Говорит Михаил Францев
Говорит Михаил Францев
Экспертное мнение специалиста по речному флоту

На пороге эры композита. Вместо введения

- A + КомментарииПрочитано 711 раз   |
Постоянным читателям нашего сайта имя Михаила Эрнстовича Францева хорошо знакомо. Он охотно высказывается на просторах "Корабел.ру" по тематике речного флота, выступает в качестве эксперта, не скупится на обстоятельные, глубокие, аналитические комментарии под нашими статьями, а периодически и сам берется за перо.

Думаем, пришло время предоставить нашему коллеге и товарищу свой собственный раздел на сайте – личный блог, где он будет высказываться по волнующим его вопросам. А мы и вы с интересом будем ждать его новых публикаций. А начнет вести этот блог Михаил Эрнстович со вступительной статьи, предваряющей целый цикл заметок о судах из композитных материалов.
От редакции
 
Михаил Францев / Корабел.ру

В условиях рыночной экономики одной из главных задач в проектировании судов становится повышение конкурентоспособности проекта судна. Это требование может быть реализовано за счет следующих мероприятий:
  • обеспечение судну при проектировании повышенных, по сравнению с судами-претендентами, потребительских качеств без пропорционального повышения строительной стоимости судна и стоимости его эксплуатации;
  • повышение качества проектных работ, особенно на ранних стадиях проектирования;
  • уменьшение издержек на многовариантные проработки и сокращения общих сроков выработки проекта.

В области транспорта современные экономические условия предъявляют требование обеспечения эффективности перевозок в сочетании с обеспечением экономически обоснованного жизненного цикла транспортного средства.

Современный этап развития судостроения характеризуется все более широким применением композитов для корпусов судов различного назначения. Это позволяет значительно сократить сроки строительства по сравнению с традиционными материалами. При этом можно использовать существенно менее квалифицированную и более дешевую рабочую силу, чем для постройки судов из традиционных материалов. Все это обусловливает серьезную экономическую мотивацию массовой постройки судов из композитов. Поэтому сегодня большую часть мирового малотоннажного флота составляют суда, имеющие корпуса из неметаллических композитов.

Необходимо отметить, что в данной области Российская Федерация обладает достаточно обширным набором компетенций, частично унаследованных ею со времен Советского Союза. Но до настоящего времени не существует детально разработанной теории проектирования судов из композитов различных типов. Отсутствие такой теории в ряде случаев приводит к избыточному весу создаваемых судовых корпусных конструкций из композитов, что ведет к снижению полезной нагрузки судна и других его эксплуатационных качеств. Неправильные технологические решения при проектировании в свою очередь влекут за собой преждевременное разрушение судовых композитных корпусных конструкций и другие проблемы, в частности, снижение сроков жизненного цикла судна. Поэтому крайне важна разработка способа проектирования судов из композитов по критерию экономической эффективности.
 
Катер РР 167 / "Композитное Кораблестроение", ООО

Одно из перспективных направлений развития морской техники — создание судовых конструкций из композиционных материалов для скоростных судов, созданных только на основе учета действующих на них эксплуатационных нагрузок. Применительно к конструкциям из композитов этот критерий трансформируется в требования обеспечения их весовой эффективности и совершенства форм.

Корпусная конструкция из композитов современного скоростного судна представляет собой многослойную оболочку. Композитные оболочковые конструкции перспективны для мирового малотоннажного судостроения, поскольку наилучшим образом используют некоторые положительные качества этого типа материалов. Эти конструкции позволяют добиваться высокой весовой эффективности в сочетании с необходимыми механическими характеристиками. Одним из центральных вопросов проектирования судовых корпусных конструкций из композитов в виде многослойных оболочек является обеспечение их прочности и долговечности в заданных условиях эксплуатации.

Проектирование крупного элемента судовой корпусной конструкции в виде многослойной оболочки из композитов по критерию весовой эффективности только на основе учета действующих на него эксплуатационных нагрузок позволяет существенно снизить его массу. При этом образовавшаяся экономия массы частично может быть направлена на повышение полезной нагрузки судна и улучшение других его эксплуатационных характеристик.

Проектирование крупной судовой корпусной конструкции из композитов представляет собой триединую задачу, включающую проектирование собственно конструкции, проектирование технологии ее изготовления, а также проектирование композиционного материала для конструкции на базе определенных исходных материалов, выбор которых определяется экономической целесообразностью.

