СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕМПФИРУЮЩИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ НОРМАЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИЛЫ И МОМЕНТА Российский патент 2014 года по МПК B63H25/00 

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_yО=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:

$$Y_{Д}={\omega }^{2}f{}_{у}(x{}_0)\text{}\text{}\text{}\text{}\left(1\right)$$

$$M_{Д}=\omega {}^{2}f{}_m(x{}_0),\left(2\right)$$

где ω - угловая скорость судна,

f_y(x₀), f_m(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 w_yF и w_yA в носовой F и кормовой A точках судна.

Используя очевидные соотношения:

$$\upsilon {}_{yF}={\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}{}_{yF}(t)dt;}\left(3\right)$$

$$\upsilon {}_{yA}={\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}{}_{yA}(t)dt,}\left(4\right)$$

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

На основании зависимости, следующей из чертежа

$$x_0=\frac{\upsilon {}_{yF}x{}_A-\upsilon {}_{yA}{}^x{}_F}{\upsilon {}_{yF}-\upsilon {}_{yA}},\text{}\left(5\right)$$

рассчитывают текущее значение абсциссы центра вращения x₀.

На основании показаний гирокомпаса ψ(t) (текущее значение курса судна) определяют угловую скорость судна $$$$ ω во время маневрирования $$\omega ={\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}\psi (t)dt}.\left(6\right)$$ $$$$

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.

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 w_yF, w_yA соответственно в носовой точке F и кормовой точке А. Затем рассчитывают текущие значения поперечных составляющих линейных скоростей υ_yA, υ_yF 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.

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 w_yF, w_yA соответственно в носовой точке F и кормовой точке А, рассчитывают текущие значения поперечных составляющих линейных скоростей υ_yA, υ_yF 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:
$$x_0=\frac{\upsilon {}_{yF}x{}_A-\upsilon {}_{yA}x{}_F}{\upsilon {}_{yF}-\upsilon {}_{yA}},$$
где
υ_yF - поперечная составляющая линейной скорости точки F,
υ_yA - поперечная составляющая линейной скорости точки А,
x_A - абсцисса точки А,
x_F - 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:
$$\upsilon {}_{yF}={\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}{w}_{yF}(t)dt};$$
$$\upsilon {}_{yA}={\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}{w}_{yA}(t)dt}.$$

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что угловую скорость ω судна во время маневрирования определяют на основании показаний гирокомпаса $$\psi \left(t\right)$$
$$\omega ={\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}\psi (t)dt}.$$

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что демпфирующие составляющие нормальной гидродинамической силы и ее момента определяют
Y_Д=ω²f_y(x₀);
M_Д=ω²f_m(x₀),
где
ω - угловая скорость судна,
f_y(x₀), f_m(x₀) - функции от абсциссы центра вращения.