Способ определения поперечной гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при выполнении сложного маневрирования

Авторы патента:


 


Владельцы патента RU 2509032:

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

Изобретение относится к управлению траекторией движения судна, выполняющего сложное маневрирование при швартовке, динамическом позиционировании или дрейфе. Способ характеризуется тем, что перед выполнением сложного маневрирования судно выполняет вращение под воздействием средств активного управления, например подруливающего устройства, при этом измеряют величину угловой скорости судна ω и рассчитывают вращающий момент Mpr, образуемый подруливающим устройством. Значения угловой скорости ω и вращающего момента Mpr используют для определения значения гидродинамического коэффициента c2 и величины поперечной составляющей гидродинамической силы Yβ, образующейся на корпусе судна при его движении лагом, по формуле: Yβ=C0,5ρυ2Fdp, при этом C≅c2, ρ - массовая плотность воды; υ - линейная скорость судна; Fdp - приведенная площадь диаметрального батокса судна. Повышается эффективность и безопасность выполнения сложного маневрирования судна

 

Изобретение относится к управлению траекторией движения судна, выполняющего сложное маневрирование при швартовке или динамическом позиционировании.

Цель изобретения - совершенствование управления судном, выполняющим сложное маневрирование.

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 гидродинамических параметров его математической модели, в частности значения поперечной гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении.

Ввиду отсутствия соответствующих технических средств измерения гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении, представляется возможным ее определение расчетно-экспериментальным способом.

Известен способ определения гидродинамических параметров математической модели судна (Пат. №2442718, опубл. 20.02.2012).

Способ основан на измерении с помощью приемников спутниковой навигационной системы с дифференциальными поправками в реальном масштабе времени координат двух определенным образом разнесенных в диаметральной плоскости по длине судна точек, условно названных носовой и кормовой, и определении с использованием результатов измерений текущих координат этих точек, текущих значений, кинематических параметров движения судна:

- линейных скоростей носовой F (υf) и кормовой A (υа) точек и их проекций на продольную Х (υxf, υха) и поперечную Y (υyf, υya) координатные оси, координатной системы ZXOY, связанной с судном (см. фиг.1);

- абсциссы центра вращения (х0) в координатной системе ZXOY;

- проекции вектора линейной скорости в центре тяжести на поперечную ось Y (υy);

- линейной скорости центра тяжести судна (υ);

- радиуса кривизны траектории центра тяжести судна (R);

- угловой скорости судна (ω);

которые используют для вычисления текущих значений гидродинамических параметров математической модели судна, на базе которой выполняют компьютерное моделирование с целью прогнозирования движения судна при маневрировании.

Однако бывают такие виды маневрирования, когда для прогнозирования движения судна нет необходимости определять все гидродинамические параметры его математической модели, как выше указано (Пат. №2442718), достаточно определить только значение поперечной составляющей гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении. К указанным видам маневрирования следует отнести швартовные операции, динамическое позиционирование, дрейф судна. Отличительной особенностью таких маневров является то, что, дрейфуя, выполняя швартовную операцию, позиционируя, судно движется лагом, значения углов дрейфа при этом находятся в диапазоне 90±20° [2], [3], [5]. Это позволяет рассчитывать значение поперечной составляющей гидродинамической силы, образующейся при движении судна с использованием значения только одного гидродинамического параметра математической модели судна.

Задачей предлагаемого способа является существенное уменьшение количества параметров математической модели, используемых для прогнозирования движения судна в процессе маневрирования, и, как следствие, уменьшение вероятности ошибки прогноза и повышение уровня его надежности и качества.

Способ заключается в следующем. Значение поперечной составляющей гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении, определяется зависимостью:

Y β = C y β 0,5 ρ υ 2 F d p ,                                              ( 1 )

где С - коэффициент поперечной составляющей гидродинамической силы;

ρ - массовая плотность воды;

υ - линейная скорость судна;

Fdp - приведенная площадь диаметрального батокса судна.

Коэффициент поперечной составляющей гидродинамической силы рассчитывается по формуле:

C y β = 0,5 c 1 sin 2 β cos β + c 2 sin β | sin β | + c 3 sin 4 2 β s i g n β ,                        ( 2 )

здесь c1, c2, c3 - гидродинамические коэффициенты, определяемые расчетным способом с использованием известных расчетных зависимостей [4], при этом численное значение коэффициента c2 на порядок выше значений коэффициентов c1, c3; β - угол дрейфа.

Из выражения (2) следует, что при углах дрейфа, близких к 90°, оно может быть заменено зависимостью

C y β c 2 .                                                                ( 3 )

Разность в значениях коэффициента C при расчете по формулам (3) и (2), в диапазоне углов дрейфа 90±20°, составляет не более 10%, что удовлетворяет требованиям к точности определения усилий, образующихся на корпусе судна при его движении [2].

Для определения значения поперечной составляющей гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении, можно использовать зависимость (3), неизвестным гидродинамическим параметром в которой является только коэффициент c2.

Для определения значения коэффициента c2 необходимо выполнить вращение корпуса судна под воздействием средств активного управления, например подруливающего устройства.

Таким образом, процедура определения значения поперечной составляющей гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении лагом, заключается в следующем. Перед выполнением сложного маневрирования судно выполняет вращение под воздействием средств активного управления, например подруливающего устройства, при этом измеряют величину угловой скорости судна ω и рассчитывают вращающий момент, образуемый подруливающим устройством

M p r = T e p r × x p r ,                                       ( 4 )

где Tepr - тяга подруливающего устройства; xpr - абсцисса канала подруливающего устройства.

Используя значения угловой скорости ω и вращающего момента Mpr в соответствии с формулой, представленной в работе [3], рассчитываем значение коэффициента c2

c 2 = 29,645 M p r / ( ω 2 L 4 ρ d ) ,                                         ( 5 )

где L - длина судна; d - средняя осадка судна.

На основании зависимостей (3), (1) находим величину поперечной составляющей гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении лагом.

Литература

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

2. Мастушкин, Ю.М. Средства активного управления промысловыми судами. / Ю.М.Мастушкин, Е.М.Шестерненко. - М.: Агропромиздат, 1985. - 128 с.

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

4. 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.

5. 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.

Способ определения поперечной гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при выполнении сложного маневрирования, характеризующийся тем, что перед выполнением сложного маневрирования судно выполняет вращение под воздействием средств активного управления, например подруливающего устройства, при этом измеряют величину угловой скорости судна ω и рассчитывают вращающий момент Mpr, образуемый подруливающим устройством:
Mpr=Tepr×xpr,
где Tepr - тяга подруливающего устройства; xpr - абсцисса канала подруливающего устройства,
используя значения угловой скорости ω и вращающего момента Mpr определяют значение гидродинамического коэффициента:
c2=29,645Mpr/(ω2L4pd),
где L - длина судна; d - средняя осадка судна,
затем находят величину поперечной составляющей гидродинамической силы Y β, образующейся на корпусе судна при его движении лагом:
Yβ=C0,5ρυ2Fdp,
где C - коэффициент поперечной составляющей гидродинамической силы и C≅c2; ρ - массовая плотность воды; υ - линейная скорость судна; Fdp - приведенная площадь диаметрального батокса судна.



 

Похожие патенты:

Областью применения является область контроля и диагностирования систем автоматического управления и их элементов. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа путем применения рабочего диагностирования (без использования тестового воздействия), увеличение помехоустойчивости способа диагностирования дискретных систем автоматического управления путем улучшения различимости дефектов и уменьшение аппаратных затрат на вычисление весовой функции.

Областью применения является область контроля и диагностирования систем автоматического управления и их элементов. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа для нахождения одного или сразу нескольких неисправных блоков (кратных дефектов) в дискретной динамической системе с произвольным соединением блоков, а также расширение функциональных возможностей способа путем применения рабочего диагностирования (без использования тестового воздействия) и уменьшение аппаратных затрат на вычисление весовой функции.

Изобретение относится к области измерительной техники и технической диагностики, в частности к устройствам контроля работоспособности и диагностики неисправностей радиоэлектронной аппаратуры.

Данная группа изобретений относится к средствам контроля за процессами обеспечения безопасности. Технический результат заключается в повышении надежности контроля.

Настоящее изобретение относится к способу функционирования промышленной системы, а также к промышленной системе для осуществления способа. Технический результат заключается в обеспечении эффективной эксплуатации системы путем предупреждения ошибочных действий пользователя.

Настоящее изобретение обеспечивает устройство и способ анализа остатка для обнаружения системных ошибок в поведении системы воздушного судна. Технический результат - повышение точности оценки состояния системы воздушного судна.

Изобретение относится к системе управления, но меньшей мере, одним приводом капотов реверсора тяги для турбореактивного двигателя, содержащая группу приводных и/или контрольных компонентов, которая содержит, по меньшей мере, один привод капота, приводимый в действие, по меньшей мере, одним электродвигателем, и средства управления электродвигателем.

Изобретение относится к пилотажно-навигационным комплексам летательных аппаратов и их бортовой радиоэлектронной аппаратуре и предназначается для формирования сигналов оповещения об отказе элементов в резервированных системах радиоавтоматики и системах автоматического управления летательными аппаратами.

Изобретение относится к области контроля и диагностирования систем автоматического управления и их элементов. .

Изобретение относится к области судовождения и может быть использовано для прогнозирования движения судна при маневрировании. Способ определения гидродинамических параметров математической модели судна включает использование математической модели движения судна, двух разнесенных по длине диаметральной плоскости судна точек носовой F и кормовой A, определение текущих значений кинематических параметров движения судна в подвижной системе координат ZXОY и на их основе вычисление текущих гидродинамических параметров математической модели движения судна, компьютерное моделирование движения судна на базе последней.

Изобретение относится к судовождению и может быть использовано для прогнозирования движения судна при маневрировании. .

Изобретение относится к судостроению, а именно к системам управления судном, компенсирующих дрейф судна при его движении. .

Изобретение относится к области судовождения и предназначено для автоматического управления движением судна по заданной траектории. .

Катер // 818947

Группа изобретений относится к области судовождения, а именно к способу управления движением судна с компенсацией медленно меняющихся внешних возмущений и системе, использующей данный способ. Для управления движением судна с компенсацией медленно меняющихся внешних возмущений используют задатчик курсового угла, приемник спутниковой навигационной системы, рулевой привод, электронную модель движения судна, регулятор-сумматор, интегратор, функциональный преобразователь, датчики угловых ускорений и угловых скоростей, судовой измеритель скорости, судовой многолучевой эхолот, электронную картографическую навигационную информационную систему. Получают управляющий сигнал на вход рулевого привода, используя следующие сигналы: заданного курса и оценки угла курса, невязки, угла перекладки руля, курса с приемника спутниковой навигационной системы. Достигается повышение точности управления движением судна по заданной траектории. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх