Как спроектировать яхту самому на компьютере
Обновлено: 03.07.2024
Проектирование яхт – это процесс постоянного приближения к результату, который должен удовлетворять определенным, заранее заданным требованиям. Чтобы достичь этого, дизайнер должен начать с некоторых предпосылок и проверить насколько они удовлетворяют поставленным условиям. Скорее всего, это не получится с первого раза, так что придется изменить некоторые начальные условия и повторить процедуру, обычно несколько раз. Такой процесс, получивший название «дизайн-спираль», состоит в повторном прохождении нескольких этапов до получения желаемого результата. Обычно спираль состоит из следующих шагов: модель корпуса, гидростатика, распределение весов, силовая установка, конструкционные элементы, общее расположение.
Шаги спирали могут меняться в зависимости от того, какой тип яхты проектируется, и повторяются на этапе эскизного проектирования, первичного проекта и детального рабочего проекта. Из собственного опыта можно сказать, что очень важно просмотреть как можно больше вариантов на начальной стадии работы над проектом, прежде чем заняться детальными расчетами. Причина этого в том, что чем ближе к окончанию проекта вы находитесь, тем сложнее вносить необходимые изменения. Нет ничего хуже, чем пройти все этапы разработки проекта и убедиться в том, что яхта погружается на 100 мм ниже расчетной ватерлинии.
Рассмотрим этапы работы над проектом более подробно.
На первом этапе у дизайнера имеется только спецификация яхты или техническое задание, причем часто приходится их разрабатывать самому, так как заказчик не может правильно сформулировать задачу, или, в лучшем случае, совместно с заказчиком.
Техническое задание является фактически целью работы над проектом, поэтому необходимо, время от времени, возвращаться к нему и уточнять необходимые параметры. На этапе эскизного или концептуального проектирования уже применяется дизайн-спираль. Эта фаза работы часто является наиболее продуктивной.
На этой стадии заказчик и дизайнер часто ставят трудно реализуемые или вообще нереальные задачи. Не стоит сразу отказываться от их решения, пока не использованы все возможности. На основании своего опыта или данных по аналогичным судам дизайнер задает основные параметры корпуса.
Таким образом, могут быть рассчитаны: отношение длины к ширине корпуса, отношение парусности к площади смоченной поверхности, выравнивающий момент и метацентрическая высота. Мы, обычно, создаем на компьютере несколько вариантов корпуса и надстройки и оцениваем их параметры и эстетические качества одновременно. На первом витке приближение к идеалу довольно грубое.
После выбора эскиза яхты, как правило, создается трехмерная модель, проводится цветная визуализация (рендеринг) модели и полученные изображения предлагаются для одобрения заказчику. На этапе первичного проектирования, после выбора основных параметров, приходит время для собственно конструирования корпуса, киля, руля и парусов. Можно также выбрать примерное общее расположение внутри и снаружи яхты, для того, чтобы определить весовые нагрузки для начального расчета остойчивости.
Цель этого этапа – провести предварительные расчеты гидростатики, остойчивости, скорости и других параметров для проверки их соответствия техническому заданию. Эти расчеты придется уточнять на следующем этапе. Одним из важнейших результатов этапа первичного проектирования является теоретический чертеж корпуса, который лучше всего характеризует действительную форму яхты и ее свойства. Результаты данного этапа могут быть переданы судостроителям, для оценки возможной стоимости яхты. Не рекомендуется оценивать стоимость яхты без согласования с фирмой изготовителем.
На этапе детального проектирования определяют конструктивные элементы набора и обшивки корпуса, проводят расчет такелажа и выбор двигателя. Только на этом этапе можно провести уже точный расчет весовых нагрузок и остойчивости. И, наконец, можно провести более детальный расчет ходовых и эксплуатационных параметров яхты. Результатом последнего этапа проектирования являются рабочие чертежи для судостроителей, офсетные таблицы и файлы для раскроя обшивки, деталировка отдельных узлов.
