Способ определения поперечной гидродинамической силы и ее момента при выполнении сложного маневрирования судна



Способ определения поперечной гидродинамической силы и ее момента при выполнении сложного маневрирования судна
Способ определения поперечной гидродинамической силы и ее момента при выполнении сложного маневрирования судна
Способ определения поперечной гидродинамической силы и ее момента при выполнении сложного маневрирования судна
Способ определения поперечной гидродинамической силы и ее момента при выполнении сложного маневрирования судна

 

B63H25/00 - Управление судами: уменьшение скорости хода, осуществляемое иными средствами, чем движители (использование подвижно установленных движителей для управления судном B63H 5/14; использование подвижно установленных забортных двигательно-движительных агрегатов B63H 20/00); динамическая постановка на якорь, т.е. расположение судов с помощью основных или вспомогательных движителей (постановка судов на якорь, кроме динамической, B63B 21/00; устройства для уменьшения килевой и бортовой качки или подобных нежелательных движений судов с помощью реактивных струй или гребных винтов B63B 39/08)

Владельцы патента RU 2500572:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") (RU)

Используют кормовую А и носовую F точки в диаметральной плоскости судна. В точки А и F устанавливают акселерометры и измеряют продольные и поперечные ускорения точек А и F. Определяют текущие значения составляющих линейных скоростей точек А и F. Рассчитывают абсциссу полюса поворота и поперечную гидродинамическую силу и ее момент. Полученные данные силы и момента используют для прогнозирования движения судна при выполнении им сложного маневрирования. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для прогнозирования движения судна при выполнении им сложного маневрирования при швартовке или динамическом позиционировании.

Совершенствование управления судном, выполняющим сложное маневрирование, достигается путем прогнозирования его движения методом компьютерного моделирования с использованием математической модели судна.

Эффективность и безопасность выполнения сложного маневрирования зависят от наличия необходимой информации, позволяющей адекватно оценить характер поведения судна при воздействии на него внутренних или внешних управляющих воздействий. В качестве управляющих воздействий, в данном случае, рассматриваются воздействия в виде сил и моментов, образуемых в результате работы движительно-рулевого комплекса судна или движительно-рулевых комплексов вспомогательных (внешних) средств управления, например буксиров.

Прогнозировать поведение судна при выполнении сложного маневрирования в результате управляющих воздействий невозможно без определения значений гидродинамических сил и моментов, образующихся на корпусе судна при его движении.

Известен способ определения поперечной гидродинамической силы и ее момента, образующихся на корпусе судна при его движении [1]. Данный способ наиболее близок к предлагаемому и принят за прототип.

Суть известного способа заключается в следующем. Во время движения судна в отдельно взятом шпангоутном сечении его корпуса образуется гидродинамическая реакция, величину которой определяют выражением

d Y k = υ x d d x [ λ y ( x ш п ) × υ y ( x ш п ) ] d x , ( 1 )

где υx - продольная составляющая линейной скорости судна в шпангоутном сечении;

υy(xшп) - поперечная составляющая линейной скорости судна в шпангоутном сечении;

λy(xшп) - присоединенная масса шпангоутного сечения, определяемая известными способами при данном состоянии загрузки судна [2], [4];

xшп - абсцисса шпангоутного сечения;

dx -элементарное расстояние между шпангоутными сечениями.

Поперечная гидродинамическая сила и ее момент определяют интегрированием по длине гидродинамических реакций в шпангоутных сечениях корпуса судна

Y k = υ x L [ λ y ( x шп ) × υ y ( x шп ) ] d x ; ( 2 )

M k = υ x L x шп × d d x [ λ y ( x шп ) × υ y ( x шп ) ] d x . ( 3 )

Для реализации данного известного способа в условиях сложного маневрирования судна необходимо непрерывно рассчитывать значения поперечной υy(xшп) составляющей линейной скорости во всех шпангоутных сечениях (величина продольной составляющей υx одинакова во всех шпангоутных сечениях корпуса судна, поэтому ее значение достаточно определить в любом заданном шпангоутном сечении). Рассчитывают значения составляющих линейной скорости в любом шпангоутном сечении с использованием зависимостей:

υ x шп = υ шп cos β ( x шп ) ; ( 4 )

υ y шп = υ шп sin β ( x шп ) , ( 5 )

где υшп - линейная скорость в шпангоутном сечении;

β(xшп) - угол дрейфа в шпангоутном сечении.

