Эксπир
Регистрация / Вход

14.577.21.0103

Общие сведения
Номер
14.577.21.0103
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана (национальный исследовательский университет)"
Название доклада
Разработка конструктивных и технологических решений надстройки из полимерных композиционных материалов для скоростного пассажирского судна на подводных крыльях с повышенными технико-экономическими характеристиками
Докладчик
Францев Михаил Эрнстович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
1.1 Реализация проекта направлена на разработку решений по использованию для изготовления надстройки пассажирского судна на подводных крыльях полимерных композиционных материалов, которое обеспечивает аэродинамическое совершенство формы надводной части судна в сочетании с необходимой экономией веса конструкции.
1.2 Целью выполнения ПНИ является разработка принципов проектирования и научно-технических решений надстройки из полимерных композиционных материалов для скоростного пассажирского судна на подводных крыльях (далее СПК) с повышенными технико-экономическими характеристиками. Реализация проекта позволит разработать решения по использованию для изготовления надстройки пассажирского судна на подводных крыльях полимерных композиционных материалов, с целью обеспечения аэродинамического совершенства формы надводной части судна, в сочетании с необходимой экономией веса конструкции и, как следствие, повышения экономической эффективности судна в эксплуатационный период.
Актуальность и новизна исследования
Показана эффективность и целесообразность применения ПКМ в изготовлении надстройки из полимерных композиционных материалов для скоростного пассажирского судна на подводных крыльях с учетом результатов прогнозных исследований. Новизна ПНИ заключается в следующем.
Разрабатываемые до настоящего времени технологические решения и методы создания надстройки пассажирского судна на подводных крыльях не в полной мере отвечают требованиям по обеспечению геометрической точности, жесткости и эксплатационной долговечности конструкций. В свою очередь стеклопластики обладают высоким уровнем упруго-прочностных характеристик, в том числе в условиях воздействия повышенных температур, влажности и агрессивных сред, что в значительной мере связано с использованием в качестве армирующего наполнителя стеклянных тканей. Установлено сохранение не менее 60 % от исходных значений упруго-прочностных характеристик стеклопластиков после интенсивного воздействия эксплуатационных факторов. Разработанная Методика проектирования надстройки из ПКМ для пассажирского судна предназначается для разработки конструкторской документации надстройки из ПКМ для пассажирских судов на подводных крыльях класса «Л» и «Р» Российского Речного Регистра. Для создания надстройки из композиционных материалов пассажирского судна на подводных крыльях разработана эскизная конструкторская документация экспериментального образца, а Индустриальный партнер ЗАО «Псковская лодочная верфь» изготовил оснастки первого и второго порядка.
Описание исследования

В области транспорта современные экономические условия предъявляют требование обеспечения эффективности перевозок в сочетании с обеспечением экономически обоснованного жизненного цикла транспортного средства. Для расширения возможностей создания отечественных пассажирских судов на подводных крыльях (далее СПК), имеющих надстройки, изготовленные из композитов, в настоящее время необходимо решить ряд проблем, как в области совершенствования проектных характеристик судов этого типа и их оптимизации, так и в области улучшения структуры всего процесса проектирования. Необходима разработка способов проектного обоснования пассажирских СПК, учитывающих различные аспекты их последующей эксплуатации и  обеспечивающих конкурентоспособность судов этого типа.

Критерии эффективности скоростного пассажирского судна связаны с эксплуатационной моделью его применения. Основой критерия выбора служат экономические показатели, определяющие доходную и расходную части эксплуатационных характеристик судна. 

Поэтому центральной задачей настоящей работы является разработка способа проектирования надстройки из композитов пассажирского СПК по критерию экономической эффективности. Применительно к конструкциям из композитов этот критерий трансформируется в требования обеспечения их весовой эффективности и совершенства форм.

В основу работы легли такие принципы создания судов и их крупных элементов из композитов, как:

  • Суда из композитов, в первую очередь, создаются для тех областей использования, где обеспечивается конкурентное преимущество их эксплуатационных качеств над эксплуатационными качествами судов, изготовленных из традиционных судостроительных материалов.
  • Суда и крупные элементы судов из композитов имеют специфическую конструкцию, обусловленную особенностями ее двухкомпонентной и многослойной структуры, а также возможностью интегрирования в ней различных элементов судна, например, несущей конструкции, элементов непотопляемости, изоляции, обстройки и оборудования помещений.
  • Суда и крупные элементы судов из композитов имеют специфические особенности обеспечения прочности корпусных конструкций, обусловленные особенностями их двухкомпонентной и многослойной структуры, в частности, на прочность конструкции из композитов существенно влияют дефекты технологической и эксплуатационной природы, возникающие в конструкции в процессе ее изготовления и развивающиеся в теле конструкции в течение ее эксплуатации, поэтому необходим учет их влияния на характеристики прочности и долговечности для обеспечения экономически обоснованного жизненного цикла корпуса судна.
  • Технология изготовления судовой корпусной конструкции из композитов в большой степени определяет ее весовые характеристики,  прочностные качества, а также наличие дефектов технологической природы, возникающих в теле конструкции и существенным образом влияющих на жизненный цикл судна.
  • Факторы эксплуатации имеют специфическое влияние на элементы конструкции судов из композитов, обусловленное особенностями ее двухкомпонентной и многослойной структуры, а также особенностями исходных материалов для создания композита.
  • Элементы конструкции судов из композитов имеют специфическое эксплуатационное поведение, обусловленное особенностями их двухкомпонентной и многослойной структуры, особенностями исходных материалов для создания композита, а также особенностями возникновения и развития дефектов технологической и эксплуатационной природы в теле конструкции в процессе эксплуатации судна.
  • Проектирование судна, а также его крупных элементов из композитов представляет собой триединую задачу, включающую проектирование собственно конструкции судна или его элемента, проектирование технологии изготовления основных элементов конструкции, а также проектирование композиционного материала для конструкции на базе определенных исходных материалов и технологий.
  • Проектирование конструкции судов из композитов, а также их крупных элементов с учетом массового характера судов должно быть краткосрочным и экономически эффективным, что обусловливает широкое использование при проектировании различных методов математического моделирования.
  • Проектирование судна из композитов, а также его крупных элементов в обязательном порядке должно учитывать особенности эксплуатационного поведения его конструкций, в частности, особенности возникновения и развития дефектов технологической и эксплуатационной природы, возникающих и развивающихся в теле конструкции, для обеспечения экономически приемлемого жизненного цикла судна.
Результаты исследования

В результате выполненных работ ЗАО «Псковская лодочная верфь» за счет средств ООО «Фамэнергострой» были изготовлены экспериментальные образцы фрагментов конструкционных элементов экспериментального образца надстройки пассажирского судна на подводных крыльях и проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов фрагментов конструкционных элементов экспериментального образца надстройки пассажирского судна на подводных крыльях.
Проведена верификация расчетных значений со значениями, определенными в результате исследовательских испытаний, выявлена хорошая согласованность теоретических и экспериментальных данных.
Данный факт свидетельствует о хорошем качестве изготовления экспериментальных образцов фрагментов конструкционных элементов
экспериментального образца надстройки пассажирского судна на подводных крыльях, что в свою очередь подтверждает корректность используемого лабораторного технологического регламента изготовления.
Определенные характеристики учтены в исследовательских испытаниях имитационной модели экспериментального образца надстройки
пассажирского судна на подводных крыльях посредством конечно-элементного анализа реальных аварийных ситуаций.
Разработана Методика испытаний на пассивную безопасность конструкции надстройки пассажирского судна на подводных крыльях.
Методика разработана на основе проведенного анализа аварийных ситуаций речных судов за последние 15 лет. На основе данных выявлены три основных типа аварийных ситуаций. Определены основные виды испытаний, моделирующие реальные аварийные ситуации, связанные с речной эксплуатацией судов.
Исследовательские испытания включают в себя имитационные модели, состоящие из видов испытаний:
- статическая нагрузка на крышу надстройки;
- удар цилиндрического маятника спереди по переднему верхнему углу надстройки;
- боковой удар цилиндрического маятника о борт надстройки.
В результате разработки исследовательских испытаний имитационной модели были сформулированы критерии, при которых имитационная модель будет считаться пассивно безопасной. С использованием результатов исследовательских испытаний экспериментальных образцов фрагментов конструкционных элементов надстройки, проведены исследовательские испытания имитационной модели экспериментального образца надстройки пассажирского судна на подводных крыльях посредством конечно-
элементного анализа реальных аварийных ситуаций согласно Методике испытаний на пассивную безопасность конструкции.
Результаты проведенных исследовательских испытаний являются удовлетворительными, так как при испытаниях конструкция не разрушилась и пространство внутри модели достаточно для того, чтобы в нем находился, не приходя в соприкосновение с жесткими элементами деформированной конструкции надстройки, антропометрический манекен.
Проведены испытания Лабораторного технологического регламента для изготовления экспериментального образца
надстройки пассажирского судна на подводных крыльях из полимерных композиционных материалов и образцов ее фрагментов, которые показали корректность, непротиворечивость и достаточную полноту разработанного регламента, а также возможность его практического использования.
В результате выполненных работ индустриальными партнерами был изготовлен экспериментальный образец надстройки пассажирского судна на подводных крыльях из полимерных композиционных материалов.

Практическая значимость исследования
Социально-экономический эффект от использования продукции, созданной на основе результатов ПНИ выражается в виде: - создания принципиально новой продукции в виде надстройки пассажирского скоростного судна на подводных крыльях из композиционных материалов;
- создания принципиально нового композиционного материала для надстройки пассажирского скоростного судна на подводных крыльях;
- создания принципиально новой технологии изготовления композиционного материала для надстройки пассажирского скоростного судна на подводных крыльях;
- улучшение потребительских свойств пассажирских судов на подводных крыльях, которое выражается в виде повышения характеристик экономичности судна за счет применения в конструкции надстройки из композитов.