Проведение расчетов в процессе выполнения этапов спирали – очень трудоемкая задача, которая раньше решалась с привлечением большого числа инженерного персонала. В наше время, эти задачи решаются с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР, CAD- англ.), причем для этих целей подходит практически любой современный персональный компьютер.
Наиболее важным модулем САПР для дизайна яхт являются программы создания линий и поверхности корпуса, которые появились в 1980-х годах.
Корпус представляется системой поперечных и продольных линий или элементарными площадками, соединенными вместе, размер которых определяется заданными условиями гладкости поверхности. В любом случае, каждая точка поверхности определена математически, и, если заданы две координаты этой точки, то третья определяется автоматически. Так, например, если конструктор задал расстояние от форштевня, X , и глубину ниже ватерлинии, Z , то ширина корпуса в этой точке, Y , будет вычислена программой.
Существуют две задачи при построении поверхностей. Создать новый корпус или скопировать, как можно точнее, существующий. Вторая задача сложнее и требует многократных итераций, что может оказаться довольно продолжительным процессом.
Создание нового корпуса основано на использовании системы мастер-линий, через которые или вблизи которых проходит поверхность. Каждая линия определяется набором контрольных точек, лежащих на линии или вблизи нее. Число точек и линий обычно порядка 10. Путем изменения координат отдельных точек можно менять форму мастер-линий и, следовательно, форму поверхности. Многие программы позволяют рассчитывать кривизну поверхности и сглаживать её.
Большинство программ позволяют вращать поверхности и рассматривать их в перспективе, что является бесспорным преимуществом САПР.
Например, форма линии борта на виде сбоку и в перспективе может выглядеть совершенно по-разному, так как изображение линии на сетчатке глаза зависит от распределения лучей вдоль корпуса. Корпус, который хорошо выглядит на виде сбоку, может быть уродливым в реальном изображении.
Наиболее современные программы позволяют создавать поверхности не только корпуса, но и палубы, надстройки и отдельных деталей яхты, что позволяет получить полностью реалистическое изображение (см. изображение на главной странице нашего сайта).
При создании обтекаемых поверхностей типа киля, программы позволяют строить поверхности различных заданных профилей сечения (обычно, на основе набора профилей NASA). После этого, рассчитываются объем, вес, центр тяжести и центр приложения гидродинамической силы. Для парусных яхт существуют программы с парусным модулем, где рассчитываются площади и центры, а также раскрой парусов.
Общий вес и центр тяжести яхты, обычно рассчитываются подпрограммой распределения весов (weight schedule), где учитываются масса и координаты каждого элемента конструкции.
Важным модулем яхтенных САПР является модуль расчета гидростатики и остойчивости яхты. В этом модуле определяются: параметры остойчивости при малых и больших углах крена и дифферента, вес вытесненной воды на см осадки, площадь смоченной поверхности и др.
При расчете остойчивости определяется осадка и дифферент для каждого угла крена, что является достаточно трудоемкой задачей, если не применять данный модуль.
Программы расчета скорости ( VPP -англ.) позволяют по заданным параметрам корпуса и движителя предсказать скорость яхты в различных условиях. Для парусных яхт, в зависимости от параметров корпуса, киля, руля и парусов, рассчитываются скорость яхты, угол крена и дрейф при различных скоростях и направлениях ветра. Простые симуляторы движения яхты используются даже на борту яхты для оптимизации параметров плавания.
Существуют также программы для расчета элементов корпуса, основанные на правилах различных классификационных обществ – ABS, Lloyd’s Register, ISO Scantling Standard 12215 . Применяют и другие методы расчета на основе сопромата или метода конечных элементов.
Перспективным считается развитие программ по расчету гидродинамики корпуса, что позволит обходиться без опытных бассейнов и испытания моделей судов.