Однако текущие значения углов дрейфа во всех шпангоутных сечениях невозможно определить экспериментально в процессе маневрирования из-за отсутствия необходимых технических средств.

Цель изобретения - совершенствование управления судном, выполняющим сложное маневрирование.

Для достижения указанной цели в способе определения гидродинамической силы и ее момента при выполнении сложного маневрирования судна, включающем определение поперечной составляющей линейной скорости судна в шпангоутном сечении, присоединенной массы шпангоутных сечений, поперечной гидродинамической силы и ее момента, дополнительно используют расположенные в диаметральной плоскости судна условно названные кормовую точку А и носовую точку F, в которых размещают акселерометры, с их помощью измеряют продольные и поперечные ускорения точек F(wxF, wyF) и A(wxA, wyA), определяют текущие значения составляющих линейных скоростей точек А(υA) и F(υF) на основании очевидных соотношений:

υ x F = 0 t w x F ( t ) d t ;

υ y F = 0 t w y F ( t ) d t ;

υ x A = 0 t w x A ( t ) d t ;

υ y A = 0 t w y A ( t ) d t ,

рассчитывают абсциссу x0 полюса поворота.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг.1, 2.

Сущность способа заключается в следующем.

Дополнительно используют расположенные в диаметральной плоскости судна условно называемые кормовую точку А и носовую точку F. На судне в его носовой F и кормовой А точках (фиг.1), имеющих соответствующие абсциссы xF и хA, размещают акселерометры для измерения продольных (wxF, wxA) и поперечных (wxF, wyA) составляющих ускорений в точках F и А.

В процессе выполнении сложного маневрирования акселерометрами измеряют продольные и поперечные линейные ускорения точек F(wxF, wyF) и A(wxA, wyA), а величины текущих значений составляющих линейных скоростей точки F(υF) и точки А(υA) (фиг.1) рассчитывают на основании

очевидных соотношений:

υ x F = 0 t w x F ( t ) d t ; ( 6 )

υ y F = 0 t w y F ( t ) d t ; ( 7 )

υ x A = 0 t w x A ( t ) d t ; ( 8 )

υ y A = 0 t w y A ( t ) d t . ( 9 )

Далее рассчитывают абсциссу полюса поворота x0 (фиг.1):

x 0 = ( υ y F x A υ y A x F ) / ( υ y F υ y A ) , ( 10 )

поперечные составляющие линейных скоростей в шпангоутных сечениях

υ y ( x ш п ) = ( x 0 x ш п ) × ( υ y A υ y F ) / ( x F x A ) . ( 11 )

Значения присоединенных масс шпангоутных сечений λ(xшп) рассчитывают известными способами в зависимости от состояния загрузки судна, которая не меняется в процессе маневрирования.

Определяют поперечную гидродинамическую силу и ее момент, образующиеся на корпусе судна при его движении в процессе сложного маневрирования:

Y k = υ x F L d d x [ λ y ( x шп ) × υ y ( x шп ) ] d x ;

M k = υ x F L x шп × d d x [ λ y ( x шп ) × υ y ( x шп ) ] d x , где

λy(xпш) - присоединенная масса шпангоутного сечения, dx - элементарное расстояние между шпангоутными сечениями.

Полученные таким образом значения поперечной гидродинамической силы Yk и ее момента Mk используют для прогнозирования движения судна при выполнении им сложного маневрирования.

Литература

1.Басин A.M. Ходкость и управляемость судов / А.М.Басин. - М.: Транспорт, 1967. - 255 с.

2.Соболев Г.В. Управляемость корабля и автоматизация судовождения / Г.В.Соболев. - Л.: Судостроение, 1976. - 478 с.

3. Справочник по теории корабля: В 3 т. Т.3. Управляемость водоизмещающих судов. Гидродинамика судов с динамическими принципами поддержания / под ред. Я.И.Войткунского. - Л.: Судостроение, 1985. - 544 с.: ил.

4. Юдин Ю.И. Теоретические основы безопасных способов маневрирования при выполнении точечной швартовки / Ю.И.Юдин, С.В.Пашенцев, Г.И.Мартюк, А.Ю.Юдин. - Мурманск: Изд-во МГТУ, 2009. - 152 с.

1. Способ определения поперечной гидродинамической силы и ее момента при выполнении сложного маневрирования судна, включающий определение поперечной составляющей линейной скорости судна в шпангоутном сечении, присоединенной массы шпангоутных сечений, поперечной гидродинамической силы и ее момента, отличающийся тем, что дополнительно используют расположенные в диаметральной плоскости судна условно называемые кормовую точку А и носовую точку F, в которых размещают акселерометры, с их помощью измеряют продольные и поперечные ускорения точек F(wxF, wyF) и A(wxA, wyA), определяют текущие значения составляющих линейных скоростей точек А(υA) и F(υF) на основании очевидных соотношений:

рассчитывают абсциссу x0 полюса поворота, при этом поперечную гидродинамическую силу и ее момент определяют соответственно по формулам:

λy(xшп) - присоединенная масса шпангоутного сечения,
dx - элементарное расстояние между шпангоутными сечениями.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что абсциссу x0 поворота полюса рассчитывают по формуле:

υyF - поперечная составляющая линейной скорости точки F,
υyA - поперечная составляющая линейной скорости точки А,
xA - абсцисса точки А,
xF - абсцисса точки F.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поперечные составляющие
линейных скоростей в шпангоутных сечениях определяют по формуле:

x0 - абсцисса полюса поворота,
xшп - абсцисса шпангоутного сечения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области судовождения, в частности к системам автоматического управления движением судна. .

Изобретение относится к области судостроения и касается средств активного управления судном, а более конкретно - подруливающих устройств. .

Изобретение относится к технике управления движением подводных аппаратов. .

Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для стабилизации положения танкера при погрузке нефтепродуктов относительно нефтяного терминала в открытом море.

Изобретение относится к судовым установкам, оборудованным газотурбинными агрегатами. .

Изобретение относится к оборудованию судов и может быть использовано в средствах активного управления движением судов, в том числе в подруливающих устройствах (ПУ).

Изобретение относится к области автоматизации управления процессом проектирования законов управления и структуры систем управления судов и кораблей с использованием вычислительных средств.

Изобретение относится к водному транспорту, в частности к управлению движением швартующегося судна при выполнении им швартовной операции к судну партнеру. .

Изобретение относится к системам управления движением подводных аппаратов. .

Изобретение относится к области судовождения и может быть использовано в системах автоматического управления продольным движением судна. .

Изобретение относится к судовождению. Способ включает измерение параметров движения и угловой скорости, их последующее сравнение с программными значениями данных параметров движения и формирование управляющего сигнала на рулевой привод в функции данных рассогласований и скорости судна. При измерении параметров движения судна датчиками дополнительно измеряют параметры ветра, углы тяги, эксцентриситет и обороты движителей, обороты подруливающего устройства, глубину под килем, а также определяют траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей. Программные значения угла курса, угловой скорости положения руля определяют в соответствии с моделью движения судна в дополнительной функции скорости и направления ветра, углов тяги, эксцентриситета и оборотов движителей, оборотов подруливающего устройства, глубины под килем, траекторий движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей и углов дрейфа и сноса судна. Управляющий сигнал через аппаратные средства программного обеспечения автоматически подается на авторулевой с четырех секторных приемников, при этом команды на авторулевой сопровождаются подачей сигналов маневроуказания. Достигается повышение точности управления судном и повышение безопасности его плавания в стесненных навигационных условиях. 1 ил.

Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано при управлении траекторией движения судна, выполняющего сложное маневрирование. Способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента включает определение текущего значения абсциссы центра вращения, угловой скорости судна, демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и ее момента. В способе дополнительно используют расположенные в диаметральной плоскости судна условно называемые кормовую точку A и носовую точку F, в которых размещают датчики линейных ускорений. С помощью датчиков измеряют значения поперечных линейных ускорений wyF, wyA соответственно в носовой точке F и кормовой точке А. Затем рассчитывают текущие значения поперечных составляющих линейных скоростей υyA, υyF точек А и F. Затем определяют нормальную гидродинамическую силу и ее момент. Текущее значение абсциссы х0 центра вращения определяют непрерывно в процессе выполнения маневра. Достигается повышение безопасности управления судном при выполнении им сложного маневрирования. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к водному транспорту и касается управления движением швартующегося судна при выполнении им швартовной операции к судну-партнеру, лежащему в дрейфе. Текущее положение траектории сближения определяют в виде прямой линии, проходящей через две заданные точки на плоскости. Текущее положение заданных точек на плоскости в любой заданный момент времени рассчитывают с использованием значений текущих координат носовой и кормовой точек судна-партнера, лежащего в дрейфе, заданного расстояния между бортами швартующихся судов, заданного положения швартующегося судна относительно судна партнера, лежащего в дрейфе в конечной стадии швартовки, и текущего значения длины тормозного пути швартующегося судна, необходимого для перехода его от исходной скорости движения к скорости, равной продольной составляющей линейной скорости швартующего судна. Сближение осуществляют в два этапа. На каждом этапе сближения используют свои заданные точки на плоскости. На первом этапе сближения швартующееся судно выходит в первую условную точку. На втором этапе во вторую условную точку. Технический результат реализации изобретения заключается в совершенствовании управления швартующимся судном при выполнении им швартовной операции к судну-партнеру, лежащему в дрейфе, и тем самым обеспечении безопасности швартовной операции. 4 ил.

Изобретение относится к управлению движущимся судном при его позиционировании в заданной точке плоскости в заданном направлении. Используют поперечные смещения двух разнесенных по длине объекта точек и продольные отклонения условной точки. Условная точка расположена в диаметральной плоскости (ДП) судна. Заданное направление судна совпадает с направлением ДП судна при его положении на поверхности воды, соответствующем минимальному внешнему силовому воздействию факторов окружающей среды (ветер, волнение, течение). Текущее положение разнесенных по длине судна точек на плоскости в любой заданный момент времени определяют с использованием спутниковой навигационной системы. Текущее положение условной точки рассчитывают с использованием значений текущих координат носовой и кормовой точек судна. Используют заданную точку. Заданная точка расположена на заданной линии. Формируют дополнительный сигнал управления по закону δS=kSdS, где kS - коэффициент усиления по продольному смещению заданной точки от линии, перпендикулярной заданной линии и проходящей через условную точку. Реализация изобретения заключается в обеспечении удержания позиционирующего судна на заданной линии и в заданной точке, расположенной на заданной линии. 5 ил.

Изобретение относится к водному транспорту. Способ управления заключается в том, что текущее положение траектории сближения определяют в виде прямой линии, которая проходит через две заданные точки на плоскости, текущее положение которых на плоскости в любой заданный момент времени рассчитывают с использованием значений текущих координат носовой и кормовой точек судна-партнера, стоящего на якоре, заданного расстояния между бортами швартующихся судов, заданного положения швартующегося судна относительно судна-партнера, стоящего на якоре, в конечной стадии швартовки и текущего значения длины тормозного пути швартующегося судна, необходимого для перехода его от исходной скорости движения к скорости, равной скорости течения в районе места якорной стоянки судна-партнера в конкретных условиях плавания. Для обеспечения безопасности швартовной операции сближение выполняют в три этапа. На первом этапе сближения швартующееся судно выходит в первую условную точку, на втором этапе - во вторую условную точку, а на третьем этапе сближается с судном-партнером, стоящим на якоре, на расстояние, позволяющее крепить швартовные тросы. Повышается безопасность выполнения судном швартовной операции. 4 ил.

