Способ прогнозирования качки судна

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к способам прогнозирования качки судна, позволяющим обеспечить надежную посадку летательных аппаратов на посадочные площадки, расположенные на судах и плавучих технических средствах исследования и освоения Мирового океана, в том числе научно-исследовательские суда, буровые платформы и др. Целью изобретения является повышение достоверности прогноза путем оперативного контроля динамики судна и определения режимов качки, позволяющих осуществить безопасную посадку летательного аппарата. Сущность изобретения заключается в следующем: измеряют угловые перемещения и скорости при бортовой и килевой качках, сравнивают с предельно допустимыми значениями амплитуд бортовой и килевой качек, определяют область незначительной качки, корректируют спрогнозированную модель и осуществляют сигнализацию летчику о моментах начала и завершения взлетно-посадочных операций в заданных погодных условиях. 3 ил.

Изобретение относится к судостроению, в частности, к способам прогнозирования качки судна, позволяющим обеспечивать надежную посадку летательных аппаратов на посадочные площадки, расположенные на судах и плавучих технических средствах исследования и основания Мирового океана (научно-исследовательские суда, буровые платформы и др.).

Известен способ прогнозирования качки судна, основанный на использовании методов экстраполяции случайных процессов для построения функции прогнозирования и получения прогноза с заданным упреждением на основе спектральных представлений и позволяющий предсказывать положение посадочной площадки на ограниченном временном интервале.

Однако этот способ недостаточно эффективен, поскольку надежный прогноз может быть обеспечен только на небольшом интервале прогнозирования, составляющем 0,5-0,6 от периода собственных колебаний при бортовой и продольной качках и определяющем выбор условий безопасности посадки. Учитывая, что периоды качки судов и плавучих технических средств освоения Мирового океана составляют порядка 5-14 с, фактический интервал прогнозирования оказывается чрезвычайно малым (3-8,4 с), в пределах которого трудно гарантировать безопасность посадки в сложных погодных условиях. Увеличение интервала прогнозирования приводит к сильному различию теоретических и фактических показателей исследуемых случайных процессов, что не позволяет на практике успешно использовать традиционные методы прогнозирования качки и приводит к авариям во время посадочных операций.

Целью изобретения является повышение достоверности прогноза путем оперативного контроля динамики судна и определения режимов качки, обеспечивающих безопасную посадку летательных аппаратов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 и 3 - процесс колебательного движения судна на волнении и область незначительной качки.

Схема содержит блок датчиков 1, блок 2 коммутации и предварительной обработки информации, первый вычислительный блок 3, первый блок 4 сравнения, оперативное запоминающее устройство 5, второй блок 6 сравнения, второй вычислительный блок 7, интерфейс 8, ЭВМ 9, формирователь 10 сигналов, сигнализатор 11, дисплей 12, накопитель 13 на магнитном диске и принтер 14. Блок датчиков 1 включает измерители угловых перемещений и скоростей при бортовой и килевой качках, чувствительные оси которых расположены вдоль продольной и поперечной центральных осей судна. Блок 2 содержит коммутатор, аналого-цифровой преобразователь и фильтр высоких частот.

Способ реализуется следующим образом.

С помощью датчиков 1 на участке регистрации продолжительностью 15-20 мин измеряют ординаты угловых перемещений Θ_i(t), ϑ_i(t) и скоростей (t), (t) при бор товой и килевой качках в заданных погодных условиях.

В блоке 2 производят коммутацию, преобразование и сглаживание поступающих с датчиков сигналов.

Результаты предварительной обработки информации в виде дискретных сигналов Θ_i, ϑ_i и , заносят в запоминающее устройство 5 и подают на первый вычислительный блок 3.

В первом вычислительном блоке 3 определяют область незначительной качки ("окно безопасной посадки") с использованием метода огибающей. Контроль ведется путем сопоставления текущих ординат процесса бортовой качки Θ_i и и oрдинат огибающей Θ_oi с допустимыми значениями Θ_доп и , установленными по рекомендациям практики эксплуатации в соответствии с требованиями безопасной посадки летательного аппарата (фиг. 2). Алгоритм работы блока сравнения описывают выражениями: начало отсчета временного интервала t_o области незначительной качки определяют условиями: (1) - концу временного интервала t_p соответствуют условия (2) Ординаты огибающей Θ_oi устанавливают по данным измерений угловых перемещений при бортовой качке Θ_oi = 0,5 (Θ_m - Θ_m+1 ) - (Θ_m -Θ_{m +1}) x x { [(t_m+1 - t_m + τ_o)/(t_m+1 - t_m] - 0,5}, где Θ_m - ордината максимума огибающей, соответствующая наибольшей текущей амплитуде процесса Θ (t); Θ_m+1 - амплитуда первого максимума процесса Θ (t) после прохождения значения Θ_m;
t_m и t_m+1 - моменты времени, соответствующие значениям Θ_m и Θ_m+1;
τ_o = t_i-t_m+1 - интервал времени прогнозирования огибающей, не превышающий периода основной гармоники.

Ординаты и , соответствующие условиям (1) и (2), записывают в запоминающее устройство 5.

Второй блок 6 контроля осуществляет проверку правильности определения области незначительной качки с использованием метода огибающей по условиям (1) и (2). Проверку ведут на фазовой плоскости (Θ , ) путем контроля условий невыхода текущей фазовой траектории, построенной по результатам измерений ординат перемещений и скоростей при бортовой качке на участке (t_o, t_p)_k за пределы области допустимых состояний R_доп, определенной условиями безопасной посадки
(Θ_i, ) ∈ R_доп (3)
Откорректированное значение интервала (t_o, t_p)_k заносят в устройство 5 и подают в блок 7 для последующей обработки.

Во втором вычислительном блоке 7 формируют массив данных области незначительной качки (t_o, t_p)₁, ....,(t_o, t_p)_N и производят ее статистическую обработку, где устанавливают среднюю продолжительность и доверительные интервалы. Полученные статистические характеристики записывают в устройство 5, выводят на дисплей 12 и документируют с помощью принтера 14.

В третьем вычислительном блоке с помощью быстродействующей ЭВМ корректируют спрогнозированную модель и осуществляют выбор момента времени t_opt, соответствующего благоприятному припалубливанию летательного аппарата. Для контроля t_opt используют данные измере- ний перемещений ϑ (t) и скоростей (t) процесса килевой качки, частота которого практически вдвое выше частоты бортовой качки.

Моменту времени t_opt в пределах среднего значения области незначительной качки (t_o, t_p) соответствуют условия:
, , 0, t₀< t< t_p, (4) где ϑ_mi - текущее значение первой зафиксированной амплитуды килевой качки после прохождения момента времени t_o, при котором касание летательным аппаратом посадочной площадки происходит во время движения палубы судна вниз от положения, соответствующего условиям (4);
ϑ_доп - допустимое значение амплитуды килевой качки.

Информация о моменте времени t_opt, полученная в ЭВМ 9, поступает в фоpмирователь 10, где синтезируется сигнал предупреждения пилота о возможности посадки летательного аппарата в заданных погодных условиях.

Результаты прогнозирования качки судна выводят на дисплей 12, передают в сигнализатор 11 и документируют с помощью принтера 14.

Использование параллельной обработки информации в блоках 3-7 позволяет организовать вычислительный процесс по анализу результатов измерений в реальном масштабе времени.

Функциональная схема, реализующая способ прогнозирования качки судна, работает следующим образом.

Данные измерений с блока датчиков 1 через блок 2 коммутации и предварительной обработки информации поступают параллельно на первый вычислительный блок 3, первый блок 4 сравнения, ОЗУ 5 и второй блок 6 сравнения. Первый вычислительный блок 3 осуществляет выделение огибающей и передает ее ординаты в первый блок 4 сравнения, где проверяют условия (1) и (2). Результаты сравнения записывают в ОЗУ 5. Второй блок 6 сравнения проверяет условие (3) и заносит результаты в ОЗУ 5 и второй вычислительный блок 7, где производят статистический анализ данных о продолжительности области незначительной качки. Результаты обработки данных в блоках 3-7 поступают в ЭВМ 9, которая осуществляет контроль момента припалубливания летательного аппарата по условиям (4), основную обработку информации и выдает данные прогнозирования на формирователь 10 сигналов и далее на сигнализатор 11, а кроме того, на дисплей 12, накопитель 13 на магнитном диске и принтер 14.

В процессе проведения взлетно-посадочных операций обработку информации во втором вычислительном блоке 7 не производят, и после выполнения операций сравнения и контроля в блоках 3-6 и 9 результаты измерений поступают в формирователь 10 и на дисплей 12 для принятия решения инженером посадки, сигнализации пилоту, через формирователь 10 записи на магнитном диске 13 и документирования.

Таким образом, способ обеспечивает повышение достоверности прогноза за счет оперативного контроля динамики судна на волнении и определения режимов качки, позволяющих осуществить безопасную посадку летательного аппарата.

Формула изобретения

СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КАЧКИ СУДНА, включающий измерение текущих угловых перемещений палубы судна и формирование на основании предыдущих и последующих перемещений методами экстраполяции модели качки, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности прогноза путем оперативного контроля динамики судна и определения режимов качки, позволяющих осуществить безопасную посадку летательного аппарата, дополнительно измеряют величину скоростей перемещений при бортовой и килевой качках, сравнивают величины перемещений и скоростей перемещений с предельно допустимыми значениями амплитуд бортовой и килевой качек, заданными из условия безопасной посадки, по результатам сравнения определяют область незначительной качки, корректируют спрогнозированную модель и сигнализируют летчику о моментах начала и завершения взлетно-посадочных операций в заданных погодных условиях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3