САПР для дизайна яхт могут быть развиты для использования в процессе постройки яхты (CAM-системы – англ.). Например, очень трудоемкий процесс плазовой разбивки корпуса и изготовления полномасштабных шаблонов может быть полностью исключен. Традиционно, судостроитель получал от конструктора офсетные таблицы, на основе которых изготавливались шаблоны для деталей корпуса. Если корпус спроектирован с использованием САПР, то шаблоны могут быть вырезаны автоматически. Развертка и раскрой листов обшивки также может быть проведен непосредственно на основе соответствующего файла программы, управляющего работой координатного режущего инструмента, например, плазмореза.
Более подробный анализ и сравнение существующих систем автоматизированного проектирования моторных и парусных яхт мы планируем опубликовать в скором будущем.
Вы используете Internet Explorer устаревшей и не поддерживаемой более версии. Чтобы не было проблем с отображением сайтов или форумов обновите его до версии 7.0 или более новой. Ещё лучше - поставьте браузер Opera или Mozilla Firefox.
Обсудить и задать вопросы можно в этой теме.
Oldwhale
втянувшийся
В своем поиске прототипа судомоделисту приходится перелопачивать множество источников, это и книги и всевозможные переодические издания, и конечно просторы Инета.
И вот прототип найден, и обнаруживается, что сведения по нему крайне скудны и имеющихся материалов явно не достаточно для постройки модели. И поиск затягиваетя на долгое время, бывает что на годы.
Но вот находится очень приличный боковичок, несколько фото с видами в различных ракурсах, а еще и лучше когда нашлось несколько видов корпуса в доке или на спуске судна (корабля), а в справочнике вызывающем доверие, данные с габаритными размерам и осадкой, то становится возможным самому восстановить теорию, по которой изготовление корпуса становится возможным.
И даже, когда найден чертеж с теорией, очень часто оказывается, что она не "бьется", а часто бывает попросту лжива. Строить по ней - только терять время. Тогда надо браться за его вычерчивание и другого пути нет.
И если раньше приходилось вставать к кульману или чертежной доске, то сейчас все решается с помощью компьютера и векторных программ и надо отметить главное достоинство их - свободное масштабирование.
Да, конечно можно бросить "клич на форуме", и посмотрите сколько веток открыто с такими призывами о помощи и оставленных без ответа подолгу и похоже навсегда.
Я использовал CorelDraw, до того времени пока мне не встретился несколько лет назад с программой FreeShip. Программа бесплатна, русифицирована, и вполне доступна для понимания.
Уже слышу возражения, что есть более продвинутые программы для работы в 3D (не стану их перечислять, они у всех на слуху), но не всем они доступны и требуют очень мощных компов, доступ к которым имеют весьма немногие и даже некоторые "гуру" в этой области признаются, что работают в этих программах на работе.
Я надеюсь, что на этой ветке, будет возможным обмениваться опытом работы в FreeShip, своими наработками.
О себе не могу сказать, что в совершенстве постиг все тонкости этой программы, но могу поделиться всем тем, что могу в ней на сегодня и готов познавать ее с вашей помощью далее.
Для примера мной выбран миноносец "Взрыв", незаслуженно, на мой взгляд, обойденный вниманием моделистов.
Информация графическая о нем убогая, сделана крайне неряшливо, но вполне достаточная. И есть большие сомнения, что по нему есть еще графическое инфо в архивах. Если бы нарыли, то уже бы всплыла, поскольку он был первым миноносцем в истории флота российского, а значит "знаковым" в истории флота и наши историки часто упоминают о нем в темах, касающихся отечественных миноносцев, графики же свежей не прибавляется и видимо не будет. Буков еще вполне возможно еще раскопают, а вот графики вряд ли. Буду рад ошибке в этом своем мнении. Эта же графика публиковалась в журнале "Судостроение" и во многих книгах по истории нашего флота. Но под руками оказалась эта публикация и скажем спасибо "М-К" за это.
Миноносец "Взрыв"
А ведь согласитесь - чертовски красив его корпус в своей архаичности переходного периода от дерева к железу, так достойно восстановим его облик и я покажу как это мной делалось.
С уважением к коллегам!
Oldwhale
втянувшийся
Перед тем, как перейти к работе непосредственно в FreeShip, нужно подготовить имеющийся материал.
Открываю в браузере страницу с публикацией "Взрыва" (адрес в посте выше), позиционирую необходимый мне объект в окне браузера (это вид корпуса сбоку и сверху) и с помощью кнопки Print (у меня она четвертая справа в верхнем ряду клавы) делаю скрин.
Открываю Фотошоп, а в нем жму на Файл-Создать. В установках Создать задаем размер 1280х800 пикселей, подбросим разрешение до 100, хотя можно оставить и 72. Цветовой режим выбираем в градациях серого в 16 бит, фон прозрачный, остальное по умолчанию. Открылась картинка в клеточку-шашечку. Идем в меню и жмем Редактирование-Вставить. Наша картинка оказалась в окошке.
Снова идем в меню жмем последовательно Слои-Выполнить сведение (без этого нам не удастся сохранить изображение в формате JPG). Инструментом "Рамка" делаем обрезание. Файл будет легче, да и зачем нам "мусор". Все или почти все, - сохраняем в формате .JPG под придуманным Вами названии и в известной Вам папке. У меня весит 193 Кб. Нормально.
Изображение перед вами.
С уважением к коллегам!
Oldwhale
втянувшийся
Сначала забудьте про всю вводную лабуду об установке в компьютер и документацию. Ни к чему она совсем. Только голову лишним забивать. Вы должены просто знать, что все расчеты в Карине ведутся в наших Русских Рублях, то есть метрах и граммах. Всё!
Первый лист, начало построения лодки, то есть днищевая часть. Нажимаем кнопку Chine 1 . Chine можно интерпретировать как Линия Борта , хотя, наверняка, есть нормальное Морское название, которого я не знаю. В общем, нажимаем эту кнопку и выскакивает табличка в которой:
X-Y horizontal plane
Горизонтальные параметры лодки
Length stern-stem LWL
Длина лодки по днищу от кормы до носа.
Position of max beam
Расстояние до самой широкой части судна.
Половина ширины днища (если вставить ширину в 0,5 метра, то общая ширина днища соответственно = 1 метру).
Half width forward
Половина ширины по носу лодки (если строим Джон-Бот, у которого два транца – кормовой и носовой).
Half max afterward
Половина ширины по транцу лодки
Power of X forward (2-4)
Степень округлости носовой части лодки (если смотреть сверху — в плане).
Power of X aft (2-4)
Степень округлости кормовой оконечности лодки.
X-Z vertical plane
Вертикальные параметры лодки
Высота днищевого загиба по ахтерштевню, то есть по носовой оконечности лодки.
Высота по транцу.
S-фактор, то есть радиусность обводов бортов по транцу.
Forward S shape
То же, но по носовой оконечности.
Угол килеватости днища в градусах, от горизонтали.
Keel advance angle (degree)
Угол килеватости носовой оконечности лодки по килевой части.
Stem incl. (deg/vertical)
Угол наклона носового транца, если он есть, от вертикали.
Transom incl. (deg/vertical)
Угол наклона транца, кормы, от вертикали.
Далее, когда введены все данные, жмем на Validation , то есть Задействовать или проще говоря, Рассчитать . Появляется чертеж днищевой части лодки.
Жмем на кнопку Chine 2-3 , то есть Линия Борта 2-3 . Опять раскрывается новая табличка для заполнения:
Вторая, третья и четвертая Планки.
Вторая Планка
Высота борта в носу лодки
Height at B max
Высота борта в самой широкой части лодки
Высота борта по транцу
1st plank incl. (deg/horizontal)
Угол наклона, развала бортов по первой планке
Носовой транец повернуть вовнутрь (в случае Джонбота может быть повернут в обеих направлениях)
Transom turned in
Транец повернуть вовнутрь
Третья Планка
Высота в носу лодки
Height at B max
Высота в самой широкой части лодки
Высота по транцу
2nd plank incl. (deg/horizontal)
Угол наклона, развала, бортов по второй планке
Линия обрезки бортов
Четвертая Планка
Высота в носу лодки
Height at B max
Высота в самой широкой части лодки
Высота по транцу
3 rd plank incl. (deg/horizontal)
Угол наклона, развала, бортов по третьей планке
Опять, жмем Validation и сразу получаем чертеж лодки с тем количеством бортовых планок, которое Вам необходимо.
Далее мы имеем кнопку Draw stations – это всего-навсего кнопка, которая строит Шпангоуты. Ставим в ячейку необходимое расстояние от кормы до шпангоута и жмем ее.
Следующие кнопки на этом листе:
Redraw lines – Перечертить, то есть убрать какие-то линии с чертежа. Например, нарисованные шпангоуты.
Develop – Создать, то есть получить пунктирную выкройку всех Планок на чертеже.
Quit – Выйти.
Теперь командная строка:
По DXF линии в плане
По DXF в объемном виде
Расчет по линиям XYZ
Расчет по линиям DXF
Для просмотра в объемном виде готовой модели лодки
Все документы по расчету лодки, то есть все чертежи, все цифирки и т.п.
Теперь идем к расчету гидро-характеристик лодки.
Правая табличка – Mass budget – расчет массы лодки .
Введите данные только в Зеленые ячейки.
Розовые ячейки зарезервированы для получения результатов расчетов.
(Плотность листа в 10 кг/м² соответствует 12 мм фанере).
От себя могу сказать, что 4 кг/м² соответствует примерно 6 мм фанере.
Bottom and side planks
Днищевые и бортовые Планки, Панели
First side plank
Панель первого борта
Second side plank
Панель второго борта
Other side planks
Полка, накрывающая часть носа
Полка, накрывающая часть кормы
Floor and decks
Полы и палубы
Оборудование
Дополнительное оборудование 1
Дополнительное оборудование 2
Дополнительное оборудование 3
* Палубы и полы нужны если Вы строите яхту или каютный катер. Для простой открытой моторки они не нужны. А так, к каждому борту прилагается по полу и палубе.
Левая табличка – Hydrostatic computation – Гидростатический расчет .
Используйте правую табличку для вычисления массы лодки и последующего расчета. Displacement - Водоизмещения и Water level -Ватерлинии.
Дальше можно не читать, всё происходит автоматически, и перейти сразу к голубой полоске:
The keel is in water, chine 1 is immersed – Киль находится в воде, линия первого борта находится в притопленном положении.
Если масса лодки превысит допустимый вес, то в этой строчке появится надпись на красном фоне следующего характера: Warning – the deck is immersed, the boat is sinking!, то есть Внимание – палуба затоплена, лодка тонет!
Displacement – водоизмещение в м 3
Z Waterline – Уровень ватерлинии
Pitch angle (deg) – Дифферент на корму или на нос
После заполнения и расчета правой таблицы, переходим к гидростатике. В этот момент в этой таблице горит кнопка Displacement – Водоизмещение. Ставьте курсор мышки на следующую кнопку, то есть на Ватерлинию. Включаем её. Потом нажимаем Compute и Quit.
Автоматически попадаем на свой чертеж лодки, где будет указаны синим цветом Ватерлиния. Можно многократно переходить на чертеж, каждый раз добавляя в таблице расчета веса новые значения. Каждый раз на лодке будет появляться дополнительная ватерлиния, показывающая осадку лодки по мере наполнения её массой (пассажиры, балласт и т.п.).
Есть еще одна табличка в разделе Сохранить, а именно в Development DXF: тут указывается толщина материала в мм. Заполняем только первые ячейки каждого пункта.
Thickness of the bottom – толщина днища
Thickness of side planks – толщина бортов
Thickness of transom – толщина транца
При этом, во вторых ячейках будут автоматически выскакивать рекомендованные цифры, на которые мы благополучно не обращаем внимания!
В конце таблицы несколько кнопок:
Lap strake – стандартный вариант сборки лодки по методу «сшей-и-склей».
Welding and strip planking – сварка или обшивка рейками.
Cancel – Отменить.
S-фактор, это фактор учитывающий крутизну изгиба первой планки в месте её соприкосновения с днищем. Или так называемый Скуловойизгиб. Величина изгиба дает физическую возможность получить такой профиль Скулы, который будет являться брызгоотбойником.
Power of X – крутизна изгиба в плане. Чем больше цифра, тем более круглыми будут смотреться обводы лодки в плане. Чем меньше эта цифра, тем более остроносой будет лодка.
Transom incl. – Угол наклона транца. Стоит брать не менее 10 градусов, так как большинство подвесных моторов хоть и имеют регулировочные приспособления, но такой угол дает еще большие возможности по правильной установке угла двигателя на транце.
Для увеличения размера фрагмента чертежа достаточно поставить курсор мыши в угол этого участка, нажать левую кнопку и удерживая её выделить этот фрагмент. Как только Вы отпустите мышку, фрагмент предстанет в увеличенном масштабе. Отменить выделение фрагмента можно дважды щелкнув по любому месту на чертеже, или нажав кнопку Redraw.
Каждый борт имеет по две длинных стороны. Каждая из этих сторон несет наименование Chine. То есть Борт 1 имеет линию Chine 1 иChine 2, соответственно следующий борт будет иметь линии начиная от линии предыдущего борта, то есть Борт 2 - Chine 2 и Chine 3, потом Борт 3 - Chine 3 и Chine 4.
Устанавливая угол наклона борта на угол больше 90° можно получить конструктивно борт повернутый вовнутрь лодки.
Основная информация о программе
FREE!Ship - это известная программа с открытым исходным кодом для разработки моделей кораблей методом поверхностного моделирования. Её часто используют дизайнеры для создания макетов катеров и яхт, расчетов статических и гидродинамических характеристик судов. Фактически FREE!Ship это бесплатный аналог таких программ как Rhino Marine, AutoShip, MaxSurf, NavCAD, MultySurf, Aveva и FastShip.
Помимо применения программы в производственных и научных целях, часто её используют в процессе обучения студентов кораблестроительных ВУЗов. В отличие от редакторов, работающих на основе технологии NURB, во FREE!Ship необходимости в сетке управления, разделенной на ячейки, что дает большую свободу в моделировании соединений, поверхности могут содержать отверстия, а самые сложные формы могут быть созданы с помощью единственной поверхности.
Помимо теоретического чертежа, вы можете делать развертки поверхностей, рассчитать устойчивость и плавучесть(пантокарены, ДСО, ДДО, критерий погоды по Правилам Морского Регистра России), определить буксировочное сопротивление и мощность движения корпуса (более 40 методов и серий - Холтропа, Холленбаха, Неймана, НИИВТа, ОСТа, Брауна и др.), выбрать тип и количество движителей, произвести расчет оптимального гребного винта (17 винтовых диаграмм и 6 типов движителей) и выбрать главный двигатель из базы данных (более 300 ДВС и 100 гидро- и электромоторов), а так же построить паспортную диаграмму и многое другое.
Поддерживается импорт и работа с данными из других проектных программ, экспортированных в текстовый формат. Так же, ваши данные могут быть экспортированы из вашего проекта непосредственно в AutoCAD или другие аналогичные приложения, специализирующиеся на разработке дизайна лодок и судов.
Несмотря на то, что проектирование лодок это достаточно сложная задача, требующая знаний во многих областях, интерфейс программы достаточно прост и им сможет воспользоваться как профессионал, так и новичок в этой области. В процессе разработки и изменения модели, программа запоминает историю изменений, что дает возможность отменять последние действия и вернуться к предыдущему состоянию буквально с помощью нескольких кликов.
Всё это делает FREE!Ship по-настоящему удобной программой, которая способна помочь в создании дизайна лодки не только специалистам, но и энтузиастам парусного спорта, не имеющим опыта работы с другими инструментами проектирования.
Читайте также: