Способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента

Авторы патента:


Способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента

 

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 2507110:

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

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 может быть использовано при управлении траекторией движения судна, выполняющего сложное маневрирование, характерной особенностью которого является движение судна с большими углами дрейфа. К таким видам маневров относятся: швартовка судна к причалу или к борту другого судна, динамическое позиционирование и др.

Повысить безопасность судна при выполнении им сложного маневрирования можно, используя возможность прогнозирования его движения. Прогнозирование движения судна как результата планируемого управляющего воздействия в реальных условиях плавания может быть осуществлено с использованием компьютерного моделирования. При этом объектом моделирования является судно, обладающее определенными гидродинамическими характеристиками, во многом определяющими характер движения судна при маневрировании. При выполнении компьютерного моделирования движения судна с большими углами дрейфа в качестве особо значимых его гидродинамических характеристик являются демпфирующие составляющие нормальной гидродинамической силы и гидродинамического момента, образующиеся на корпусе судна при его произвольном движении.

Известен способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и гидродинамического момента [1], основанный на определении текущего значения абсциссы центра вращения x0, т.е. точки, расположенной в диаметральной плоскости (ДП) судна и занимающей определенное положение на ней с учетом характерных особенностей выполняемого судном маневра. В центре вращения угол дрейфа, имеющий различные значения в различных точках, расположенных по длине судна, равен нулю, т.е. поперечная составляющая линейной скорости в центре вращения равна нулю υ=0.

Общий вид зависимостей, предложенных Р.Я.Першицем в работе [1] для определения текущих значений демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента, выглядит следующим образом:

Y Д = ω 2 f ( x ) 0 у ( 1 )

M Д = ω f 2 ( x ) 0 m , ( 2 )

где ω - угловая скорость судна,

fy(x0), fm(x0) - функции от абсциссы центра вращения.

Однако при определении демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента указанным способом не рассматривают возможность экспериментального определения текущего значения абсциссы x0 центра вращения, что является актуальным при прогнозировании движения судна, совершающего сложное маневрирование. Для получения адекватного прогноза нужно непрерывно определять абсциссу x0 центра вращения в процессе выполнения маневра.

Целью заявляемого изобретения является повышение безопасности управления судном при выполнении им сложного маневрирования за счет прогнозирования его движения по заданной траектории с использованием компьютерного моделирования на базе известных текущих значений гидродинамических характеристик судна, в частности демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента, образующихся на корпусе судна при его движении.

Для этого измеряют поперечные линейные ускорения в носовой F и кормовой A точках судна. По результатам измерений определяют поперечные составляющие линейных скоростей носовой и кормовой точек судна и с использованием их значений рассчитывают текущее значение абсциссы x0 центра вращения. В соответствии с текущим значением абсциссы x0 центра вращения, а также значения текущей угловой скорости судна ω определяют текущие значения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента, далее используют эти значения для компьютерного моделирования с целью прогнозирования движения судна при выполнении им сложного маневрирования.

Сущность способа поясняется чертежом и заключается в следующем.

В условиях выполнения судном сложного маневрирования и необходимости прогнозирования траектории его движения с целью повышения безопасности управления движением судна в носовой F и кормовой A точках судна, разнесенных по его длине на определенное расстояние в диаметральной плоскости (ДП) судна, размещают датчики линейных ускорений.

В процессе движения судна датчики ускорений измеряют текущие значения поперечных линейных ускорений wyF и wyA в носовой F и кормовой A точках судна.

Используя очевидные соотношения:

υ = y F 0 t y F ( t ) d t ; ( 3 )

υ = y A 0 t y A ( t ) d t , ( 4 )

рассчитывают текущие значения поперечных составляющих линейных скоростей носовой F и кормовой A точек судна.

На основании зависимости, следующей из чертежа

x 0 = υ x y F A υ x y A F υ y F υ y A , ( 5 )

рассчитывают текущее значение абсциссы центра вращения x0.

На основании показаний гирокомпаса ψ(t) (текущее значение курса судна) определяют угловую скорость судна ω во время маневрирования ω = 0 t ψ ( t ) d t . ( 6 )

Пользуясь зависимостями (1) и (2), определяют текущие значения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и гидродинамического момента, которые в дальнейшем используют при компьютерном моделировании для прогнозирования движения судна в условиях сложного маневрирования.

Литература

1. Справочник по теории корабля. / Под ред. Я.И.Войткунского. - Л.: Судостроение, 1973. - 512 с.

1. Способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента, включающий определение текущего значения абсциссы центра вращения, угловой скорости судна, демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и ее момента, отличающийся тем, что дополнительно используют расположенные в диаметральной плоскости судна условно называемые кормовую точку A и носовую точку F, в которых размещают датчики линейных ускорений, с их помощью измеряют значения поперечных линейных ускорений wyF, wyA соответственно в носовой точке F и кормовой точке А, рассчитывают текущие значения поперечных составляющих линейных скоростей υyA, υyF точек А и F, текущее значение абсциссы х0 центра вращения определяют непрерывно в процессе выполнения маневра.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что абсциссу центра вращения определяют по формуле:
x 0 = υ x y F A υ x y A F υ y F υ y A ,
где
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 текущие значения поперечных составляющих линейных скоростей носовой F и кормовой А точек судна определяют на основании очевидных соотношений:
υ = y F 0 t w y F ( t ) d t ;
υ = y A 0 t w y A ( t ) d t .

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что угловую скорость ω судна во время маневрирования определяют на основании показаний гирокомпаса ψ ( t )
ω = 0 t ψ ( t ) d t .

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что демпфирующие составляющие нормальной гидродинамической силы и ее момента определяют
YД2fy(x0);
MД2fm(x0),
где
ω - угловая скорость судна,
fy(x0), fm(x0) - функции от абсциссы центра вращения.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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 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.

Изобретение относится к области судовождения, а именно к автоматическому управлению движением судна по заданному маршруту. Отказоустойчивая система автоматического управления движением судна содержит датчик руля, датчик угловой скорости, датчик скорости хода, датчик угла курса, задатчик угла курса, сумматор, рулевой привод. Датчик руля подключен к первому входу сумматора, ко второму входу которого подключен задатчик угла курса. Выход сумматора подключен к входу рулевого привода. Также система дополнительно имеет датчик угла курса, два фильтра оценки угла курса и два фильтра оценок угловой скорости, блок среднего значения оценки угловой скорости и блок среднего значения угла курса, два датчика поперечной скорости судна и два фильтра оценки поперечной скорости судна, блок среднего значения оценки поперечной скорости судна, датчик оборотов подруливающего устройства, регулятор, привод подруливающего устройства и датчик угловой скорости. Достигается формирование отказоустойчивого автоматического управления движением судна. 1 ил.

Изобретение относится к системам управления движением подводных аппаратов. Устройство содержит установленные на подводном аппарате (1) движители вертикального (2) и горизонтального (3) перемещений, телекамеру (4), выполненную с возможностью поворота, датчик (5) положения угла поворота телекамеры, первый (6), второй (7) и третий (8) нелинейные функциональные преобразователи, блок (9) управления движителями, датчик (10) расстояния, вручную коммутируемый ключ (11), пороговый элемент (12), электронно-управляемый переключатель (13). Повышается надежность и точность подхода подводного аппарата к обнаруженному объекту. 1 ил.
Наверх