Как было сказано выше, сегодня большую часть мирового малотоннажного скоростного флота, включая промысловые суда, составляют суда, имеющие корпуса из неметаллических композитов. Однако в современной России они проектируются и строятся в весьма ограниченных количествах. Это приводит к переориентации ряда отечественных судовладельцев на продукцию зарубежного судостроения. Несмотря на это, отечественное судостроение, по-прежнему, располагает огромным потенциалом в области науки и технологий.
 
"ОНПП "Технология", ОАО

Опыт эксплуатации скоростных судов из композитов зарубежной постройки в российских условиях выявил ряд их специфических недостатков. Поэтому на скоростные суда из композитов отечественной постройки различного типа и назначения, созданные непосредственно для российских условий эксплуатации существует большой внутренний спрос. При условии конкурентоспособности технических и экономических решений у судов из композитов отечественной постройки существует значительный экспортный потенциал.

Для расширения возможностей создания отечественных судов из композитов в настоящее время необходимо решить ряд проблем, как в области совершенствования проектных характеристик судов и их оптимизации, так и в области улучшения структуры всего процесса проектирования. Необходима разработка способов проектирования таких судов, учитывающая различные аспекты их последующей эксплуатации и обеспечивающая их конкурентоспособность.

В этом блоге будет рассмотрен способ проектирования судов из композитов по критерию весовой эффективности. Он предназначен для проектирования скоростных судов из композитов длиной до 20 м различного назначения и увязан с общей схемой оптимизации проектных характеристик судна. Способ позволяет разрабатывать судовые корпусные конструкции в виде многослойной оболочки из композитов.

Создание корпуса из композитов по критерию весовой эффективности обусловливает ограничение толщины его элементов в виде многослойных оболочек и связанные с этим повышенные требования к их прочности и устойчивости. Известно, что возникающие при создании и в процессе эксплуатации в конструкциях из композитов внутренние дефекты являются важным фактором, ухудшающим эксплуатационные качества конструкций и снижающие характеристики их долговечности. Возникновение и развитие таких дефектов в судовых корпусных конструкциях из композита ведет к снижению их прочностных качеств и способности противостоять неблагоприятным эксплуатационным воздействиям. Все это сокращает срок жизненного цикла корпуса судна из композитов.
 
М. Э. Францев, МГТУ им. Н.Э. Бауамана. МИЦ "Композиты России" / "Морское Инженерное Бюро", ООО

Поэтому важной задачей в области создания судовых конструкций из композитов является учет при проектировании их эксплуатационного поведения, обусловленного доминирующими факторами эксплуатации, определение изменения характеристик прочности и долговечности конструкций в процессе их эксплуатации и, в конечном итоге, обеспечение экономически обоснованного жизненного цикла.

Одним из важных направлений способа проектирования судов из композитов по критерию весовой эффективности являются методы верификации проектных решений. Наиболее достоверный метод – различного рода исследования судовых корпусных конструкций из композитов после их изготовления, а также в процессе эксплуатации на их жизненном цикле, в том числе исследования методами неразрушающего контроля с одновременной аналитической обработкой полученных результатов и формированием обратных связей с процессами проектирования и изготовления конструкций.

В качестве иллюстрации выше сказанному можно привести цитату из лекции И.Г. Бубнова: "…Метод изучения проектирования судов… состоит в том, что после исследования и оценки условий, предъявляемых как ко всему судну, так и к каждой отдельной части его, путем математического анализа находят размеры судового корпуса и всех частей его, опираясь лишь на точные законы физики и механики, а также на результаты и указания опыта…

Введя критику, анализ и опыт взамен мертвой формулы, метод этот двигает и совершенствует технику, не позволяя ей застыть в определенных формах. Кроме того, метод этот универсален и каждый вывод его может быть применен… с одинаковой степенью точности".

Продолжение следует
 
Михаил Францев
Поделиться новостью
Подписка Корабел.ру экономит ваше время
Подпишитесь на ежедневную рассылку новостей и будьте в курсе всего самого важного и интересного!

Комментарии   30.

