оптимизации главных размерений ПК, либо характеристики существующих судов.
Модель оптимизации характеристик подсистем ПК на примере движительно- рулевого комплекса показана на рисунке 9, в которой к оптимизируемым переменным относятся тип, характеристики ГД и редуктора, а целевая функция – минимум массы пропульсивной установки.

Результаты расчетов ходкости
Ввод исходных данных
БД СДВС
kp = Ne/Ndv
1.1 < kp < 1.5 Да F = min(f) Да Нет Нет Нет Результаты расчетов ходкости Ввод исходных данных БД СДВС ir0= nrp/60nvint 0.985Ir0< Ir1< 1.05Ir0 Да Нет Да Редуктор → (Mgr, ir, type, ...) Рисунок 9 - Алгоритм выбора типа и характеристик главного двигателя и редуктора Выбор ГД и редуктора производится из составленных автором баз данных современных двигателей и редукторов (250 и 106 наименований соответственно). В четвертой главе приводятся результаты вычислений, полученные по предлагаемой методике для существующих и новых перспективных направлений морских пассажирских перевозок. На рисунке 10 показаны результаты оптимизации проектных характеристик ПК по критерию срока окупаемости (F) для линии г. Ратьза – о. Фукуок. Диапазоны изменения оптимизируемых переменных n = 100  350 чел., Vs = 18  35 уз., стоимость билета 15 долл., протяженность линии 65 миль, высота волны 1.25 м, налог 20%. В таблице 5 приведены результаты оптимизации главных размерений для вышеуказанной линии. В данном случае скорость и грузоподъемность, полученные при решении задачи оптимизации характеристик, вошли в состав исходных данных, а диапазоны изменения оптимизируемых переменных приведены в таблице 4. ГД → (Mdv, Ne, nrp, type, ...) Таблица 5 - Результаты оптимизации главных размерений ПК F = min(f) обводов обводов Критерий - срок окупаемости L/B1 B1/T Cb s/L Тип Molland Pham Schwetz Sahoo Тип Molland Pham Schwetz Sahoo 275 n, чел. 261 251 246 252 Vs, уз. 19.68 23.52 27.08 25.83 Vs, уз. 28.05 31.87 30.34 31.37 L, м 29.00 28.66 28.49 28.7 L, м 29.39 29.45 29.59 29.50 10.15 1.97 0.42 0.20 11.43 1.99 0.56 0.22 13.09 1.64 0.60 0.23 12.15 1.64 0.49 0.23 Критерий - прибыль L/B1 B1/T Cb s/L 10.28 1.95 0.42 0.2 11.91 1.93 0.56 0.22 13.38 1.64 0.60 0.22 12.07 1.66 0.48 0.22 D, т 105 102 101 103 D, т 107 107 108 107 F, лет 1.99 2.27 1.97 2.25 F, млн $. 0.949 1.118 1.266 1.103 n, чел. 272 274 278 17 3,5 2,5 1,5 100 150 200 250 300 350 400 n, чел. 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 15 20 25 30 35 Vs, уз. 7 6 5 4 3 2 100 150 200 250 300 350 400 n, чел. 2,8 2,7 2,6 2,5 2,4 2,3 2,2 15 20 25 30 35 Vs, уз. 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 100 150 200 250 300 350 400 n, чел. 2,4 2,3 2,2 2,1 1,9 15 20 25 30 35 Vs, уз. а. б. в. г. Рисунок 10 - Результаты оптимизации проектных характеристик ПК для разных обводов корпуса: а – «Molland»; б – «Pham»; в – «Schwetz»; г – «Sahoo». В таблице 6 и на рисунке 11 показаны результаты сравнительного анализа влияния типа соединительного моста катамарана на прочность и металлоемкость. В качестве конструкционного материала в работе рассматривался алюминий сплав. В результате расчетов установлено, что прямоугольная конструкция соединительного моста обладает большей прочностью (при всех расчетных вариантах действия внешних нагрузок), однако обладает наибольшей металлоёмкостью и ограничивает мореходные качества при движении судна на волнении. Комбинирование v-образной (в носовой) и прямоугольной конструкции (в кормовой оконечности) позволяет достичь компромисс между прочностными и мореходными качествами катамарана. 8 7 6 5 4 3 2 100 150 200 250 300 350 400 n, чел. 2,85 2,75 2,65 2,55 2,45 15 20 25 30 35 Vs, уз. F, год F, год F, год F, год. F, год F, год F, год F, год. 18 Таблица 6 – Сравнение металлоемкости соединительных мостов Тип моста Прямоугольный Арочный V-образный Конструкция Масса блока, кг а. б. Прямоугольный 200 150 100 50 0 Арочный V - образный 20 30 40 50 60 P, кПа Прямоугольный 200 150 100 50 0 Арочный V - образный 20 30 40 50 60 P, кПа в. г. Прямоугольный Арочный V- образный 150 100 50 0 20 30 40 50 60 Mt, кНм Прямоугольный 150 100 50 0 Арочный V- образный 100 120 140 S, кН 60 80 Рисунок 11 – Результаты расчетов прочности соединительного моста при действии нагрузки: а – пассажиры с багажом; б – слеминг; в – продольный крутящий момент; б –перерезывающая сила Результаты оценки достоверности, приведенные на рисунке 12 и в таблице 7, показывают хорошую согласованность расчетных данных с главными размерениями пассажирских катамаранов, построенных в период с 2002 – 2020 гг. 50 40 30 20 10 100 200 300 400 500 n, чел. 12 11 10 8 6 20 30Lo, м 40 50 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 20 25 30 35 40 45 L, м Рисунок 12 - Сравнение результатов оптимизации с данными судов-прототипов: – тип «Molland»; – тип «Pham»; – тип «Schwetz»; – тип «Sahoo». Lo, м Мак. напряжения, мПа Мак. напряжения, мПа B, м T, м Мак. напряжения, мПа Мак. напряжения, мПа Таблица 7 – Сравнение результатов оптимизации с ПК «Phu Quoc Express» Vs, n, уз. чел. 1 PhuQuocExpress 2 32.68 31.82 9.60 1.90 2.80 1.30 30 295 No Название / Кол-во Lo, м L, м B, м B1, м Обводы ярусов 1 Тип «Molland» 2 Тип «Pham» 3 Тип «Schwetz» 4 Тип «Sahoo» 1 Тип «Molland» 2 Тип «Pham» 3 Тип «Schwetz» 4 Тип «Sahoo» 2 30.80 2 30.43 2 30.24 2 30.47 29.00 8.80 28.66 8.75 28.49 8.73 T, м 2.86 3.34 1.45 19.7 261 2.51 2.88 1.25 23.5 251 2.18 3.05 1.32 27.1 246 2.36 3.30 1.44 25.8 252 по критерию прибыли D, т 100 104.9 102.8 101.7 103.0 107.3 107.7 108.6 107.9 N, кВт 1050 688 1010 1214 1335 1103 1335 H, м Результаты оптимизации по критерию срок окупаемости 28.7 8.87 Результаты оптимизации 2 31.22 2 31.29 2 31.44 2 31.33 29.39 8.86 29.45 8.87 29.59 8.89 29.5 9.00 2.86 3.38 1.47 2.47 2.96 1.28 2.21 3.10 1.35 2.44 3.39 1.47 28.1 272 31.9 274 30.3 278 31.4 275 В качестве примера в таблице 8 показаны результаты определения оптимального количества судов для линии г. Ратьза – о. Фукуок. В качестве судов-претендентов рассматривались суда, главные размерения которых были получены в результате оптимизации по критериям прибыль и срок окупаемости (см. таблицу 5). Таблица 8 - Результаты определения оптимального количества ПК Критерий Срок окупаемости Прибыль Кол-во судов 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Тип обводов Прибыль от эксплуатации флота (млн. долл) Тип«Molland» 1.053 1.935 1.180 0.949 0.405 0.949 1.657 0.122 -0.655 -1.841 Тип«Pham» 1.022 1.866 0.941 0.550 -0.192 1.118 1.969 0.350 -0.426 -1.650 Тип«Schwetz» 1.187 2.186 1.285 0.940 0.208 1.266 2.268 0.835 0.247 -0.774 Тип«Sahoo» 1.054 1.917 0.875 0.412 -0.428 1.103 1.939 0.321 -0.456 -1.676 В таблице 9 приведены существующие и новые, перспективные направления морских пассажирских перевозок, соединяющие материковую часть с о. Фукуок и близлежащими островами, имеющими потенциал для развития туризма во Вьетнаме. Таблица 9 – Существующие и перспективные направления перевозок No Линия перевозок 1 г. Ратьза – о. Фукуок 2 г. Ратьза – о. Хонсон 3 г. Ратьза – о. Намзу 4 г. Ратьза – о. Намзу – о. Фукуок 5 г. Ратьза – о. Фукуок – о. Намзу 6 г. Хатьен – о. Фукуок 7 г. Хатьен – о. Фукуок – г. Ратьза 8 г. Хатьен – о. Фукуок – о. Намзу 9 г. Хатьен – о. Фукуок – о. Намзу – о. Хонсон – г. Ратьза 10 г. Ратьза – о. Фукуок – о. Намзу – г. Ратьза График двусторонний двусторонний двусторонний двусторонний двусторонний двусторонний двусторонний двусторонний в одну строну в одну строну Статус работает планируется работает работает планируется работает работает планируется планируется планируется 20 На рисунке 13 и в таблице 10 показаны результаты определения оптимальной линии морских пассажирских перевозок для ПК с разными обводами корпуса. а. б. в. 2,0 1,83 2 1,81,86 2,5 1,95 2,03 1,68 1,43 1,5 1,38 1,0 0,5 1,47 1,5 1,42 1 0,5 1,51 1,5 0,5 1,59 0,0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Линия перевозок Рисунок 13 - Результаты определения оптимальной линии для судов с разными обводами: а – тип «Molland»; б – тип «Pham»; в – тип «Schwetz» Таблица 10 - Результаты определения оптимальной линии эксплуатации Маршруты 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Линия перевозок Линия перевозок Tok, лет F, млн. Кол-во Tok, лет F, млн. Кол-во Tok, лет F, млн. Кол-во Tok, лет F, млн. Кол-во долл рейсов долл рейсов долл рейсов долл рейсов Обводы типа «Molland» 2.04 8.61 4.84 3.01 1.92 2.04 1.55 2.20 3.90 3.33 1.38 0.33 0.58 0.94 1.47 1.39 1.83 1.29 0.73 0.85 3 2 3 2 2 5 2 2 1 1 Обводы типа «Pham» 2.03 3.77 2.95 2.98 1.92 1.61 1.55 2.20 3.88 3.31 1.42 0.76 0.98 0.97 1.51 1.80 1.86 1.31 0.74 0.87 3 3 4 2 2 6 2 2 1 1 Обводы типа «Schwetz» 1.65 2.90 2.29 2.36 1.56 1.35 1.29 1.83 3.06 2.60 1.59 0.90 1.15 1.11 1.68 1.95 2.03 1.43 0.86 1.01 3 3 4 2 2 6 2 2 1 1 Обводы типа «Sahoo» 2.00 3.70 2.91 2.93 1.88 1.58 1.52 2.16 3.81 3.25 1.42 0.77 0.98 0.97 1.51 1.80 1.87 1.32 0.75 0.88 3 3 4 2 2 6 2 2 1 1 На рисунке 14 показаны результаты проработки проектных решений, касающихся вопросов внешней архитектуры и общего расположения ПК для СРВ. а. б. в. Рисунок 14 – Проектные решения а – выбор проектной задачи; б – общее расположение; в – внешний вид F, млн. долл F, млн. долл F, млн. долл В результате выполненных расчетов установлено, что для существующих линий морских пассажирских перевозок с учетом фактического распределения пассажиропотока оптимальным количеством является два ПК пассажировместимостью не менее 250 человек. Для новых направлений, до момента стабилизации пассажиропотока, рекомендуется использовать суда пассажировместимостью 150 - 200 чел. В заключении приведены основные результаты работы, определяющие ее научную новизну и практическую значимость: Выполнен анализ региональных и гидрометеорологических особенностей, типов судов и перспективных направлений морских пассажирских перевозок в СРВ. 2. Выполнен анализ конструктивных особенностей и схем общего расположения, получены аналитические зависимости для определения характеристик и главных размерений современных пассажирских катамаранов. Разработаны математические модели проектирования, оптимизации характеристик и элементов пассажирских катамаранов и отдельных их подсистем. 4. Разработана методика проектирования пассажирских катамаранов для СРВ. 5. Выполнена оценка адекватности математических моделей и достоверности получаемых результатов, посредством сравнения расчетных данных с главными размерениями и характеристиками реальных судов, осуществляющих морские пассажирские перевозки в СРВ. 6. Выполнены расчеты проектных характеристик пассажирских катамаранов для существующих и новых направлений морских пассажирских перевозок в СВР.

Вьетнам – страна, с уникальным климатом, протяженной береговой линией с множеством островов, богатыми морскими ресурсами и круглогодичными курортами, привлекательными для местных жителей и туристов. В связи с развитием морского туризма остро стоит проблема обновления пассажирского флота, так как эксплуатирующиеся в настоящее время суда морально и физически устарели, не отвечают современным нормам, требованиям к комфорту и безопасности или выработали свой нормативный срок службы.
Для осуществления морских пассажирских перевозок в Социалистической Республике Вьетнам (СРВ) используются суда различных типов – пассажирские и грузопассажирские паромы, круизные суда, скоростные катамараны и др. Многие из них приобретены на вторичном рынке, а новые часто проектируются или строятся на зарубежных верфях.
Динамика приобретения новых судов в СРВ показывает, что катамараны хорошо зарекомендовали себя в сегменте морских пассажирских перевозок между материком и многочисленными островами, так как конструктивные особенности выделяют их на фоне судов других типов и обеспечивают ряд преимуществ, относящихся к мореходным качествам, безопасности мореплавания и комфорту.
Судостроение относится к приоритетным направлениям развития СРВ и является движущей силой в развитии смежных отраслей промышленности, в том числе, туристической индустрии. Следовательно, разработка методов и методик проектирования современных пассажирских судов, учитывающих региональные особенности их постройки и эксплуатации СРВ, является актуальной задачей.
Степень разработанности темы. Методика проектирования скоростных пассажирских катамаранов для СРВ базируется на основных положениях теории проектирования судов, системном подходе и методах решения оптимизационных задач, рассмотренных в работах В.В. Ашика, А.В. Бронникова, М.В. Войлошникова, А.И. Гайковича, В.С. Дорина, В.И. Краева, Л.М. Ногида, В.А. Мацкевича, В.П. Соколова, В.М. Пашина и др. Вопросам проектирования пассажирских катамаранов посвящены работы М.Я. Алферьева, Л.М. Беленького,
В.А. Дубровского, Е.В. Егоровой, Ю.С. Крючкова, А.Г. Назарова, А.Г. Ляховицкого, В.А. Николаева, Е.П. Роннова, Б.Г. Царева и др. В зарубежной печати наиболее известны работы таких авторов, как A.W. Gilfillan, Y. Liang, A.F. Molland, J. Norwood, P.K. Sahoo, Y.S. Williams, D.G.M. Watson, J.M. Zips и др. При сборе информации, входящей в состав исходных данных, использовались материалы, размещенные на сайтах Министерства транспорта и туризма, аналитических логистических отделов компаний и операторов, осуществляющих морские пассажирские перевозки в СРВ.
Объект исследования – пассажирские катамараны (ПК).
Предмет исследования – методы и методики проектирования скоростных пассажирских катамаранов.
Цель работы – разработка методики проектирования пассажирских катамаранов для Социалистической Республики Вьетнам.
Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач, основными из которых являются:
– анализ региональных, гидрометеорологических особенностей, типов судов и перспективных направлений перевозок в СРВ;
– анализ конструктивных особенностей, схем общего расположения, характеристик и главных размерений современных ПК;
– разработка математических моделей проектирования и оптимизации характеристик, элементов ПК и отдельных их подсистем;
– разработка методики проектирования ПК для СРВ;
– оценка адекватности математических моделей и достоверности получаемых результатов;
– выполнение расчетов проектных характеристик ПК для существующих и новых направлений морских пассажирских перевозок в СРВ.
Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе использовались методы теории корабля и проектирования судов, математической статистики и регрессионного анализа, математического программирования и
теории принятия решений.
Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается
использованием актуальных исходных данных, апробированных численных методов теории корабля и проектирования судов, сравнением полученных результатов с характеристиками и элементами современных ПК, находящихся в эксплуатации.
Научная новизна работы определяется следующими положениями:
Впервые разработана методика оптимизации проектных характеристик пассажирских катамаранов, учитывающая региональные особенности СРВ, объединяющая математические и оптимизационные модели различных уровней и позволяющая учитывать интересы основных участников программы развития морской транспортной инфраструктуры и туризма.
Математические модели позволяют на начальных этапах проектирования учитывать влияние различных типов обводов формы корпуса и соединительного моста на проектные характеристики и главные размерения ПК.
Рассмотрены новые, перспективные направления морских пассажирских перевозок, для которых определены количество, характеристики и главные размерения ПК, обладающих наибольшей экономической эффективностью.
Теоретическая значимость состоит в том, что разработанная методика объединяет математические и оптимизационные модели разных уровней проектирования, учитывает региональные особенности эксплуатации в СРВ, позволяет оценивать влияние типа и формы обводов корпуса и соединительного моста на проектные характеристики, главные размерения и показатели, характеризующие экономическую эффективность ПК.
Практическая значимость заключается в повышении уровня обоснованности решений, связанных с выбором формы корпуса и типа соединительного моста, проектных характеристик и главных размерений ПК с учетом региональных особенностей и интересов основных участников развития морских пассажирских перевозок и туризма в СРВ. Положения, выносимые на защиту:
методика проектирования пассажирских катамаранов для Социалистической Республики Вьетнам;
– математические модели проектирования, оптимизации характеристик и элементов пассажирских катамаранов;
– результаты оптимизации проектных характеристик и главных размерений пассажирских катамаранов.
Апробация результатов работы. Основное содержание работы докладывалось автором на конференциях: XIII конференция с международным участием «Проблемы транспорта Дальнего Востока-19», Владивосток, (12-13 ноября 2019); научно-практическая конференция «Военно-инженерное дело на Дальнем Востоке России», Владивосток, (2018 – 2021 гг.); региональная научно- практическая конференция «Молодежь и научно-технический прогресс», Владивосток, (2018 – 2020 гг.); научно-практическая конференция «Наука, техника, промышленное производство: история, современное состояние, перспективы», Владивосток, (2018 – 2020 гг.).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 12 статей, из них 5 статей в журналах, входящих в перечень ВАК, и 7 тезисов докладов. В соавторстве выполнено 10 работ (доля автора от 50 до 100 %).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, состоящего из 136 наименований и Приложений. Основное содержание работы изложено на 180 страницах машинописного текста, работа содержит 127 схем, рисунков и 40 таблиц.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?

Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

Читать

Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее

Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее

Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее

Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

Хочешь уникальную работу?

Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все

Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.

#Кандидатские #Магистерские

158 Выполненных работ

Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все

Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.

#Кандидатские #Магистерские

260 Выполненных работ

Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все

Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.

#Кандидатские #Магистерские

18 Выполненных работ

После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все

После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.

#Кандидатские #Магистерские

300 Выполненных работ

Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных ко... Читать все

Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных компаниях, сейчас работаю редактором. Готова помогать вам с учёбой!

#Кандидатские #Магистерские

50 Выполненных работ

Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все

Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой

#Кандидатские #Магистерские

33 Выполненных работы

руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все

руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика

#Кандидатские #Магистерские

12 Выполненных работ

Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все

Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.

#Кандидатские #Магистерские

177 Выполненных работ

Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все

Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.

#Кандидатские #Магистерские

47 Выполненных работ