Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля

Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для прогнозирования траекторий движения корабля, выполняющего сложное маневрирование. Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля заключается в том, что формируют его трехмерную электронную модель, при этом часть корпуса корабля, расположенную выше ватерлинии, отсекают. Вокруг трехмерной электронной модели формируют вычислительную сетку в виде сферического сегмента. Основание сегмента содержит плоскость ватерлинии трехмерной электронной модели, а ось симметрии сегмента совпадает с осью вращения трехмерной электронной модели. Вычислительную сетку в виде сферического сегмента выполняют с возможностью вращения вместе с трехмерной электронной моделью относительно внешней вычислительной сетки. В расчетной области, сформированной внутренней и внешней вычислительными сетками, определяют распределение полей скоростей и давлений потока. При этом задают колебания трехмерной электронной модели по углу дрейфа. В результате определяют нестационарные гидродинамические воздействия на трехмерную электронную модель. Затем определяют демпфирующие гидродинамические характеристики корабля. Достигается повышение безопасности управления кораблем при выполнении им сложного маневрирования за счет прогнозирования его движения по заданной траектории с использованием компьютерного моделирования на базе определяемых демпфирующих гидродинамических характеристик, а также повышение точности управления кораблем. 2 ил.

 

Изобретение относится к управлению кораблями и может быть использовано для прогнозирования траекторий движения корабля, выполняющего сложное маневрирование.

Известен способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и гидродинамического момента, основанный на раздельном расчетном определении этих характеристик на корпус корабля и руль с последующим суммированием этих характеристик (см. Фирсов Г.А. Управляемость корабля / Г.А. Фирсов. - Л.: Издательство ВВМИУ им. Ф.Э. Дзержинского, 1954. стр. 81-85).

Недостатком этого способа является лишь приближенный учет формы корпуса корабля, что приводит к погрешностям.

Известны также экспериментальные способы определения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля, основанные на испытании моделей на ротативной установке, испытании искривленных моделей, а также определении этих характеристик методом малых колебаний (см. Федяевский К.К., Соболев Г.В. Управляемость корабля / К.К. Федяевский. - Л.: Судпромгиз, 1963. стр. 112-127).

Недостатком этих способов является наличие масштабного эффекта, а также высокая стоимость производства физических моделей корабля.

Известен «Способ моделирования в компьютерных системах трехмерного проектирования (варианты)» (пат. RU №2263966, опубл. 10.11.2005, МПК: G06T 17/00), включающий операции по созданию компьютерной трехмерной электронной модели объекта и определению на основе этой модели характеристик объекта.

Известен также «Способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента» (пат. RU №2507110, опубл. 20.02.2014, МПК: В63Н 25/00) - взятый за прототип, включающий определение текущего значения абсциссы центра вращения, угловой скорости корабля, демпфирующих составляющих гидродинамической силы и ее момента с использованием датчиков линейных ускорений, расположенных в диаметральной плоскости корабля. С помощью датчиков замеряют значения поперечных линейных ускорений, затем определяют значения поперечных составляющих линейных скоростей, рассчитывают текущее значение центра вращения корабля и определяют демпфирующие составляющие нормальной гидродинамической силы и момента.

Недостатком изобретения является постоянный контроль расчетного положения центра вращения корабля, а также необходимость выполнения фактического маневрирования корабля, и, следовательно, невозможность прогнозной оценки этих характеристик до спуска корабля на воду.

Задачей изобретения является разработка нового способа определения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля, который позволяет устранить недостатки прототипа и обеспечить определение соответствующих гидродинамических характеристик на этапе проектирования до спуска корабля на воду.

Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности управления кораблем при выполнении им сложного маневрирования за счет повышения точности прогнозирования его движения по заданной траектории с использованием компьютерного моделирования на базе рассчитываемых демпфирующих гидродинамических характеристик корабля, что снижает погрешность в определении диаметра циркуляции корабля при маневрировании, тем самым, уменьшается вероятность навигационных аварий.

Точность управления кораблем увеличивается за счет учета нестационарных гидродинамических воздействий, возникающих при равноускоренных или равнозамедленных угловых колебаниях корабля в потоке, которые не могут быть определены при движении корабля по траектории с постоянным диаметром циркуляции.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля включает определение центра вращения корабля, его угловой скорости, демпфирующих гидродинамических характеристик корабля. В отличие от прототипа формируют трехмерную электронную модель корабля. Для этого часть корпуса корабля, расположенную выше ватерлинии отсекают. Вокруг этой трехмерной электронной модели формируют вычислительную сетку в виде сферического сегмента. Основание сегмента формируют содержащим плоскость ватерлинии трехмерной электронной модели, а ось симметрии сегмента совпадает с осью вращения трехмерной электронной модели. Вычислительную сетку в виде сферического сегмента выполняют с возможностью вращения вместе с трехмерной электронной моделью относительно внешней вычислительной сетки. В расчетной области, сформированной внутренней и внешней вычислительными сетками определяют распределение полей скоростей и давлений потока. Скорость движения жидкости на входной по отношению к потоку границе расчетной области задают равной линейной скорости движения корабля. При этом задают колебания трехмерной электронной модели по углу дрейфа β. В результате определяют нестационарные гидродинамические воздействия на трехмерную электронную модель: компоненты гидродинамической силы Fz1(t) и момента My1(t) в связанной системе координат. Анализируют эти зависимости и определяют значения гидродинамических воздействий при углах дрейфа равных нулю. Затем определяют демпфирующие гидродинамические характеристики корабля по формулам:

где , - коэффициенты вращательных производных гидродинамической силы и момента относительно оси OY1;

- компоненты гидродинамической силы и момента при угле дрейфа равном нулю, полученные демпфирующие гидродинамические характеристики в дальнейшем используют при компьютерном моделировании для прогнозирования движения корабля в условиях сложного маневрирования.

Существенность отличий предлагаемого способа от прототипа определяется следующим. Последовательное выполнение операций, направленных на формирование вычислительной сетки в виде сферического сегмента, с возможностью вращения вместе с трехмерной электронной моделью корабля относительно внешней вычислительной сетки, позволяет задавать колебательное движение корабля в потоке и, тем самым:

- повысить точность прогнозирования движения корабля по заданной траектории с использованием компьютерного моделирования на базе рассчитываемых демпфирующих гидродинамических характеристик корабля,

- снизить погрешность в определении диаметра циркуляции корабля при маневрировании.

Таким образом, совокупность указанных существенных признаков позволяет обеспечить достижение нового технического результата, а именно:

- повысить безопасность управления кораблем при выполнении им сложного маневрирования;

- повысить точность управления кораблем.

Сущность способа определения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля поясняется чертежами, где

на фиг. 1 - общий вид расчетной области;

на фиг. 2 - схема, отражающая задание колебаний трехмерной электронной модели по углу дрейфа.

Для определения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля формируют его трехмерную электронную модель 1, при этом часть корпуса корабля, расположенную выше ватерлинии отсекают. Вокруг этой трехмерной электронной модели 1 формируют внутреннею вычислительную сетку в виде сферического сегмента 2. Основание сегмента содержит плоскость ватерлинии трехмерной электронной модели 1, а ось симметрии сегмента совпадает с осью вращения трехмерной электронной модели 1. Внутреннюю вычислительную сетку в виде сферического сегмента 2 выполняют с возможностью вращения вместе с трехмерной электронной моделью 1 относительно внешней вычислительной сетки 3. В расчетной области, сформированной внутренней и внешней вычислительными сетками, определяют распределение полей скоростей и давлений потока. Скорость движения жидкости на входной по отношению к потоку границе расчетной области задают равной линейной скорости движения корабля. Вводят систему координат, связанную с кораблем с началом в точке пересечения оси вращения трехмерной электронной модели с плоскостью ватерлинии (точка О). Ось ОХ1 направлена в нос корабля, OY1 - вверх, OZ1 - на правый борт. При этом задают колебания трехмерной электронной модели по углу дрейфа β (колебания относительно оси OY1). В результате расчета определяют нестационарные гидродинамические воздействия на трехмерную электронную модель: компоненты гидродинамической силы Fz1(t) и момента My1(t) в связанной системе координат. Анализируют эти зависимости и определяют значения гидродинамических воздействий при углах дрейфа равных нулю. Затем определяют демпфирующие гидродинамические характеристики корабля:

где , - коэффициенты вращательных производных гидродинамической силы и момента относительно оси OY1;

- компоненты гидродинамической силы и момента при угле дрейфа равном нулю.

Значения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля используют при компьютерном моделировании для прогнозирования движения корабля в условиях сложного маневрирования.

Заявителем были проведены исследования рассматриваемого технического решения «Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля», направленные на повышение безопасности управления кораблем, где в качестве объекта моделирования выбрано транспортное средство, обладающее определенными гидродинамическими характеристиками.

Анализ полученных данных показал, что снижается погрешность в определении диаметра циркуляции корабля при маневрировании, тем самым, уменьшается вероятность навигационных аварий.

Точность управления кораблем увеличивается за счет учета нестационарных гидродинамических воздействий, возникающих при равноускоренных или равнозамедленных угловых колебаниях корабля в потоке, которые не могут быть определены при движении корабля по траектории с постоянным диаметром циркуляции.

Таким образом, технический результат изобретения заключается в повышении безопасности управления кораблем при выполнении им сложного маневрирования, а также в повышении точности управления кораблем.

Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля, включающий определение центра вращения корабля, его угловой скорости, демпфирующих гидродинамических характеристик корабля, отличающийся тем, что формируют трехмерную электронную модель корабля, при этом часть корпуса корабля, расположенную выше ватерлинии, отсекают, вокруг этой трехмерной электронной модели формируют внутреннюю вычислительную сетку в виде сферического сегмента, внутренняя вычислительная сетка в виде сферического сегмента выполнена с возможностью вращения вместе с трехмерной электронной моделью относительно внешней вычислительной сетки, основание сегмента содержит плоскость ватерлинии модели, а ось симметрии сегмента совмещают с осью вращения модели, в расчетной области, занятой внутренней и внешней вычислительными сетками, определяют распределение полей скоростей и давлений потока, скорость движения жидкости на входной по отношению к потоку границе расчетной области задают равной линейной скорости движения корабля, при этом задают колебания трехмерной электронной модели по углу дрейфа β, в результате определяют нестационарные гидродинамические воздействия на трехмерную электронную модель: компоненты гидродинамической силы Fz1(t) и момента Мy1(t) в связанной системе координат, анализируют их и определяют значения гидродинамических воздействий при углах дрейфа, равных нулю, затем определяют демпфирующие гидродинамические характеристики корабля по формулам:

где - коэффициенты вращательных производных гидродинамической силы и момента относительно оси OY1;

- компоненты гидродинамической силы и момента при угле дрейфа, равном нулю, а полученные демпфирующие гидродинамические характеристики используют при выполнении сложного маневра кораблем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам вывода прогнозируемых метеорологических условий в видеотрансляцию. Технический результат заключается в обеспечении возможности корректировать прогнозы для учета известных смещений моделей прогнозирования погоды и выдавать изображения высокого разрешения, согласующиеся с откорректированными прогнозами.

Изобретение относится к средствам генерации модели, имеющей множество композитных слоев. Технический результат заключается в повышении точности генерирования модели.

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и предназначено для моделирования комбинаторных задач при проектировании вычислительных систем. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств.

Изобретение относится к декоративному украшению транспортного средства. Способ включает в себя представление модели автоматизированного проектирования, включающей в себя модель панели и модель декоративного украшения.

Изобретение относится к декоративному украшению транспортного средства. Способ включает в себя представление модели автоматизированного проектирования, включающей в себя модель панели и модель декоративного украшения.

Изобретение относится к области дистанционного измерения высоких температур газов, в частности к способам спектрометрического измерения температуры потока газов и обработки спектральных данных оптических датчиков определения температуры потоков газов и может быть использовано для экспериментальных исследований рабочего процесса силовых установок и для повышения надежности при эксплуатации газовых турбин и газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к области дистанционного измерения высоких температур газов, в частности к способам спектрометрического измерения температуры потока газов и обработки спектральных данных оптических датчиков определения температуры потоков газов и может быть использовано для экспериментальных исследований рабочего процесса силовых установок и для повышения надежности при эксплуатации газовых турбин и газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к способу и системе информационного моделирования бизнес-процессов жизненного цикла производственного объекта. Технический результат заключается в автоматизации информационного моделирования.

Изобретение относится к области моделирования оптимальных графиков работы сотрудников. Технический результат заключается в уменьшении времени определения оптимальных графиков работы сотрудников.

Изобретение относится к железнодорожной автоматике для регулирования движения. Устройство содержит блоки: получения информации о текущем поездном положении, получения нормативного графика движения поездов, прокладки ниток пассажирских поездов и электропоездов, прокладки ниток грузовых поездов, моделирования тяговых режимов поезда, хранения информации по полигону, извлечения информации по полигону из блока хранения, развязки ниток поездов, получения данных об условиях пропуска поездов, получения данных о планируемых «окнах», формирования энергосберегающего графика движения поездов, ручного ввода данных, хранения прогнозного графика, передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов, сопоставления эталонного, прогнозного и исполненного графиков, получения исполненного графика, отображения и регистрации информации, сервер предварительной обработки перегонной информации, нормативно справочной информации по участкам низкого уровня с учетом тяговых расчетов, имитационной модели участка в рельсовых цепях и продвижения поезда по высокоскоростной железнодорожной магистрали, эталонного графика пропуска поезда, нормативно справочной информации по раздельным пунктам, имитационной модели графика движения, эталонного графика прохождения раздельных пунктов магистрали, датчиков прохождения границ рельсовых цепей, датчиков прохождения границ раздельных пунктов, позиционирования поездов, интеллектуального моделирования и управляющих ресурсов, идентификатора фрагментов графика движения поездов, конструктора виртуальных раздельных пунктов, а также модули проверки реализации графика и нормативного графика, сервер предварительной обработки станционной информации.

Изобретение относится к области сбора геофизических данных. Для управления сменой ведущего судна в системе сейсморазведки с несколькими судами, содержащей ведущее судно M и по меньшей мере одно ведомое судно во время по меньшей мере части операции в составе нескольких судов выполняют: этап выбора нового ведущего судна М' из по меньшей мере одного ведомого судна, инициируемый по меньшей мере одним заданным событием, и этап передачи упомянутому по меньшей мере одному ведомому судну по меньшей мере одной части информации, относящейся к смене ведущего судна с ведущего судна М, называемого старым ведущим судном, на новое ведущее судно М'.

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано для обеспечения движения и маневрирования по азимуту и глубине подводных аппаратов, автономных подводных самоходных аппаратов, планеров-глайдеров при океанологических и гидроакустических исследованиях водных акваторий.

Контроль местоположения судна включает получение навигационных параметров, поступающих в блок входной информации, а затем в блок обработки информации, при этом используют нечеткую логику: в созданной матрице каждой ячейке присваивают координаты Х и У, после чего ее подвергают нечеткой кластеризации для выделения участков с повышенной опасностью.

Изобретение относится к судостроению, а именно к судовым движительно-рулевым комплексам. Движительно-рулевой комплекс (ДРК) водоизмещающего судна содержит совокупность взаимодействующих с корпусом судна и установленных в его кормовой части гребного винта и руля, связанных с центральным постом их управления.

Изобретение относится к области автоматического управления движением судов при их динамическом позиционировании при решении задач поиска и обследования подводных объектов, характеризующихся частой сменой точек позиционирования.

Устройство относится к области судостроения, в частности ходовой части водного судна, и может быть использовано для повышения эффективности его ходовых качеств. Устройство ходовой части водного судна содержит основной вал с гребным винтом, и снабжено по крайней мере одним дополнительным валом с гребным винтом на нем, соосно основному валу, причем с переменной и отличающейся от основного вала скоростью вращения.

Изобретение относится к способу управления движущимся судном. Для управления движущимся судном размещают антенны спутниковой навигационной системы в определенных точках судна, определяют непрерывно их координаты, а также поперечные и продольные отклонения от определенной оси, вырабатывают сигналы управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса по определенному закону, формируют вручную или автоматически сигнал на изменение положения начала координатной системы, значения координат которой определяют исходя из заданного положения судна на заданной траектории маневрирования, формируют сигнал на изменение кинематических параметров движения судна с учетом текущих и заданных их значений определенным образом.

Изобретение относится к способу управления движущимся судном. Для управления движущимся судном определяют непрерывно координаты двух максимально удаленных друг от друга точек в пределах контура судна, одна из которых расположена к носу судна, а другая - к его корме, определяют поперечные и продольные отклонения от заданной оси, вырабатывают сигналы управления по определенному закону для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса, меняют положение и ориентацию выбранной координатной системы с учетом особенностей осуществляемого маневрирования судна при выполнении конкретной ключевой судовой операции, прогнозируют возможность выполнения маневра на базе математической модели судна с учетом его динамических свойств, влияния внешних факторов, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса, требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции, принимают решение о дальнейшем управлении движении судна или прекращении маневра.

Изобретение относится к способу управления движением буксирной системы. Для управления движением буксирной системы определяют непрерывно значение координат в определенных точках в пределах контура буксирующего судна, вычисляют поперечные смещения от заданной линии положения диаметральной плоскости, вырабатывают сигнал управления по определенному закону для отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса буксирующего судна, используют определенную координатную систему, меняют ее положение в зависимости от особенностей маневрирования судна для обеспечения вывода и удержания управляемого судна в заданном положении или на заданной траектории движения, формируют два сигнала управления определенным образом в зависимости от положения точек относительно выбранной оси, формируют сигнал управления на автоматическую буксирную лебедку в зависимости от длины буксирного троса.

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано на плавсредствах, как на надводных судах, так и на подводных судах. V-образно спаренный шнековый движитель для плавсредств в варианте надводного судна содержит в кормовой части на транцевой плите расположенные под углом шнеки, управляемые мотор-редукторами скорости и направления вращения шнеков.

Изобретение относится к области судостроения и судоремонта и может быть использовано при оценке технического состояния корпусов судов. Способ ведения измерений в ходе контроля местных остаточных деформаций корпуса судна состоит в том, что с использованием лазерного сканера или лазерного трекера осуществляется построение трехмерной модели поврежденной конструкции судового корпуса.

Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для прогнозирования траекторий движения корабля, выполняющего сложное маневрирование. Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля заключается в том, что формируют его трехмерную электронную модель, при этом часть корпуса корабля, расположенную выше ватерлинии, отсекают. Вокруг трехмерной электронной модели формируют вычислительную сетку в виде сферического сегмента. Основание сегмента содержит плоскость ватерлинии трехмерной электронной модели, а ось симметрии сегмента совпадает с осью вращения трехмерной электронной модели. Вычислительную сетку в виде сферического сегмента выполняют с возможностью вращения вместе с трехмерной электронной моделью относительно внешней вычислительной сетки. В расчетной области, сформированной внутренней и внешней вычислительными сетками, определяют распределение полей скоростей и давлений потока. При этом задают колебания трехмерной электронной модели по углу дрейфа. В результате определяют нестационарные гидродинамические воздействия на трехмерную электронную модель. Затем определяют демпфирующие гидродинамические характеристики корабля. Достигается повышение безопасности управления кораблем при выполнении им сложного маневрирования за счет прогнозирования его движения по заданной траектории с использованием компьютерного моделирования на базе определяемых демпфирующих гидродинамических характеристик, а также повышение точности управления кораблем. 2 ил.

Наверх