Roll damping using Voith Schneider Propellers in dynamic positioning mode
Authors: Калимов Д.В. , Амбросовская Е.Б. 
Published: September 2020

Работа посвящена вопросам демпфирования бортовой качки судна на малых ходах при помощи крыльчатых движителей. Рассмотрены особенности крыльчатых движителей (Voith Schneider propellers) как органов активного управления судна. Рассмотрен принцип создания кренящего момента от крыльчатого движителя. Проведено исследование эффективности крыльчатых движителей как органов демпфирования качки в зависимости от быстродействия приводов, а также в зависимости от параметров крыльчатого движителя. Показан результат идентификации параметров нелинейной модели привода крыльчатого движителя по результатам натурных испытаний. На примере судна обеспечения приведены результаты исследования эффективности демпфирования качки. Исследование эффективности проведено как на линейной модели бортовой качки судна с линеаризованной моделью привода (эффективность показана по АЧХ от возмущения к углу крена судна), так и по нелинейной модели (с учетом существенной нелинейности электрогидравлического привода с насосом постоянной производительности), эффективность показана по графикам качки судна на волнении. Приведенные результаты моделирования в среде MATLAB показывают, какое быстродействие и относительную (по отношению к статическому моменту крена) должен иметь орган управления, который используют для демпфирования бортовой качки (это относится к подруливающим устройствам различных типов, например, их можно использовать для подруливающих туннельного или азимутального типа). Крыльчатые движители (благодаря своему принципу создания силы) имеют неоспоримое преимущество в деле демпфирования бортовой качки на малых ходах. Помимо этого, на математической модели пространственного движения судна проведен анализ влияния демпфирования бортовой качки на качество динамического позиционирования.

The work is devoted to the issues of damping the ship's side pitching at low speeds with the help of wing propellers. The features of wing propellers (Voith Schneider propellers) as active controls of the vessel are considered. The principle of creating a heeling moment from the impeller is considered. The study of the efficiency of the wing motors as the bodies of damping the pitching depending on the speed of the drives, as well as depending on the parameters of the wing motor. The result of identification of parameters of a nonlinear model of the drive of a vane engine based on the results of field tests is shown. Using the example of a support vessel, the results of a study of the effectiveness of pitching damping are presented. Effectiveness study conducted in the linear model of the onboard pitching of the vessel with a linearized model of the drive (the efficiency shown by the frequency response from disturbance to roll angle of the vessel) and nonlinear models (due to the substantial nonlinearities of electrohydraulic actuator with a pump of constant performance), the efficiency shown on the charts ship motions on waves. The results of modeling in MATLAB show what speed and relative (relative to the static moment of roll) should have a control that is used for damping the on-Board pitching (this applies to thrusters of various types, for example, they can be used for thrusters of tunnel or azimuth type). Wing engines (due to their principle of creating force) have an undeniable advantage in damping the side pitching at low speeds. In addition, the mathematical model of the ship's spatial movement was used to analyze the influence of onboard pitching damping on the quality of dynamic positioning.