Изобретение относится к управлению судном при следовании по заданной траектории и касается автоматического управления рулём или другим рулевым средством управления, которым оборудовано судно. Управление осуществляют по величинам поперечных смещений носовой А и кормовой В точек. Точки А и В разнесены по длине судна в его диаметральной плоскости (ДП). Производят выработку управляющего сигнала и в зависимости от его величины определяют скорость перекладки руля. При этом необходимо соблюдать ограничение - угол перекладки руля не должен превышать его максимальное значение, характерное для конкретного рулевого устройства. Повышена точность удержания судна на заданной траектории, улучшено качество управления и исключена вероятность потери управляемости. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области судовождения, в частности к системам автоматического управления движением судна. Устройство для формирования траектории перевода судна на параллельный курс содержит: задатчик абсолютной величины максимально допустимого сигнала управления, датчик продольной скорости, вычислитель критических параметров траектории перевода судна на параллельный курс, задатчик расстояния смещения параллельного курса от текущего курса, вычислитель изменения путевого угла Δϕ, минимального радиуса Rm допустимого оптимального полиноминального отрезка (ДОЭПО), длины L прямого отрезка между двумя ДОЭПО, датчик координат центра масс судна, вычислитель набора параметров граничных точек первого ДОЭПО, датчик путевого угла, вычислитель выходных параметров элементарных отрезков, задатчик абсолютной величины максимально допустимого сигнала управления, вычислитель набора параметров граничных точек первого ДОЭПО, вычислитель выходных параметров элементарных отрезков. На выходе вычислителя выходных параметров элементарных отрезков формируется траектория перевода судна на параллельный курс, состоящая из двух ДОЭПО или состоящая из трех элементарных отрезков. Достигается повышение безопасности перевода судна на параллельный курс. 12 ил.

Изобретение относится к системам управления движением подводных аппаратов. Устройство содержит движители вертикального и горизонтального перемещений, телекамеру, установленную с возможностью поворота, датчики угла поворота, сумматоры, источники опорного сигнала, пороговые элементы, синусные и косинусные функциональные преобразователи, блоки умножения и деления, усилители, ключи, логические элементы, датчики расстояния и команд, многоуровневый релейный элемент, блоки взятия модуля. Достигаемый технический результат заключается в автоматическом выборе требуемой скорости вращения движителей подводных аппаратов с учетом направлений этих вращений, при которых ни один из движителей не входит в режим насыщения независимо от направления их вращения. 1 ил.

Группа изобретений относится к способу автоматического управления судном по курсу и интеллектуальной системе автоматического управления судном по курсу. Способ заключается в том, что в качестве модели объекта управления используют нейросетевую модель объекта управления. Для настройки настраиваемых параметров алгоритма нечеткой логики получают и идентифицируют данные движения судна по курсу и данные управляющих воздействий, определяют данные критериальных признаков движения судна по идентифицированным данным движения судна по курсу и данным управляющих воздействий с использованием базы знаний поведения судна по курсу, выбирают нейросетевую модель объекта управления на базе определенных данных критериальных признаков движения судна, определяют данные настраиваемых параметров алгоритма нечеткой логики в соответствии с выбранной нейросетевой моделью объекта управления. Интеллектуальная система содержит регулятор на нечеткой логике, эмулятор для корректировки управляющего воздействия, прямые и обратные связи между объектом управления, регулятором на нечеткой логике и эмулятором. Эмулятор выполнен в виде нейросетевого эмулятора. Нейросетевой эмулятор включает нейросетевой классификатор, блок нейросетевой модели объекта управления и блок оптимизации. Нейросетевой классификатор содержит базу знаний поведения судна по курсу. Технический результат заключается в обеспечении высокого быстродействия процессов управления и эффективной фильтрации случайных возмущений системы. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл.

Изобретение относится к судостроению, а именно к подруливающим устройствам судов. Подруливающее устройство содержит два винта, установленные в гондоле на стойке обтекателей в сквозном канале, и приводной двигатель, а также снабжено дополнительными стойками, расположенными на обтекателях по краям гондолы. Достигается повышение эффективности работы в проточной части подруливающего устройства, увеличение КПД устройства, уменьшение расхода энергии, затрачиваемой на приведение в движение винтов подруливающего устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх