Имитатор морского волнения Советский патент 1984 года по МПК G06G7/48 

Изобретение, относится к судострое нию и предназначено для исследования систем управления движением судов (СУД). По основному авт. св. № 913411 известно устройство для имитации мор ского волнения, содержащее два источ ника регулируемых- напряжений, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока вьргисления кажущейся частоты, выход которого соединен через первые четыре масштабных блока соответственно с управляющими входами генераторов гармонических сигналов, выходы которых подключены к соответствующим вхо дам первого сумматора, выход которог подключен к первому входу блока регулировки интенсивности, последовательно соединенные первый блок деления и второй масштабньй блок, последовательно соединенные первый и второй квадраторы, а также первый блок произведения, третий источник регули руемого напряжения, выход которого соединен с входами первого блока деления, первого квадратора к первым входом первого блока произведения, . второй вход которого соединен с выходом второго квадратора, выход второго масштабного блока соединен с вторым входом блока вычисления кажущейся частоты, а выход первого блока произведения соединен с вторьм входо блока регулировки интенсивности 1j. Недостатком этого устройства является то, что оно не может быть использовано при исследовании двухкорпусных морских объектов, .например ка тамаранов, полупогруженньгх судов, где морское волнение воздействует на каждьй корпус отдельно, а при модели ровании считается, что возмущающие воздействия от морского волнения под водятся к центрам тяжести каждого ко пуса. При этом, с целью получения до стоверньк результатов по качке судна необходимо учитывать трехмерность морского волнения. Известное устройство позволяет имитировать только двухмерное морское волнение. Цель изобретения - расширение фун кциональных возможностей устройства за счет имитации кажущегося нерегулярного трехмерного волнений. Для достижения поставленной цели в имитатор морского волнения введены четвертый и пятьй источники регулиру емого напряжения, третий, четвертый и пятый масштабные блоки, второй и третий блоки умножения, второй блок деления, инвертор, второй сумматор, первый и второй функциональные преобразователи и блок запаздывания, выход первого блока умножения соединен через последовательно соединенные третий масштабный блок и первый функциональный преобразователь с первым входом второго блока умножения и входом четвертого масштабного блока, выход которого подключен к первому входу второго блока деления, второй вход которого подключен к выходу четвертого источника регулируемого напряжения, выход второго блока деления через инвертор соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу пятого источника регулируемого напряжения, выход второго сумматора через пятьш масштабный блок и второй функциональные преобразователь подключен к второму входу второго блока умножения, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого соединен с вькодом первого сумматора, а выход подключен к входу блока запаздывания. На фиг. 1 изображена структурная схема имитатора морского волнения; на фиг. 2 - иллюстрируется положение судов относительно направления волнения . Устройство содержит два источника 1 и 2 регулируемых напряжений, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока 3 вычисления кажущейся частоты, выход которого соединен через первые четыре масштабных блока 4,5,6 и 7 соответственно с управляющими входами генераторов 8,9,10 и 11 гармонических сигналов, выходы которых подключены к соответствующим входам первого сумматора 12, выход которого подключен к первому входу блока 13 регулировки интенсивности, источник 14 регулируемого напряжения, последовательно соединенные первый блок 15 деления и второй масштабный блок 16, последовательно соединенные первый 17 и второй 18 квадраторы, а также первьш блок 19 умножения, третий источник 14 регулируемого напряжения, выход которого соединен с входами первого блока 15 деления, первого квадратора 17 и первым входом первого блока 19 умножения, второй вход которого соединен с выходом второго квадратора 18, выход второго масштабного блока 16 соединен с вторым входом блока 3 вычисления кажуи1ейся частоты, а выход первого блока 19 умножения соеди нен с вторым входом блока 13 регулировки интенсивности. Имитатор содержит дополнительно четвертый источник 20 регулируемого напряжения, второй блок 21 деления, последовательно соединенные третий масштабный блок 22, функциональный преобразователь 23 (блок извлечения квадратного корня), четвертый масштабный блок 24,инвертор 25, пятый ис- точник 26 регулируемого напряжения, последовательно соединенные второй сумматор 27, пятый масштабный блок 28 и функциональный преобразователь 29, второй блок 30 произведения, тре тий блок 31 произведения-и блок 32 запаздывания, при этом выход четвертого источника 20 регулируемого напряжения соединен с первым входом вт рого блока 21 деления, вход третьего масштабного блока 22 соединен с выходом первого блока 19 умножения, а выход блока 23 извлечения квадратног корня соединен с первым входом второго блока 30 произведения и через четвертый масштабньш блок 24 с вторы входом второго блока 21 деления, выход которого через инвертор 25 соеди нен с входом второго сумматора 27, другой вход которого соединен с выходом пятого источника 26 регулируемого напряжения, выход сумматора 27 через пятьй масштабньй блок 28 соеди нен с функциональным преобразователе 29, выход которого соединен с вторым входом второго блока 30 произведения а он своим выходом соединен с первым входом третьего блока 31 произведения, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 12, а вь ход третьего блока 31 произведения соединен с блоком 32 запаздывания. В качестве функционального преобразователя 29 используется блок формирования : синуса входной величины. Имитатор морского волнения работа ет следующим образом. Сигналы заданных значений угла и скорости соответственно с источников 1 и 2 регулируемых напряжений поступают на первый и второй входы блока 3 вычисления кажущейся частоты соответственно. Сигнал с источника 14 (задатчика балльности) поступает на первый вход первого блока 15 деления, с выхода которого сигнал поступает через второй масштабный блок 16 на второй вход блока 3 вычисления кажущейся частоты. При этом производится преобразование сигнала балльности (Б) в сигнал средней частоты кажущегося морского волнения. Сигнал с источника 14 (задатчика балльности) одновременно поступает на первый вход первого блока 19 умножения и через последовательно соединенные первьм 17 и второй 18 квадраторы на второй вход первого блока 19 умножения, с выхода которого сигнал поступает на второй вход блока 13 регулировки интенсивности. При этом производится преобразование сигнала балльности (Б) в, сигнал дисперсии ординат морского волнения. С выхода блока 3 вычисления кажущейся частоты сигнал посту- : пает на входы первых масштабных бло-. ков 4,3,6 и 7, а с их выходов снимаются сигналы, пропорциональные кажущимся частотам, которые необходимо получить на выходах генераторов 8-11 гармонических сигналов. С выходов генераторов 8-11 сигналы синусоидальной формы, одинаковой амплитуды поступают на входы сумматора 12, на выходе которого получается сигнал, имитирующий нормированное, с точки зрения величины ординат, кажущееся нерегулярное морское волнение. С выхода сумматора 12 сигнал поступает на первый вход блока 13 регулировки интенсивности, на выходе которого получаем сигнал, имитирующий нерегулярно кажущееся морское волнение требуемой балльности. / Работа дополнительно введенной Части имитатора морского волнения описывается соотношениями v-Хо.Л Ч ф )l . Д„-20-. .-. 1ГЧ В где t - расстояние (база) между линиями, проведенными через центры корпусов судна параллельно направлению распространения волн (фиг, 2); ордината морского волнения, отстоящая на величину .1 от максимальной ординаты по фро ту одной и той же волны; кажущаяся частота встречи судна с волной; начальная фаза составляющей гармоники; амплитуда первой, второй, третьей и четвертой гармоник высота, длина, фронт волны; время запаздывания прихода волны в центр тяжести второг корпуса по отношению к центр тяжести первого корпуса; дисперсия нерегулярного морского волнения. На фиг. 2 представлена схема двух корпусного полупогруженного судна, вид сверху. Расстояние (база) зависит от расстояния между центрами тяжести корпусов и курсового угла встречи с волной Чц(на фиг. 2 предг if« 45°). . ставлен случаи для ч g Сигнал с вьпсода четвертого источника 20 регулируемого напряжения поступает на первый вход второго блока 21 деления. На вход третьего масштаб ; Hojp блока 22 поступает сигнал соответствующий D ti... с выхода первого блока 19 умножения. С выхода третьего масштабного блока 22 сигнал, соот ветствующий 0,5,Лр , поступает на . вход блока 3, предназначенного для извлечения квадратного корня, с выхода которого сигнал, соответствующий амплитуде составляющей гармоники А, поступает на первый вход второго „ блока 30 произведения и через четвер тый масштабный блок. 24 на второй вход второго блока 21 деления. При этом на выходе блока 24 формируется сигнал, соответствующий 30 А. С выхода второго блока 21 деления сигнал, соответствующий инвертор 25 поступает на вход второго сумматора 27, на другой вход которого поступает сигнал, соответству щий единице, с выхода пятого источника 26 регулируемого напряжения так получаем что на выходе сумматора сигнал равный 1 - .- выхода сумматора 27 сигнал поступает через пятый масштабный блок 28 на вход функционального преобразователя 29, при этом на его выходе оказывается , соответствующий sin 90° (1 ), который поступает на второй вход второго блока 30 произведения, с выхода которого сигнал, соответсч вующий А sin 90(1 -j), поступает на первый вход третьего блока 31 произведения, на второй вход которого с выхода сумматора 12 поступает сигнал, соответствующий нормированной ординате кажущегося нерегулярного морского волнения. С выхода третьего блока 31 произведения сигнал, соответствующий /l5.90(l-4-)(.c..), поступает навход блока 32 запаздывания, где производится задержка сигнала на |ремя - , На выходе блока 32 возникает сигнал, имитирующий нерегулярное кажущееся трехмерное морское волнение требуемой балльности в центре тяжести второго корпуса, описываемый соотношением 4 Aa,n90°(i-4)( . Сигнал на выходе блока l 3 регулировки интенсивности имитирует нерегулярное кажущееся двухмерное морское волнение в центре тяжести первого корпуса. При этом нет необходимости имитировать в центре тяжести первого корпуса нерегулярное кажущееся трехмерное морское волнение, а достаточно имитировать двухмерное волнение, так как,центр тяжести первого корпуса является первой точкой, в которую приходит волна, и необходимо лишь выполнить требование распределения ординат морского волнения в этой точке по нормальному закону, что имеет место при имитации двухмерного волнения. Имитация двухмерного волнения значительно проще трехмерного. Предлагаемый имитатор может быть реализован на базе типовых электронных элементов, выпускаемых отечественной промышленностью. Он позволяет, в отличие от прототипа, являющегося одновременно, базовым объектом, имитировать кажущееся нерегулярное трехмерное морское волнение, необходимое для исследования двухкорпусных морских объектов, например катамараноя, полупогруженных судов, где морское волнение воздействует на каждый корпус отдельно. Указанный эффект подтверждается сра нительным анализом параметров качки натурного судна и результатами моделирования этого же судна на АВМ с использованием предлагаемого устройства и прототипа. При этом параметры качки (крен и дифферент) на турного судна и исследуемого на АВМ с использованием предлагаемого О8 устройства практически совпали. Ошибки по дисперсиям крена и дифферента судна при моделировании с использованием предлагаемого устройства не превышали 10% от значений для натурного судна, в то время как исследование качки с помощью устройства, принятого за прототип, показало, что ошибки по дисперсиям крена и дифферента судна при моделировании достигали 35% от значений для натурного судна.

ИМИТАТОР МОРСКОГО ВОЛНЕНИЯ по авт.св. № 913411, отличающийся, тем, что, с целью расширения функциональных -возможностей за счет имитации кажущегося нерегулярного трехмерного волнения, в имитатор введены четвертый и пятый источники регулируемого напряжения, третий, четвертьй и пятый масштабные блоки, второй и третий блоки умножения, второй, блок деления, инвертор, второй сумматор, первьй и второй функциональные преобразователи и блок запаздывания, выход первого блок умножения соединен через последовательно соединенные третий масштабный блок и первый функциональный преобразователь с первым входом второго блока умножения и входом четвертого масштабного блока, выход которого подключен к первому входу второго блока деления, второй вход которого подключен к выходу четвертого источника регулируемого напряжения, выход второго блока деления через инвертор соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу пятого источника регулируемого напряжения, вы§ ход второго сумматора через пятый масштабный блок и второй функциональный преобразователь подключен к второму входу второго блока умножения, выход которого .соединен с первым входом третьего блока умножения, вто§ рой вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход подключен к входу блока запаздывания. 4ii О

2