Чтобы принять участие в обсуждении, пожалуйста Авторизуйтесь или Зарегистрируйтесь или
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 09.03.2018, 18:43Согласен с автором - большое будущее. Правда, пока не в России, где "классификаторы" от судостроения принимают все меры, чтобы этого не случилось - в первую очередь, за счет не имеющих аналогов в мире требвоаний к конструктивной противопожарной защите. А без сертификации не будет ни головных образцов, ни экспортных продаж. Откровенно вредительская политика Морского Регистра в области композитных судов продолжается уже не один год... А мы - продолжаем проектировать и спускать суда для - "люди работают" :)
-0+
#Кузнецов Дмитрий Вячеславович, 10.03.2018, 09:08Кроме Морского Регистра еще есть РРР и ГИМС там все тоже не лучше обстоит с нормами и требованиями
-1+
#Назаров Альберт Георгиевич, 10.03.2018, 12:34С ГИМС работать получается, даже по судам из каброна. За РРР не скажу, мы ими не "сертифицированы", значит как проектировщик работать с ними не можем (что за бред!). К сожалению, ни ГИМС, ни РРР для внешнего рынка непригодны, этим должен бы заниматься/проявлять интерес РМРС, но там с 2012 тон задают идиоты.
-0+
#Чулков Владимир Васильевич, 28.03.2018, 09:10Морской Регистр,  Речной Регистр,  ГИМС, и у каждого своё ... Должен быть один орган РРС - просто Российский Регистр Судоходства, как ГИБДД.
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 10.03.2018, 13:05Кстати в качестве дополнения - по итогам 2017 года, небольшой композитный катер РА72 вошел в число "значителньых малых судов года" по версии Королевского общества морских инженеров (RINA). Катер из полностью из карбона, за счет чего удалось добиться улучшенных характеристик по сравнению с зарубежными моделями. РА72 строится в России, из российских материалов и имеет сертификат ГИМС. Проект наш, производство - Владивосток.
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 13.03.2018, 18:16Да, углепластик пока еще дорог. Применение традиционного полиэфирного стеклопластика при близких ТТД судна дает порядка 40% экономии https://velvette-marine.com/models/cabin-23-active-sedan.html По эксплуатационному поведению углепластикового корпуса в воде пока информации мало. David Pascoe http://www.yachtsurvey.com/blisters.htm предполагает, что эпоксидные смолы ненамного меньше подвержены водопоглощению, чем полиэфирные. Как углепластиковый корпус ведет себя в условиях ударных нагрузок (например, при движении на волне на полном ходу) вопрос не изученный. Чем больше будет строиться судов на базе углепластика и эпоксидных смол, тем скорее эти вопросы начнут проясняться.
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 13.03.2018, 18:52Дэвид Паско - известный паникер, меньше читайте его :) Касательно углепластика - иногда важнее экономия в массе конструкции, и иностранные КО такие конструкции одобряют. Сейчас по нашему проекту строится спасательный катамаран длиной 18м, под класс LR SSC, для Дубаи - основная часть армирования это карбон, экономия в массе конструкции по сравнению с сэндвичем из Е-стекла более 20%.
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 13.03.2018, 18:58Читать нужно всех. Чем больше информации, тем более полная картина. Кстати, информация по водопоглощению в книге "Морские композиты", которую вы мне подарили, практически полностью совпадает с тем, что пишет Дэвид Паско. Он пишет конечно красочнее, все-таки его книги ориентированы на американских судовладельцев. Но суть одна и та же. Я, кстати Дэвида Паско читаю уже скоро лет пятнадцать - и ничего. Передержек не обнаружил. Очень были информативны его статьи после урагана в Новом Орлеане, когда стало видно как и из чего сделаны лодки. Нам тогда эта информация сильно помогла.
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 13.03.2018, 19:18Проблема американских "яхтенных сюрвейеров" в том, что как правило, не имея инженерного образования, они берутся оценивать инженерные решения. Паско - не исключение. С практической точки зрения, многие его публикации справедливы.
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 13.03.2018, 19:27Ну мы-то отделяем "мух от котлет". Пользуемся его фактами, а выводы стараемся делать сами. Когда информации мало - не делаем. Один европейский судостроитель на "Открытых инновациях", когда после его длительной лекции о яхтенных и катерных корпусах из карбона, я попросил описать эксплуатационное поведение этого материала, заявил, что мол опыт эксплуатации ограничивается примерно пятью годами (тогда было, сейчас - уже десять) и мол поэтому какие-либо выводы делать рано. На этом поставил точку. За прошедшие пять лет никакой новой информации по данному вопросу пока не появилось. Я же говорю: пусть больше строят - исследуем.
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 13.03.2018, 19:39Так надо самим строить, а не только исследовать сделанное другими :)
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 13.03.2018, 19:43Сколько лодок Вы построили за жизнь, Альберт?
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 13.03.2018, 19:56Если считать проекты, то около 90 реализованных, это не считая переоборудования. Касательно количества лодок, то не скажу - многие проекты строятся серийно.
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 13.03.2018, 20:03Я только за последние десять лет исследовал более 130 лодок длиной от 8 до 27 метров из разных стран, не считая других элементов судов из композитов (надстройки, насадки, рубки и пр.). Когда я только строил - я пользовался искаженной информацией, не было качественной обратной связи. Потом начал еще и ремонтировать. Увидел динамику процессов. Поэтому я решил, что всему свое время: есть время строить, а есть время обобщать знания. Причем мы не делаем из результатов секрета. Публикуем статьи, отчеты. Регулярно делаем доклады на конференциях. Этими материалами можно пользоваться для проектирования. Сегодня мне это интереснее, чем просто строить и просто проектировать. Видишь причинно-следственные связи проектных решений, вплоть до качества примененных материалов.
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 14.03.2018, 04:43Просто по лодкам, котрое вы исследуете, у вас нет полной проектной информации, а стало быть исходные посылки проектирования конструкций неизвестны. А в остальном - да, сюрвей существующих судов это весьма полезный массив информации.
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 15.03.2018, 08:38Вчера не мог ответить. По поводу проектной документации (и даже эксплуатационной документации) лодок, поступающих в Россию (не знаю, как в другие страны), тут, Альберт, Вы абсолютно правы - ее нет. С этим нам пришлось столкнуться еще в 2006 году, когда мы начали выполнять исследования для Российского Речного Регистра. Поэтому в процессе исследований нам пришлось разработать достаточно объемные методики восстановления проектных характеристик судов по ограниченному количеству данных. Были исследованы проектные данные более одной тысячи проектов судов из композитов из различных стран. Разработано программное обеспечение, включающее специализированные компьютерные приложения. При этом нам неоценимую помощь оказала отечественная специализированная литература (главным образом советских времен). Нашей работе посвящено более 90 опубликованных научных статей (большинство есть в Сети). Так что сегодня мы восстанавливаем достаточно большую часть необходимых нам проектных характеристик на ПК за не далее...
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 15.03.2018, 09:41Ну прям фантастика - восстанавливать проектную документацию судна за несколько секунд, с помощью ПК и советских книжек. Ждем продолжения :)
 
ЗЫ: А мы сегодня новый проект спустили и уже испытали - катер полицейско-спасательный, 18м, стеклопластик-сэндвич. Будет серия из шести судов.
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 15.03.2018, 09:49А касательно восстановления характеристик, простой вопрос - как вы определяете расчетный уровень вертикальных ускорений, принятый при проектировании? А если он неизвестен, то и все оценки конструкции от лукавого.
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 15.03.2018, 12:21Физика с советских времен не изменилась. А в советских книгах описана именно физика. Мы с Вами это много раз обсуждали - лень начинать. А продолжения ждать не нужно: все в Сети в открытом доступе
1.http://www.neptunsm.com/articles/42.pdf
2.http://www.neptunsm.com/articles/8.pdf
3.http://www.neptunsm.com/articles/12.pdf
4.http://www.neptunsm.com/articles/27.pdf
5.http://www.neptunsm.com/articles/10-Frantsev.pdf
6.http://www.neptunsm.com/articles/6_new.pdf
Будет желание - поищите еще - найдете
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 15.03.2018, 13:26Ну так это понятно, физика та же. Но какое вертикальое ускорение принимал конструктор при проектировании, вы же не знаете. Может быть 1,0g, 2,5g, а может 6.0g, для одного и того же судна. Для скоростных судов это определяется конструктром судна, отсюда и назначается режим эксплуатации. А у вас этих данных нет, а там нагрузки в разы будут отличаться.
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 15.03.2018, 13:37Давайте вернемся к этому вопросу, когда будет опубликован соответствующий раздел. Подождите
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 15.03.2018, 18:15Испытывали сегодня...
https://www.facebook.com/AlbatrossMarineDesign/photos/a.1700757023491497.1073741828.1700749980158868/2105957542971441/?type=3
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 16.03.2018, 06:59Ходит техника по кругу... По внешнему виду (включая обводы) шестидесятые годы двадцатого века - пик развития небольших глиссеров. Почему я и советую читать советские книги - они написаны именно в это время
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 16.03.2018, 16:52Все у вас просто: проектную документацию восстанавливаем за несколько секунд, а обводы оцениваем по одной фотогоафии :) На самом деле, все гораздо сложнее - те, кто проектирует и строит, это понимают.
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 16.03.2018, 17:48Не проектную документацию, а проектные характеристики, то есть числовые значения. Это совершенно разные вещи. Когда видел много лодок на протяжении полувека, то общие черты начинают бросаться в глаза. В области глиссеров все было сказано в первой половине двадцатого века, максимум года до 1965. Дальше были усовершенствования и переложения. Самое интересное, что на корпусах глиссеров из фанеры и древесины часто были более интересные обводы, чем на стеклопластиковых корпусах (не нужно было думать о съеме с матрицы и выжимали из корпуса по максимуму). Если полистать старые журналы найдется многое, что сейчас пытаются выдать за новое. Мы возились с моторными лодками, начиная с 1970 года, даже раньше. И строили вместе с отцами, и ходили на них в дальние походы. Это был золотой век водно-моторного спорта, когда в СССР конструкторская мысль в этой области была в мире на лидирующих позициях. Конечно, Вам это трудно представить. Другая страна, другое время. Да и кандидатская по судовождению в а далее...
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 16.03.2018, 18:22Сложности обводов не в матрицах, а в том, что раньше были менее мощные двигатели, потому обводам придавали большее значение. Сейчас все недостатки проектирования корпусов компенсируют большей мощностью - по крайней мере, на прогулочных судах. Мы работаем в другом направлении и параметры корпусов оптимизируем, тем более, когда тендер для спецслужб прописывает применять "проверенные обводы" (но это не значит, что мых их тупо срисовываем со старых книжек, но берем лучшее). Ну, а касательно кандидатской, то кое у кого она вообще по теме "как сделать новую рубку на старом корпусе" - обалденный :))
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 16.03.2018, 18:32Не заводитесь. Просто я на собственном опыте увидел, что одного опыта проектирования и постройки для того, чтобы серьезно заниматься наукой - мало. Пришлось восстанавливать институтские знания и учиться много чему новому. А в 43 года после двадцати лет судостроительного производства - это непросто. Но следующие пятнадцать лет я не потерял. Что касается "новой рубки на старом корпусе", но за эти пятнадцать лет никто не смог этого повторить, хотя кое-кто пытался и не раз. Но мозгов мы туда вложили много, поэтому ни скопировать, ни воспроизвести не получилось. Помните историю, как в Выборге сварили такую рубку по форме один-в-один, а потом пытались ее продать на сайте КиЯ, когда поняли, что катер с ней просто перевернется. А мы полностью сохранили мореходность без единого грамма балласта. И служит она уже пятнадцать лет без каких-либо проблем. Так что и технологий там вложено немало. На этом и стоим: на науке и технологиях.
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 16.03.2018, 18:53Серьезно заниматься наукой в технике - значит создавать технику, испытывать, улучшать, обобщать, проводить необходимые испытания. Если, конечно, речь идеть о судостроительной науке. Вот прочел я вашу статью, по восстановлению гидростатических характеристик - вся статья как можно в MS Excel функцией "линия тренда" получить формулы, и потом посчитать метациентрические характеристики. Уровень третьего курса ВУЗа, извините за прямоту - задачник по теории корабля, не привязано к современной практике. Мы проделавали восстановление характеристик корпусов много раз, когда требуется разработать информацию об остойчивости для чужого проекта. Так вот, приходится обмерять корпус, хотя бы несколкьо сечений изнутри можно промерить с достаточной точностью, потом привязывать к ним трехмерную "болванку" для похожего типа судна. Без трехмерной болванки никак, потому что малое судно при крене получает сопуствующий дифферент, а его все современные нормы требуют учитывать. Разработка документации об остойч далее...
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 16.03.2018, 19:02Так эта статья и написана, чтобы кто-то из бакалавров, столкнувшись с такой задачей решил ее легко и быстро. Там можно действовать по принципу "делай, как я". А Вы что, хотите корпус парохода длиной 80 с лишним метров в 3D строить, а потом его наклонять. А сколько это будет денег стоить? И кто их Вам заплатит? А здесь взял Справочник по серийным транспортным судам и через десять минут получил все характеристики в районе действующих ватерлиний. Это же инженерное решение, базирующееся на учебнике М.Я. Алферьева по теории корабля для 3-го курса корфака. Воспроизвести - это работа конструктора заводского техотдела. Но вот придумать...
А по поводу создавать, улучшать... Это как раз всего лишь ОКР. Наука это нечто другое. Не берите в голову, вам это не нужно, у каждого своя дорога.
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 16.03.2018, 19:06А, ну тогда понятно, довольно элегантно.