СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕМПФИРУЮЩИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ НОРМАЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИЛЫ И МОМЕНТА
METHOD OF DETERMINATION OF DAMPING COMPONENT OF NORMAL HYDRODYNAMIC FORCE AND MOMENT

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.
0
yО
Известен способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и гидродинамического момента [1], основанный на определении текущего значения абсциссы центра вращения x, 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:
<mrow><msub><mi>Y</mi><mi>Д</mi></msub><mo>=</mo><msup><mi>ω</mi><mn>2</mn></msup><mi>f</mi><mmultiscripts><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mmultiscripts><mo stretchy="false">)</mo><mprescripts /><mn>0</mn><none /></mmultiscripts></mrow><mprescripts /><mi>у</mi><none /></mmultiscripts><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext></mtext><mtext></mtext><mtext></mtext><mtext></mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>M</mi><mi>Д</mi></msub><mo>=</mo><mi>ω</mi><mmultiscripts><mi>f</mi><mprescripts /><none /><mn>2</mn></mmultiscripts><mmultiscripts><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mmultiscripts><mo stretchy="false">)</mo><mprescripts /><mn>0</mn><none /></mmultiscripts></mrow><mprescripts /><mi>m</mi><none /></mmultiscripts><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где ω - угловая скорость судна,
y
0
m
0
f(x), f(x) - функции от абсциссы центра вращения.
0
0
Однако при определении демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента указанным способом не рассматривают возможность экспериментального определения текущего значения абсциссы x центра вращения, что является актуальным при прогнозировании движения судна, совершающего сложное маневрирование. Для получения адекватного прогноза нужно непрерывно определять абсциссу x 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.
0
0
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 x центра вращения. В соответствии с текущим значением абсциссы x 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.
yF
yA
В процессе движения судна датчики ускорений измеряют текущие значения поперечных линейных ускорений w и w в носовой F и кормовой A точках судна.
Используя очевидные соотношения:
<mrow><mi>υ</mi><mtext> </mtext><mmultiscripts><mo>=</mo><mprescripts /><mrow><mi>y</mi><mi>F</mi></mrow><none /></mmultiscripts><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>t</mi></munderover><mrow><msub><mrow /><mrow><mi>y</mi><mi>F</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi>d</mi><mi>t</mi><mo>;</mo></mrow></mrow></mstyle><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>υ</mi><mtext> </mtext><mmultiscripts><mo>=</mo><mprescripts /><mrow><mi>y</mi><mi>A</mi></mrow><none /></mmultiscripts><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>t</mi></munderover><mrow><msub><mrow /><mrow><mi>y</mi><mi>A</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi>d</mi><mi>t</mi><mo>,</mo></mrow></mrow></mstyle><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
рассчитывают текущие значения поперечных составляющих линейных скоростей носовой F и кормовой A точек судна.
На основании зависимости, следующей из чертежа
<mrow><msub><mi>x</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>υ</mi><mtext> </mtext><mmultiscripts><mi>x</mi><mprescripts /><mrow><mi>y</mi><mi>F</mi></mrow><none /></mmultiscripts><mmultiscripts><mo>−</mo><mprescripts /><mi>A</mi><none /></mmultiscripts><mi>υ</mi><mtext> </mtext><mmultiscripts><mrow><mmultiscripts><mrow /><mprescripts /><none /><mi>x</mi></mmultiscripts></mrow><mprescripts /><mrow><mi>y</mi><mi>A</mi></mrow><none /></mmultiscripts><msub><mrow /><mi>F</mi></msub></mrow><mrow><mi>υ</mi><mmultiscripts><mo>−</mo><mprescripts /><mrow><mi>y</mi><mi>F</mi></mrow><none /></mmultiscripts><mi>υ</mi><mmultiscripts><mrow /><mprescripts /><mrow><mi>y</mi><mi>A</mi></mrow><none /></mmultiscripts></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext></mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
0
рассчитывают текущее значение абсциссы центра вращения x.
<mrow />
<mrow><mi>ω</mi><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>t</mi></munderover><mrow><mi>ψ</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mrow></mstyle><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow />
На основании показаний гирокомпаса ψ(t) (текущее значение курса судна) определяют угловую скорость судна
ω во время маневрирования
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.