Крейсерско-гоночный тримаран Т52
Общее описание проекта
52-футовый тримаран Т52 обладает как парусным вооружением, так и традиционной морской двигательной установкой. Для уменьшения сопротивления и увеличения скорости применяются подводные крылья. В конструкции применяются композитные материалы (фанера, стеклопластик, углепластик).
При проектировании тримарана мы выполнили:
- Проверочный расчёт корпуса
- Весовую оптимизацию углепластиковой мачты
Расчёт корпуса: уравновешивание
При использовании парусов тримаран плывёт с большим креном. Достоверно определить действующие в этом режиме нагрузки — отдельная сложная задача.
Для её решения мы создали математическую модель уравновешивания сил, действующих на корпус (сила Архимеда, гравитация, сжатие от мачты, пр.)
Расчёт корпуса: конечно-элементная модель
Прочностной расчёт выполнен на основе созданной конечно-элементной модели корпуса.
В ходе расчёта мы усилили наиболее нагруженные зоны и предложили оптимальные схемы уклаки композитных пакетов.
Расчёт мачты: уравновешивание
Каким образом сила ветра толкает тримаран?
Ветер воспринимается площадью паруса. Парус крепится к мачте через систему подвижных кареток. Ветровая нагрузка т.о. передаётся с паруса на мачту через эти каретки.
Достоверно определить силы, действующие на каретки — снова отдельная сложная задача. В традиционных методах расчёта яхт используются крайне упрощённые схемы. Мы создали программу, оценивающую эти силы с точки зрения аэродинамики и теоретической механики.
Провести натурный эксперимент по определению этих сил — крайне трудоёмко. Поэтому мы верифицировали свою модель по легко получаемым данным (по натяжениям шкотов).
Расчёт мачты: проверочный расчёт и оптимизация
На картинке:
Слева — расчёт исходной конструкции мачты
Справа — оптимизированная конструкция мачты с краспицами
Углепластик — прочный и лёгкий, но дорогой материал. В исходной конструкции углепластиковой мачты материал использовался неэффективно. Мы добавили в конструкцию краспицы и оптимизировали схему укладки углепластика. Стоимость материала снизилась в 1.6 раз (!).
Оптимизация вантовой оковки
Т.н. «вантовая оковка» — ключевой силовой узел мачты. Он воспринимает натяжение вант, которое может достигать 10 тонн.
Для этого особо ответственного узла мы провели прочностную оптимизацию. Мы нашли оптимальную топологию оковки, обеспечивающую требуемый запас прочности для всех режимов нагрузок.
Расчёт гика: уравновешивание
Аналогично схемам уравновешивания корпуса и мачты, мы создали программу для определения сил, действующих на гик.
Упрощённо:
Гик — это снасть мачты, оттяжка шкотового угла грота.
Грот — это большой «кормовой» парус.
Шкотовый угол — это «кормовой» угол грота.
Расчёт гика: расчёт на устойчивость
Гик воспринимает в основном сжимающую нагрузку.
Мы учли поведение углепластика (как анизотропного материала) при нелинейных нагрузках. Это позволило произвести его расчёт на потерю устойчивости.
