Методы и способы выполнения и контроля буксировочной операции тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.19, кандидат наук Ищейкин Григорий Юрьевич

• Ищейкин Григорий Юрьевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Ищейкин Григорий Юрьевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ БУКСИРНОЙ СИСТЕМОЙ

1.1 Общие положения

1.2 Способ управления траекторией движения буксируемого судна

1.3 Способ управления траекторией движения буксирной системы

1.4 Способ управления траекторией движения буксирной системой с

24

изменением параметров её движения

1.5 Выводы по первой главе

1.6 Постановка задач исследования

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БУКСИРНОЙ СИСТЕМЫ

33

2.1. Типы моделей

2.1.1. Модель «полная скорость - угол дрейфа - угловая скорость 35 поворота»

2.1.2. Модель «продольная скорость - поперечная скорость - угловая ^ скорость поворота»

2.1.3. Оценка адекватности двух моделей для буксируемого танкера

2.2. Силовые составляющие моделей

2.2.1. Расчет гидродинамических параметров и усилий

2.2.2. Расчет аэродинамических усилий 60 2.2.2.1. Аэродинамические коэффициенты

2.2.3. Расчет усилий на движительно-рулевом комплексе

2.2.4. Воздействия на танкер морского волнения

2.2.4.1. Постоянные составляющие усилий от регулярного

волнения

2.2.4.2. Переменные составляющие усилий от регулярного

88

волнения

2.2.4.2.1. Поперечная сила и вращающий момент

2.2.4.2.2. Продольная сила

2.3. Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА БУКСИРОВКИ ТАНКЕРА С ОДНОВРЕМЕННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ПО ОТКЛОНЕНИЯМ И

ДЛИНОЙ БУКСИРНОЙ СВЯЗИ

3.1. Управляемое движение буксируемого судна

3.1.1 Влияние пассивного руля

3.1.2 Влияние точки крепления троса

3.1.3. Влияние натяжения буксировочного троса

3.1.4. Влияние длины буксировочного троса

3.1.4.1. Учет растяжимости троса

3.2. Моделирование изменение длины и натяжения троса при буксировке

3.2.1. Взаимосвязанное изменение длины и натяжения троса

3.2.2. Управление процессом буксировки путем автоматического изменения натяжения троса

3.3 Выводы по третьей главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и способы выполнения и контроля буксировочной операции»

Актуальность темы исследования.

При буксировке судна всегда возникает множество практических проблем, особенно, если условия буксировки не являются типовыми. Эти проблемы связаны в основном с устойчивостью буксировочной системы и, тем самым, безопасностью буксируемого объекта. Именно поэтому к такому процессу всегда проявляется значительный исследовательский интерес.

При рассмотрении буксирной системы возникает ряд сложностей, связанных непосредственно со свойствами управляемости такой системы. Все эти свойства неоднократно подвергались тщательному изучению, однако, к настоящему моменту они исследованы не в полной мере. Это подтверждается регулярно возникающими в процессе буксировок различными видами аварий и происшествий. По данным 1МО около 60-80% инцидентов происходит из-за «человеческого фактора».

Управляемость судна является немаловажным фактором из ряда факторов, существенно влияющих на безопасность судовождения. Это утверждение особенно справедливо в том случае, когда судно осуществляет сложное маневрирование, обусловленное выполнением какой-либо из ключевых судовых операций, к которым с полным основанием можно отнести буксирную операцию.

В настоящее время значительная часть аварийных происшествий, допущенных в процессе буксирной операции, происходят из-за потери управляемости буксирной системы в целом. Поэтому возникает острая необходимость наиболее тщательно исследовать способы повышения безопасности при выполнении буксирной операции.

Степень разработанности темы.

Вопросам совершенствования безопасности проведения буксирной операции посвящены набирающие интенсивность исследования отечественных ученых, а так же многочисленные исследования зарубежных специалистов.

Исследованию математических моделей движения судов и практических вопросов управления и маневрирования судном посвящены работы: Ю.М.

Мастушкина, Я.И. Войткунского, А.Д. Гофмана, С.И. Кондратьева, Ю.И. Юдина, K. Kijima, Y. Nakiri, L. Meijing, Wu. Xiuheng, К. Nomoto, N.H. Norrbin.

Исследованиям в области автоматизации судовождения, построению интеллектуальных и адаптивных систем управления принадлежат работы А.С. Васькова, Е.И. Веремея, S. Öhland, A. Stenman, J. Jorgensen, T.A. Johansen, A. Cristofaro, T. Perez, A. Aguiar, T.I. Fossen, A.J. Sorensen, K. Hasegawa, A. Pascoal.

Как было выше сказано, в настоящее время буксирные операции проводятся без должного применения современных средств автоматизации управления судном. В данной работе проводится ряд исследований, позволяющих сократить к минимуму влияние человеческого фактора на управляемость буксирной операции, тем самым повышая навигационную безопасность выполнения буксирной операции.

Целью диссертационной работы является исследование методов и способов выполнения и контроля буксировочной операции, имеющих важнейшее значение для безопасности мореплавания.

Для достижения этой цели решены следующие научные задачи:

1. Исследование способов управления траекторией движения буксирной системы для определения возможности дальнейшего использования на практике;

2. Построение математических моделей судов базового уровня буксирной системы, с учётом различных характеристик буксирующего и буксируемого судов и вида буксирной линии;

3. Проведение модельных экспериментов процесса буксировки с помощью созданной компьютерной программы для ЭВМ и анализ полученных результатов исследования.

Объект исследования - буксирная система.

Предмет исследования - аналитическая оценка эффективности и безопасности выполнения буксирной операции на основании выбранного патента с проведением модельных экспериментов буксирной операции.

Область исследования - методы повышения безопасности буксировочной операции в современных условиях судоходства.

Научная новизна диссертации заключается в совокупности технологических решений, имеющих существенное значение в области обеспечения безопасности мореплавания при выполнении буксировочной операции:

1. Модели способов формирования морской буксировки судов для различных условий. Отличаются методологией контроля буксирующего и буксируемого судна при движении буксирной системы с соблюдением условий периодического изменения заданного положения объектов буксировки относительно заданной траектории.

2. Модельные эксперименты в созданной программе симуляции буксировочной операции, позволяющие оценить степень влияния различных факторов при выполнении буксирной операции.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Изложенные в работе теоретические положения и проведенные модельные эксперименты созданных математических моделей, в виде расчётов устойчивости движения буксируемого судна при различных сочетаниях исходных значений параметров, характеризующих состояние буксирной системы, открывают перспективы решения комплекса задач по обеспечению навигационной безопасности при выполнении буксирной операции.

Выводы, сделанные в рассматриваемой работе по результатам многочисленных модельных экспериментов, могут рассматриваться как практические рекомендации по безопасному управлению буксирной системой в процессе выполнения буксирной операцией. Исходя из этого, практическая значимость данной работы определяется её направленностью на совершенствование методов и способов использования современных компьютерных технологий и навигационных систем при управлении судном с целью обеспечения безопасности судовождения.

Методология и методы исследования.

В ходе работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретический блок исследования состоит из математической

статистики, дифференциальных уравнений, теории оптимального управления, и теории аппроксимаций; блок экспериментов состоит в детализированном анализе проведенных модельных экспериментов по управлению движением, как объектов буксирной системы, так ею в целом. Вся экспериментальная часть моделировалась в написанной программе в системе программирования VisualBasic. Аппроксимация аналитических зависимостей выполнялась с помощью математического пакета MathCAD 7.0.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследований способов управления траекторией движения буксирной системы;

2. Силовые составляющие типовых математических моделей объектов буксировочной операции;

3. Результаты модельных экспериментов процесса буксировки и анализ полученных данных исследования.

Соответствие диссертационной работы Паспорту научной специальности. Используемые в работе научные положения соответствуют п.7 области исследования Паспорта специальности 05.22.19 - Эксплуатация водного транспорта, судовождение.

Степень достоверности результатов исследования подтверждена:

- структурным анализом имеющихся в настоящее время способов выполнения буксирной операции;

- использование современных математических пакетов при создании математических моделей для оценки эффективности и безопасности способов управления буксирной системой;

- корректностью применения математического аппарата, подтверждением полученных автором теоретических результатов, запатентованным способом и официально зарегистрированной программой для ЭВМ, разработанной в данной работе.

Личный вклад автора состоит в сборе, анализе исходных теоретических данных, научных экспериментах, апробации результатов исследования,

структурном анализе полученных экспериментальных данных, подготовке основных публикаций по выполненной работе.

Вклад соискателя в работы, опубликованные в соавторстве, составляет 70 % и более.

Апробация результатов работы.

Материалы диссертационной работы и её отдельные результаты докладывались на ежегодных научно-технических конференциях ФГАОУ ВО «Мурманский государственный технический университет», ФБГОУ ВО «ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова», международных научно-практических конференциях НИЦ «Наука России» в 2016-2021 годах.

Результаты работы подтверждены зарегистрированной в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам программой для ЭВМ: «Моделирование процесса буксировки при управляемом изменении длины буксировочной системы» № 2017616292 от 06.06.2017 года.

Публикации.

Основные результаты диссертации в достаточном объеме и полноте изложены в 11 изданиях, в том числе 8 статьях, 7 их которых опубликованы в изданиях рекомендованных ВАК РФ, 1-й зарегистрированной программе для ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности.

Структура и объем работы.

Общий объем диссертации 175 страниц, включает: оглавление 2 страницы, введение 5 страниц, 3 главы 1 61 страницы, заключение 1 страница, список литературы из 58 наименований 5 страниц и приложение 1 страница, 82 иллюстраций и 25 таблиц.

ГЛАВА 1. СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ БУКСИРНОЙ СИСТЕМОЙ

1.1 Общие положения

Управляемость буксирной системой (буксирующее судно - буксирный трос - буксируемое судно) и, как следствие, управление ею является сложной технической задачей, решение которой требует углублённых разносторонних исследований. Конечная цель этих исследований - обеспечение безопасности буксирной операции, включающей как безопасность судов, входящих в состав буксирной системы, так и безопасность других судов, находящихся в районе маршрута буксировки, а также безопасности всевозможных гидротехнических сооружений, встречающихся по пути следования буксирной системы. Перечисленные факторы влияния на безопасность буксирной операции имеет особое значение при плавании в условиях стеснённой акватории.

Принцип управления буксирной системой должен быть построен таким образом, чтобы управляемым объектом было не только буксирующее судно, но и вся система в целом. Это одна из сложнейших судовых операция и с точки зрения технического решения задача, поэтому в настоящее время не существует единого подхода даже в выборе направления её решения [13], [28], [43] и др. В тоже время технический прогресс, как в области судостроения, так и в области судовождения даёт надежды на рассматриваемой технической задачи в ближайшее время. Об этом свидетельствуют многочисленные исследования в области обеспечения безопасности буксирных операций в различных условиях плавания [36], [37], [38], [39], [40], [45].

Основными инструментами указанных исследования являются модельные эксперименты с использованием математических моделей судов различных конструкций, а также модельные эксперименты в специализированных опытовых бассейнах. С точки зрения доступности, первый вариант является наиболее распространённым среди исследователей. Конечно, можно рассуждать о

достоверности результатов таких исследований, но других вариантов возможных методов и методик исследований в данной области пока не существует.

Как сказано выше, физическая модель буксирной системы состоит из трёх компонент: буксируемого судна, буксирного троса и буксирующего судна. Ряд исследователей всесторонне исследовали каждый компонент, чтобы определить характер его влияния на управляемость буксирной системы. В отношении первого компонента Ясукава, Хирата, Накамура и Мацумото [45]; Ясукава, Хирата, Накамура и др. [44], [46]; Ли [42] используя нелинейную математическую модель судна провели многочисленные исследования поворотливости и курсовой устойчивости движения буксируемого судна в условиях тихой воды. Ясукава и Накамура [46], Ясукава, Танака, Хирата и Хашизуме [44]; Кидзима и Варьяни [41] выполнили нелинейный и линейный анализ курсовой устойчивости буксируемого судна в условиях устойчивой ветровой нагрузки. Хара, Ямакава, Хосино и Юкава также изучали характерные особенности неустойчивости движения буксируемого судна, связанные с течением и волнением. Большой вклад в изучение изменения параметров буксирного троса в процессе буксировки внесли Хара, Ямакава и Хосино. Ясукава, Хирата, Накамура и др. [44], [46]; Ли [42] установили, что при соотношении длины буксирного троса и длины буксирующего судна более 1.0, возможно провисание буксирного троса в процессе поворота буксирной системы и, как следствие, потеря её управляемости, что приводит к непредсказуемости поведения буксируемого судна. Шигехиро, Уэда и Накаяма (1998) пришли к выводу, что сокращение длины буксирного троса при выполнении сложного манёвра буксирной системой может предотвратить опасность потери управления буксируемым объектом, например, судном. Что касается третьего компонента, Ясукава и Ямада [45] оценили влияние размера буксирующего судна на устойчивость его движения в процессе буксировки. Результаты их исследований показали, что увеличение длины буксирующего судна, при постоянных значениях других параметров буксирной системы, в частности, длины буксируемого судна, обеспечивает лучшую курсовую устойчивость буксировки, а также ведёт к уменьшению тактического диаметра циркуляции буксирной системы и

предотвращению ослабления буксирного троса в процессе поворота. Этот фактор особенно важен при выполнении буксирной операции в стеснённых условиях.

С учётом перечисленных результатов многочисленных исследований в области безопасности буксирных операций в данной главе представлены разработанные нами три способа управления движением буксирной системы. Необходимо отметить, что исследования эффективности их использования в управлении буксирной системой не является темой только одной работы, но результаты проведённых исследований уже позволяют сделать важные выводы о возможности их использования при разработке современных способов управления буксирной системой.

1.2 Способ управления траекторией движения буксируемого судна

Данный способ разработан для управления траекторией движения буксируемого судна, при выполнении буксирной операции.

Известные способы управления траекторией движения буксируемого судна, предусматривают перекладку руля направления с учётом величины поперечного смещения буксируемого судна от кильватерной струи буксирующего судна, определяемого визуально на буксируемом судне [1], [2], [8], [10].

Однако при буксировке с использованием предлагаемого в указанных работах способа управления буксируемым судном не учитывается фактор невозможности визуального определения направления кильватерной струи буксирующего судна со стороны буксируемого судна при определённых обстоятельствах, в частности:

- при выполнении буксирной операции в условиях ограниченной видимости (ночное время суток, плотные атмосферные осадки, туман и др.);

- при выполнении буксирной операции в условиях сильного ветра и волнения, когда кильватерная струя буксирующего судна существенно отклоняется от его диаметральной плоскости (ДП) и перестаёт быть ориентиром для буксируемого судна.

Цель предлагаемого способа управления буксируемым судном - повышение точности его удержания на заданной траектории движения, относительно буксирующего судна, вне зависимости от состояния видимости в районе выполнения буксирной операции [5].

Указанная цель управления достигается следующим образом: вычисляют отклонения носовой и кормовой точек буксируемого судна от линии ДП буксирующего судна, проведённой через носовую и кормовую точки буксирующего судна (рисунок 1.1), по результатам вычислений определяют величину сигнала управления, в соответствии с его значением производят перекладку руля на буксируемом судне.

Таким образом, при буксировке одного судна другим (рисунок 1.1) буксирующее судно 1 является задатчиком траектории движения для буксируемого судна 2 и любое изменение направления движения буксирующего судна влечёт за собой изменение траектории движения буксируемого судна. На рисунке 1.1 показаны: позиция 3 - текущее положение ДП буксирующего судна; позиция 4 -положение буксирного троса.

На буксирующем судне в приделах его контура, в его ДП выбираются две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка Fl на рисунке 1.1), а другая к корме судна (точка А1 на рисунке 1.1) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками F1 и A1 выбирается в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приёмных антенн спутниковой навигационной системы (СНС). Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением буксируемого судна.

Координаты точек F1, A1 определяются непрерывно с высокой точностью (+ 1,0 м), что вполне возможно с введением в состав СНС береговых станций, вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки.

Значения координат точек F1(X0F1, Y0F1) и A1(XA1, YA1) (рисунок 1.2) позволяют непрерывно вычислять положение линии ДП буксирующего судна и передавать его известными способами на буксируемое судно.

На буксируемом судне в приделах его контура, в его ДП выбираются две точки, одна из которых расположена к носу буксируемого судна (точка Б2 на рисунке 1.1), а другая к его корме (точка А2 на рисунке 1.1) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками Б2 и А2 выбирается в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приёмных антенн СНС. Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением буксируемого судна. Координаты этих точек определяются непрерывно с высокой точностью (+ 1,0 м).

Непрерывное определение значений координат точек р2(Х0Е2, YoF2) и А2 (Х0А2, Y0A2) (рисунок 1.3) буксируемого судна позволяет непрерывно вычислять поперечные смещения точки F2 (ёи) и точки А2 (ёА2) от текущего положения линии ДП буксирующего судна (позиция 3 на рисунке 1.1). При этом поперечное смещение точки F2 или А2 от линии ДП буксирующего судна считается положительным, если точка (Р2 или А2) смещается вправо и отрицательным, если она смещается влево относительно линии ДП буксирующего судна (см. Рисунки 4, 5).

Возникающие поперечные смещения точек F2 и А2 буксируемого судна относительно текущего положения линии ДП буксирующего судна определяют величину сигнала на отклонение руля буксируемого судна, в соответствии с зависимостью:

а = -кРёРг + кАйАг (1.1)

где к^ кА - коэффициенты усиления по поперечным смещениям носовой и кормовой точек буксируемого судна от линии ДП буксирующего судна. Это положительные величины, причём численное значение коэффициента ^ больше численного значения коэффициента кА. Угол перекладки руля а считается положительным при его перекладки в сторону правого борта.

На рисунках 1.4, 1.5 изображены варианты возможных отклонений буксируемого судна от ДП буксирующего судна и управление в каждом из них. Например, на рисунке 1.4 ДП буксирующего судна пересекает линию ДП

буксирующего судна под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки ^го) и точки Л2 ^Л2), причём dF2 больше 0, dл2 меньше 0 и dF2 меньше 0, dл2 больше 0 на рисунке 1.5. В первом случае (см. рисунок 1.4) согласно закону (1.1) угол отклонения руля буксируемого судна будет иметь отрицательное значение, т.е. руль будет переложен на левый борт и судно начнёт вращение влево, что приведёт к уменьшению dF2 и dл2 и в конечном итоге к выходу буксируемого судна на линию ДП буксирующего судна; во втором случае (рисунок 1.5) согласно закону (1) угол отклонения руля буксирующего судна будет иметь положительное значение, т.е. руль будет переложен на правый борт и буксируемое судно начнёт вращение вправо, что приведёт к уменьшению dF2, dл2 и к выходу судна на линию ДП буксирующего судна.

Значения отклонений точек F2 и Л2 от линии ДП буксирующего судна определяется по формулам:

^ _ I К^оц - ¥0а ) х (хо ц - Хо а ) - (х0Рг - Х0А ) X (т0 ц - 70 А )]

с1 = |[(го л2 - То А )х (хо ц - хо А )- (хо А2 - Хо лг )х - ^о А )] ^ ^

Стоит отметить, что данный способ, несомненно, повышает управляемость буксируемого судна относительно движения судна-буксировщика и способствует повышению навигационной безопасности при выполнении буксирной операции.

Рисунок 1.3

Рисунок 1.4

1.3 Способ управления траекторией движения буксирной системы

Способ относится к управлению движением буксирной системой, в частности, к управлению траекторией движения буксирующего и буксируемого судна, при выполнении буксирной операции.

Представленный в предыдущем параграфе способ управления траекторией движения буксируемого судна [5], основанный на использовании отклонений носовой и кормовой точек буксируемого судна, расположенных в его диаметральной плоскости (ДП), от линии ДП буксирующего судна, проведённой через носовую и кормовую точки буксирующего судна, предусматривает автоматическое управление только буксируемого судна в буксирной системе. Направление движения буксирной системы определяется буксирующим судном в соответствии с складывающимися обстоятельствами, определяемыми навигационной обстановкой по маршруту буксировки. Как известно, в буксирной системе (рисунок 1.1) буксирующее судно 1 является задатчиком траектории движения для буксируемого судна 2 и любое изменение его движения по курсу влечёт за собой изменение траектории движения буксируемого судна.

Указанный способ позволяет значительно повысить устойчивость и точность удержания буксируемого судна относительно траектории движения буксирующего судна, что способствует существенному повышению безопасности выполнения буксирной операции.

Однако в представленном способе управления не рассматривается управляемость буксирной системы в целом. В то время как безопасность буксирной системы в процессе выполнения буксирной операции зависит не только от управляемости буксируемого судна, но и от управляемости буксирующего судна.

Результатом использования, предлагаемого в данном параграфе способа управления буксирной будет, является повышении безопасности буксирной операции, за счёт постоянного контроля траектории буксирующего и буксируемого

судов относительно заданной безопасной траектории движения буксирной системы.

Для достижения указанного результата задается единая траектория (линия пути) движения буксирующего и буксируемого судна в виде линии на плоскости, проведённой через определённые точки с заданными координатами Р1, Р2 (рисунок 1.6). Управление буксирующим и буксируемым судном ведётся в соответствии с отклонениями их носовых Б1, Б2 и кормовых А1, А2 точек от линии пути (ЛП).

ЛП (Р1Р2) задается одновременно для обоих судов буксирной системы двумя контрольными точками Р1 - точка начала маршрута, точка Р2 - точка конца маршрута, либо точка поворота.

Отклонения носовой Б1 и кормовой А1 точек буксирующего судна от линии Р1Р2 непрерывно вычисляют, по результатам вычислений определяют величину сигнала управления, в соответствии с его значением производят перекладку руля на буксирующем судне. Аналогично вычисляют отклонения носовой Б2 и кормовой А2 точек буксируемого судна от линии Р1Р2, по результатам вычислений определяют величину сигнала управления, в соответствии с его значением производят перекладку руля на буксируемом судне.

Алгоритм управления буксирной системой построен следующим образом. ЛП (Р1Р2) (рисунок 1.6) задается одновременно для обоих судов буксирной системы двумя контрольными точками Р1 - точка начала текущего маршрута движения буксирной системы, точка Р2 - точка конца маршрута, либо точка поворота буксирной системы на новую ЛП.

На буксирующем судне в приделах его контура, в его ДП выбираются две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка на рисунке 1.6), а другая к корме судна (точка А1) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками Б1 и А1 выбирается в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приёмных антенн спутниковой навигационной системы (СНС). Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением буксируемого судна. Координаты этих точек определяются непрерывно

с высокой точностью (± 1,0 м), это стало возможным с введением в СНС береговых станций, вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки [3] .

Непрерывное определение значений координат точек Fi(Xofi, Yofi) и Ai (Xoai, Y0A1) буксирующего судна позволяет непрерывно вычислять поперечные смещения точки F1 (dF1) и точки A1 (dA1) от заданного на данный момент положения ЛП (Р1Р2). Причём, поперечное смещение точки F1 или A1 от ЛП (P1P2) считается положительным, если точка (F1 или A1) смещается вправо и отрицательным, если она смещается влево относительно ЛП (Р1Р2) (см. Рисунки 1.7 а - г).

Возникающие поперечные смещения точек F1 и A1 буксируемого судна относительно текущего положения ЛП Р1Р2 вырабатывают сигнал на отклонение руля буксирующего судна, по закону:

Для случая, когда dF1 и dA1 с разными знаками, либо один из них равен нулю:

ах = -kPi dPí + k^d^ (1.4)

Для случая, когда dF1 и dA1 с одинаковыми знаками:

а = -kFdp -kAdAi (1.5)

где kF1, kA1 - коэффициенты усиления по поперечным смещениям носовой и кормовой точек буксирующего судна от ЛП (Р1Р2). Это положительные величины, причём численное значение коэффициента kF1 больше численного значения коэффициента kA1. Сигнал управления ai считается положительным при его перемещении в сторону правого борта.

На буксируемом судне в приделах его контура, в его ДП выбираются две точки, одна из которых расположена к носу буксируемого судна (точка F2 на рисунок 1.6), а другая к его корме (точка A2) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками F2 и A2 выбирается в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приёмных антенн СНС. Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением буксируемого судна. Координаты этих точек определяются непрерывно с высокой точностью (± 1,0 м).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ищейкин Григорий Юрьевич, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеев Л.Л. Практическое пособие по управлению морским судном/Л.Л.Алексеев; ЦНИИМФ. - СПб.: ЦНИИМФ, 2003. - 188 с. -(Судовладельцам и капитанам. Вып. №5). - ISBN 5-93188-056-09: 220-00; 177-00.

2. Инструкция по безопасности морских буксировок: утв. Федер. службой мор. флота России: 08.06.96 МФ 35/1921. - СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2001. - 22 с.

3. Липкин И.А. Спутниковые навигационные системы. - М.: Вузовская книга, 2001. - 215 с.

4. Мастушкин Ю. М. Управляемость промысловых судов / Ю. М. Мастушкин. - М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1981. - 232 с.

5. Пат. 2470828 Российская Федерация, МПК В 63 Н 25/04 (2006.01). Способ управления траекторией движения буксируемого судна / Юдин Ю.И., Каян В.В.; заявитель и патентообладатель Мурманский гос. техн. ун-т.- № 2011115725/11; заявл. 20.04.2011; опубл. 27.12.2012, Бюл. № 36. - 5 с.: ил.

6. Пат. 2615846 Российская Федерация, МПК В 63 Н 25/04 (2006.01). Способ управления движением буксирной системы / Юдин Ю.И., Власов А.В., Кайченов А.В., Висков А.Ю.; заявитель и патентообладатель Мурманский гос. техн. ун-т. -№ 2015143563/15; заявл. 12.10.2015; опубл. 11.04.2017.

7. Першиц Р. Я. Управляемость и управление судном / Р. Я. Першиц. - Л. : Судостроение, 1983. -. 272 с. : ил.

8. Снопков В.И. Управление судном: учебник [для вузов] / В.И.Снопков. - [3-е изд., пераб. и доп.]. - СПб. : Профессионал, 2004. - 535 с. +1 электрон. опт. диск (СБ-КОМ): ил. - ISBN 5-98371-015-Х: 600-00; 1170-00.

9. Справочник по теории корабля: В 3 т. Т. 3. Управляемость водоизмещающих судов. Гидродинамика судов с динамическими принципами поддержания / [А. Ш. Афремов и др.] ; под ред. Я. И. Войткунского. - Л. : Судостроение, 1985. - 542 с. : ил.

10. Тихомиров В. П. Управление маневрами корабля : в 2 т. / В. П. Тихомиров. - М. : Воениздат, 1962-1963. - 2 т.

11. Юдин Е. Б. Анализ самопроизвольного рысканья буксируемых судов / Е. Б. Юдин А. Г. Маковский // Судостроение. - 1975. - № 4. - С. 15-17.

12. Юдин Е. Б. К расчёту управляемости океанских буксиров / Е. Б. Юдин // Судостроение. - 1984. - № 7. С. 7-9.

13. Юдин Ю. И. Оценка безопасности буксирной операции методами математического моделирования: монография / Ю. И. Юдин, С. В. Пашенцев. -М. : МОРКНИГА, 2015. - 144 с.

14. Тумашик А.П., Расчет гидродинамических характеристик судна при маневрировании /А. П. Тумашик//Судостроение - 1978, № 5 - С.13-16.

15. Войткунский Я.И. Справочник по теории корабля, т. 3 /под ред. Я. И. Войткунского- Л.: Судостроение, 1985 - С.541

16. Юдин Ю.И. Идентификация математической модели судна / Юдин Ю.И., Пашенцев С.В. - М.Моркнига, 2015. - С.141.

17. Гофман А.Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. Справочник. - Л.: Судостроение, 1988. - 361 с.

18. Юдин Ю.И., Теоретические основы безопасных способов маневрирования при выполнении точечной швартовки / Юдин Ю.И., Пашенцев С.В., Мартюк Г.И., Юдин А.Ю. - Мурманск: Изд. МГТУ, 2009. - С. 152.

19. Глауэрт, Теория воздушного винта, «Аэродинамика» под ред. Дюранда, гл.XII, М., Оборонгиз, 1940.

20. Соболев Г.В., Управляемость корабля и автоматизация судовождения, Л., Судостроение, 1976 - С.477.

21. Войткунский Я.И. Справочник по теории корабля, т. 1 /под ред. Я. И. Войткунского - Л.: Судостроение, 1985 - С.762

22. Войткунский Я.И. Справочник по теории корабля, т. 3 / под ред. Я. И.

23. Хаскинд М.Д. Теория сопротивления при движении судна на волнении/ М.Д. Хаскинд // Изв. АН СССР - 1959, №2 - С.47-57

24. Басин А.М. Ходкость и управляемость судов : учеб. пособие для вузов водн. транспорта / М. : Транспорт, 1977. - 456 с.

25. РД 31.03.03-90. Применение синтетических канатов на судах ММФ. Л.:ЦНИИМФ, 1990. -С.50.

26. Маковский А.Г., Юдин Е.Б. Особенности движения буксируемых судов на циркуляции, Судостроение, 1967, №10

27. Першиц Р.Я. Управляемость судна, движущегося по створу, Сб. НТО им. А.Н. Крылова, 1973, вып.200

28. Св-во гос. рег. Прогр. Для ЭВМ 2017616292, Российская Федерация. Моделирование процесса буксировки при управляемом изменении длины буксировочной системы / Г.Ю. Ищейкин., С.В. Пашенцев; правообладатель ФГБОУ ВПО «Мурман. гос. техн. ун-т». - 2017613140 ; дата поступл. 10.04.2017 ; дата регистр. 06.07.2017.

29. Каян, В.В. Разработка безопасных способов маневрирования судна при выполнении буксирных операций : дис. ... канд. техн. наук : 05.22.19 / Каян Владислав Витальевич. - Мурманск, 2014. - 147, [4] с. : ил.

30. Юдин, Ю. И. Анализ расчетных способов определения гидродинамических характеристик гребного винта на переходных режимах движения судна / Ю.И. Юдин, Г.Ю. Ищейкин // Эксплуатация морского транспорта. - 2018. - № 1. - С. 40-49.

31. Юдин, Ю. И. Аппроксимация кривых действия винта / Ю.И. Юдин, Г.Ю. Ищейкин // Эксплуатация морского транспорта. - 2018. - № 2. - С. 38-45.

32. Юдин, Ю. И. Учёт удлинения буксирного троса при моделировании процесса буксировки / Ю.И. Юдин, Г.Ю. Ищейкин // Эксплуатация морского транспорта. - 2018. - № 3. - С. 60-70.

33. Юдин, Ю. И. Выбор модели для исследования управляемости буксирной системы / Ю.И. Юдин, А.В. Бачище, Г.Ю. Ищейкин, Д.Д. Стрельников // Морские интеллектуальные технологии. - 2018. - Т. 2, № 1. - С. 11-22.

34. Юдин, Ю. И. Расчет аэродинамических усилий / Ю.И. Юдин, Г.Ю. Ищейкин // Морские интеллектуальные технологии. - 2019. - Т.3, № 4. - С. 24-31

35. Ильин, И.А. Анализ системы уравнений динамики гибкой нити/ Ильин И.А., Ильина И.В. - Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2010. № 1 (1). C. 31-38

36. Fitriadhy A., Yasukawa, Y. Masaki (2012) Slack towline of tow and towed ships during turning. January 2012 Journal of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers

37. Fitriadhy H. Yasukawa, K.K. Koh (2013) Course stability of a ship towing system in wind. Ocean Engineering

38. Fitriadhy A., Yasukawa, K., (2011). Course stability of a ship towing system, Journal of Ship Technology Research Shiffstechnik, Vol. 58, pp.4-24.

39. Jiang T.; Henn, R.; Sharma, S. D. (1998), Dynamic behavior of a tow system under an autopilot on the tug, International Symposium and Workshop on Forces Acting on a Manoeuvring Vessel (MAN'98), Val de Reuil.

40. Kijima K., Varyani, K. (1985), Wind effect on course stability of two towed vessels, Journal of the Society of Naval Architecture of Japan, Vol. 158, pp.137-148.

41. Kijima K., Varyani, K., (1986). Wind effect on course stability of two towed vessels. Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers 24, 103-114.

42. Lee M. L. (1989). Dynamic stability of nonlinear barge-towing system, Appl. Math. Modelling, Vol. 13, pp.693-701.

43. Shigehiro R. (1998). A mathematical model for the maneuvering motions of tow and towed vessels (Japanese), Journal Kansai Society Naval Architects, Japan, No. 230, pp.153-164.

44. Yasukawa H., Hirata, N., Tanaka, K., Hashizume, Y. (2007). Circulation water tunnel tests on slewing motion of a towed ship in wind (Japanese), Journal of The Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers, Vol. 6, pp.323-329.

45. Yasukawa H., Hirono, T., Nakayama, Y. and Koh, K.K., (2012). Course stability and yaw motion of a ship in steady wind, J.Marine Science and Technology. Vol.17, No.3, 291-304.

46. Yasukawa H., Nakamura, N., (2007a). Analysis of course stability of a towed ship in wind. Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers 6, 313-322. (Japanese).

47. Abkowidz,, M.A. Lectures on ship hidrodynamics and maneuverability. Hydrodynamics Department. Hydro- and Aerodynamics Laboratory Lanchs. Denmark. 1964

48. Eda, H. and Crane, C.L., Steering characteristics of ships in calm water and waves. Trans. Society of Naval Architects and Marine Engineers. Vol. 12. No. 3, 1968. pp. 181 - 200

49. Norbin N.H. Theory and observation on the use of mathematical model for ship maneuvering in deep and confined waters. Proc 8th Symposium on Naval Hydrodynamics Pasadena. U.S.A., 1970

50. Clarke, D., A new nonlinear equation for ship maneuvering. International Shipbulding Progress. Vol. 18. No. 201, 1971

51. Isherwood, R. Wind Resistance of Merchant Ships. 1973, vol. 115, p. 327-335.

52. Abkowitz M. A. (1980). Measurement of Hydrodynamic Characteristics from Ship Manoeuvring Trials by System Identification. Trans. SNAME, Vol. 88, pp. 283-318.

53. Kijima, K., Nakiri, Y.,- «On the Practical Prediction Method for Ship Manoeuvrability in Restricted Water», West-Japan Society of Naval Architects, 2003, pp.37-54.

54. Kijima, K. et. al., «On the Maneuvering Performance of a Ship with the Parameter of Loading Condition», SNAJ, Nov. 1990.

55. Y. Yoshimura, «Mathematical Model for the Maneuvering Ship Motion in Shallow Water», Trans. of the W.J.S. of N.A., Vol.200, 1986.

56. Meijing, L., Xiuheng, Wu, - «Simulation Calculation and Comprehensive Assessment of Ship Maeuverabilities in Wind, Wave, Current and Shallow Water», Proceedings of MARSIM & ICSM 90, Tokyo, Japan, pp.403-411.

57. Inoue S, Hirano M, Kijima K, Takashina J (1981) A practical calculation method of ship maneuvering motion. Int. Shipbuild Prog 28(325): pp.207-222.

58. Udin J., Pashentsev S., Petrov S. Using Pontryagin maximum principle for parametrical identification of ship maneuvering mathematical model, Transport Problems Vol.9 Issue 2 pp.11-18, 2014.

Приложение

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

российская федерация

RU

2017616292

федеральная служба по интеллектуальной собственности (12) ГОСУДАРСТВЕННАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ

Номер регистрации (свидетельства): 2017616292

Дата регистрации: 06.06.2017

Номер и дата поступления заявки: 2017613140 10.04.2017

Дата публикации: 06.06.2017

Контактные реквизиты: р1уа$ппо\га1а@ш$(и.е(1!1.ги

Авторы:

Пшейкин Григорий Юрьевич (ЬШ), Пашенцев Сергей Владимирович (ИИ)

Правообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Мурманский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «МГТУ») (1Ш)

Название программы для ЭВМ:

Моделирование процесса буксировки при управляемом изменении длины буксировочной системы

Реферат:

Программный комплекс обеспечивает возможность моделировать буксировочный процесс, который управляется не только по отклонениям двух разнесенных точек ДП буксира и буксируемого объекта, но также и изменением длины буксировочных связок между буксиром п объектом.

Язык программирования: Visual Basic 6.0 Объем программы для ЭВМ: 3260 Кб