RU2442718C1 - Способ определения гидродинамических параметров математической модели движения судна - Google Patents
Способ определения гидродинамических параметров математической модели движения судна Download PDFInfo
- Publication number
- RU2442718C1 RU2442718C1 RU2010137999/11A RU2010137999A RU2442718C1 RU 2442718 C1 RU2442718 C1 RU 2442718C1 RU 2010137999/11 A RU2010137999/11 A RU 2010137999/11A RU 2010137999 A RU2010137999 A RU 2010137999A RU 2442718 C1 RU2442718 C1 RU 2442718C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vessel
- ship
- mathematical model
- points
- coordinates
- Prior art date
Links
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к судовождению и может быть использовано для прогнозирования движения судна при маневрировании. Используют условно носовую и кормовую точки. Носовая и кормовая точки расположены на диаметральной плоскости судна. Измеряют в реальном масштабе времени координаты носовой и кормовой точек. Измерение координат точек проводят с помощью приемников СНС и с дифференциальными поправками. На основании результатов измерений координат этих точек определяют текущие значения кинематических параметров движения судна: линейных скоростей носовой F (υf) и кормовой A (υa) точек и их продольных (υfx, υax) и поперечных (υfy, υay) составляющих в подвижной системе координат ZX0Y, связанной с судном; абсциссы центра вращения (х0) в подвижной системе координат ZX0Y, связанной с судном; проекции вектора линейной скорости в центре тяжести на поперечную ось 0Y (υy); линейной скорости центра тяжести судна (υ); радиуса кривизны траектории центра тяжести судна (R); угловой скорости судна (ω). Полученные данные используют для вычисления текущих значений гидродинамических параметров математической модели движения судна. На базе математической модели выполняют компьютерное моделирование с целью прогнозирования движения судна при маневрировании. Изобретение позволяет повысить точность прогнозирования движения судна при маневрировании на базе адекватной математической модели его движения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области судовождения и может быть использовано для прогнозирования движения судна при маневрировании.
Известен способ определения параметров математической модели движения судна (пат. РФ №2197016, опубл. 20.09.2002), заключающийся в том, что при малых отклонениях руля измеряют угловую скорость судна и начинают интегрировать ее по времени, измеряют путевой угол, запоминают и для получения значения угла курса суммируют оба сигнала, при угле перекладки руля больше заданной величины измеряют фазовые координаты состояния судна, в качестве которых используют угол перекладки руля, угловую скорость судна, путевой угол и угол дрейфа, который формируют в виде алгебраической суммы путевого угла и угла курса, запоминают их в текущий момент времени, подают на вход электронной модели движения судна, формируют разность измеренной угловой скорости судна с полученным на выходе электронной модели сигналом угловой скорости судна, формируют разность вычисленного сигнала угла дрейфа и сигнала угла дрейфа, полученного на выходе электронной модели движения судна, формируют модули этих разностей и минимизируют их путем изменения первого коэффициента математической модели движения судна в электронной модели движения судна, после минимизации модулей разностей измененное значение первого коэффициента математической модели движения судна фиксируют в электронной модели движения судна, сформированные модули разностей вновь минимизируют, путем изменения второго коэффициента математической модели движения судна, после минимизации модулей разностей измененное значение второго коэффициента математической модели движения судна фиксируют в электронной модели движения судна и повторяют процесс уточнения третьего, четвертого, … последнего коэффициента математической модели движения судна.
Недостатком данного способа является то, что параметры математической модели движения судна определяются не единовременно, а поочередно, что, во-первых, делает недопустимо продолжительным сам процесс определения параметров модели (их количество зависит от степени адекватности математической модели и возрастает с ее ростом, может быть равно 10-15 и более), во вторых, при определении рассматриваемых в данный момент параметров, значения определенных ранее параметров, по ряду причин, могут измениться [1], [2], [3], [4], [5]. Растянутость во времени процедуры определения параметров математической модели движения судна приводит к потере адекватности большей части их значений в заданный момент времени, что приводит в итоге и к неадекватности самой математической модели движения судна, и поэтому она не может быть использована для корректного прогнозирования движения судна при выполнении маневрирования.
Известен способ экспериментального определения коэффициентов математической модели движения судна (пат. РФ №2151713, опубл. 27.06.2000), основанный на использовании измеряемого с помощью приемников спутниковой навигационной системы сигнала бокового сноса, электронной модели, соответствующей полной математической модели движения судна, а также на использовании двухмерного критерия с переменными весовыми коэффициентами, который необходим для подстройки параметров. Однако способ не позволяет достаточно точно определить коэффициенты математической модели движения судна, что связано с получением довольно грубого значения текущего угла дрейфа. Кроме того, способу присущ тот же недостаток, что и для патента №2197016, заключающийся в поочередном, а не в единовременном определении параметров математической модели движения судна. Данный способ экспериментального определения коэффициентов математической модели движения судна наиболее близок к предлагаемому и принят за прототип.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в одновременном определении всех параметров математической модели движения судна в непрерывном режиме и, как следствие, повышении точности прогнозирования движения судна при выполнении им маневрирования с использованием компьютерного моделирования на базе адекватной математической модели движения судна.
Для достижения указанного технического результата в способе определения гидродинамических параметров математической модели движения судна, включающем использование электронной модели движения судна, измерение координат судна с помощью приемников спутниковой навигационной системы (СНС), используют две разнесенные по длине диаметральной плоскости (ДП) судна носовую и кормовую точки, координаты которых используют в качестве координат судна и на их основе определяют текущие значения кинематических параметров движения судна:
- линейных скоростей носовой F (υf) и кормовой А (υа) точек и их продольных (υfx, υax) и поперечных составляющих (υfy, υау) в подвижной системе координат ZX0Y, связанной с судном;
- абсциссы центра вращения (х0) в подвижной системе координат ZX0Y, связанной с судном;
- проекции вектора линейной скорости в центре тяжести (ЦТ) на поперечную ось 0Y (υy);
- линейной скорости центра тяжести судна (υ);
- радиуса кривизны траектории ЦТ судна (R);
- угловой скорости судна (ω);
на основе значений кинематических параметров вычисляют текущие значения гидродинамических параметров математической модели движения судна, на базе последней выполняют компьютерное моделирование движения судна. Кроме того, измерение координат носовой и кормовой точек осуществляют с дифференциальными поправками в реальном масштабе времени, продольные и поперечные составляющие линейных скоростей носовой (υfx, υfy) и кормовой (υax, υау) точек судна в подвижной системе координат ZX0Y, связанной с судном, рассчитывают с учетом воздействия на судно течения в районе маневрирования.
Благодаря наличию этих признаков возможно единовременное определение параметров математической модели движения судна, что позволяет с высокой точностью прогнозировать любой маневр до его выполнения.
Предлагаемый способ определения гидродинамических параметров математической модели движения судна иллюстрируется чертежом, представленным на фигуре.
Способ заключается в следующем. Математическая модель движения судна, используемая для компьютерного моделирования при прогнозировании движения судна в процессе маневрирования, представляет собой систему дифференциальных уравнений, общий вид которых с учетом известных условностей [1], [2], [3], [4], [5] следующий:
где υx, υy - проекции вектора линейной скорости в ЦТ судна на продольную 0Х и поперечную 0Y оси соответственно;
Ψ - курс судна;
X1, Y1 - координаты ЦТ судна в неподвижной системе координат X101Y1;
C1, C2, C3, … - параметры математической модели, численные значения которых определяются в зависимости от геометрических элементов погруженной части корпуса судна, они постоянны при данном состоянии загрузки последнего [3], [4], [5].
В процессе движения судна с помощью СНС с дифференциальными поправками определяют координаты носовой (x1f, y1f) и кормовой (x1а, y1а) точек судна в неподвижной системе координат X101Y1 и рассчитывают продольные и поперечные составляющие линейных скоростей носовой (υfx1, υfy1) и кормовой (υax1, υay1) точек с использованием известных зависимостей:
Далее рассчитывают продольные и поперечные составляющие линейных скоростей носовой (υfx, υfy) и кормовой (υax, υay) точек судна в подвижной системе координат ZX0Y, связанной с судном, с учетом воздействия на судно течения в районе маневрирования:
где υst - скорость течения;
qst - направление течения.
Очевидно, что продольная составляющая линейной скорости судна в любой заданной точке, расположенной на ДП, будет иметь одно значение, следовательно, можно считать, что
Используя значения абсциссы носовой точки в подвижной системе координат ZX0Y (xf) и абсциссы кормовой точки в той же системе координат (xа), а также поперечные составляющие линейных скоростей в носовой (υfy) и кормовой (υау) точках, определенных с использованием зависимостей (3), рассчитываем абсциссу центра вращения судна (фиг.) x0 [3], [4], [5] по формуле:
Поперечная составляющая линейной скорости в ЦТ судна определяется по формуле, полученной из фиг., а именно:
Определяем значение линейной скорости в ЦТ судна, используя зависимость
и радиус кривизны траектории ЦТ судна по формуле
Известные значения радиуса R и скорости υ позволяют рассчитать угловую скорость судна, т.е.
Значения коэффициентов C1, C2, C3, … рассчитывают только при изменении состояния загрузки судна [1], [2], [3], [5]. Так как состояние загрузки судна в процессе маневрирования не меняется, значения C1, C2, C3, … принимаются постоянными, рассчитанными на момент последнего изменения состояния загрузки судна.
Таким образом, определяют все гидродинамические параметры математической модели движения судна, входящие в правые части дифференциальных уравнений (1). Вычислив правые части уравнений (1), можно в любой заданный момент времени рассчитать значения параметров, характеризующих движение судна при выполнении маневрирования, а именно υх, υy, ω, ψ, x1, x2, что позволяет прогнозировать любой маневр до его выполнения с использованием методов компьютерного моделирования.
Литература
1. Басин A.M. Ходкость и управляемость судов / A.M.Басин. - М.: Транспорт, 1967. - 255 с.
2. Васильев А.В. Управляемость судов: учеб. пособие / А.В.Васильев. - Л.: Судостроение, 1989. - 328 с.
3. Гофман А.Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна: справочник / А.Д.Гофман. - Л.: Судостроение, 1988. - 360 с.
4. Соболев Г.В. Управляемость корабля и автоматизация судовождения / Г.В.Соболев. - Л.: Судостроение, 1976. - 478 с.
5. Справочник по теории корабля. В 3 т. Т.3: Управляемость водоизмещающих судов. Гидродинамика судов с динамическими принципами поддержания / под ред. Я.И.Войткунского. - Л.: Судостроение, 1985. - 544 с.
Claims (3)
1. Способ определения гидродинамических параметров математической модели движения судна, включающий использование электронной модели движения судна, измерение координат судна с помощью приемников спутниковой навигационной системы (СНС), отличающийся тем, что используют две разнесенные по длине диаметральной плоскости (ДП) судна носовую и кормовую точки, координаты которых используют в качестве координат судна, на основе которых определяют текущие значения кинематических параметров движения судна:
- линейных скоростей носовой F (υf) и кормовой А (υа) точек и их продольных (υfx, υах) и поперечных (υfy, υay) составляющих в подвижной системе координат ZX0Y, связанной с судном;
- абсциссы центра вращения (х0) в подвижной системе координат ZX0Y, связанной с судном;
- проекции вектора линейной скорости в центре тяжести на поперечную ось 0Y (υу);
- линейной скорости центра тяжести судна (υ);
- радиуса кривизны траектории ЦТ судна (R);
- угловой скорости судна (ω);
на основе значений кинематических параметров вычисляют текущие значения гидродинамических параметров математической модели движения судна, на базе последней выполняют компьютерное моделирование движения судна.
- линейных скоростей носовой F (υf) и кормовой А (υа) точек и их продольных (υfx, υах) и поперечных (υfy, υay) составляющих в подвижной системе координат ZX0Y, связанной с судном;
- абсциссы центра вращения (х0) в подвижной системе координат ZX0Y, связанной с судном;
- проекции вектора линейной скорости в центре тяжести на поперечную ось 0Y (υу);
- линейной скорости центра тяжести судна (υ);
- радиуса кривизны траектории ЦТ судна (R);
- угловой скорости судна (ω);
на основе значений кинематических параметров вычисляют текущие значения гидродинамических параметров математической модели движения судна, на базе последней выполняют компьютерное моделирование движения судна.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение координат носовой и кормовой точек осуществляют с дифференциальными поправками в реальном масштабе времени.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что продольные и поперечные составляющие линейных скоростей носовой (υfx, υax) и кормовой (υax, υay) точек судна в подвижной системе координат ZX0Y, связанной с судном, рассчитывают с учетом воздействия на судно течения в районе маневрирования.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010137999/11A RU2442718C1 (ru) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | Способ определения гидродинамических параметров математической модели движения судна |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010137999/11A RU2442718C1 (ru) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | Способ определения гидродинамических параметров математической модели движения судна |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2442718C1 true RU2442718C1 (ru) | 2012-02-20 |
Family
ID=45854584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010137999/11A RU2442718C1 (ru) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | Способ определения гидродинамических параметров математической модели движения судна |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2442718C1 (ru) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2493048C1 (ru) * | 2012-04-10 | 2013-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") | Способ определения гидродинамических параметров математической модели судна |
RU2507110C2 (ru) * | 2012-04-27 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") | Способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента |
RU2509032C1 (ru) * | 2012-09-25 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") | Способ определения поперечной гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при выполнении сложного маневрирования |
RU2550236C1 (ru) * | 2014-02-18 | 2015-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" | Способ задания траектории и режимов движения судна |
RU2596202C1 (ru) * | 2015-04-16 | 2016-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" | Способ управления программными движениями судна по траектории |
CN109781095A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-05-21 | 北京理工大学 | 一种基于压力分布预测水下航行体运动轨迹的方法 |
RU2690305C1 (ru) * | 2018-09-13 | 2019-05-31 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля |
RU2731817C1 (ru) * | 2020-02-26 | 2020-09-08 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" | Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик подводного объекта |
RU2746472C1 (ru) * | 2020-07-27 | 2021-04-14 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" | Способ определения позиционных гидродинамических характеристик корабля |
RU2752725C1 (ru) * | 2020-11-12 | 2021-07-30 | Акционерное общество "Ситроникс КТ" | Система прогнозирования безопасного расхождения судов |
CN117725861A (zh) * | 2024-02-18 | 2024-03-19 | 交通运输部水运科学研究所 | 一种超大弯曲河道航线船舶通航模拟方法及系统 |
-
2010
- 2010-09-13 RU RU2010137999/11A patent/RU2442718C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2493048C1 (ru) * | 2012-04-10 | 2013-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") | Способ определения гидродинамических параметров математической модели судна |
RU2507110C2 (ru) * | 2012-04-27 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") | Способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента |
RU2509032C1 (ru) * | 2012-09-25 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") | Способ определения поперечной гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при выполнении сложного маневрирования |
RU2550236C1 (ru) * | 2014-02-18 | 2015-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" | Способ задания траектории и режимов движения судна |
RU2596202C1 (ru) * | 2015-04-16 | 2016-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" | Способ управления программными движениями судна по траектории |
RU2690305C1 (ru) * | 2018-09-13 | 2019-05-31 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик корабля |
CN109781095A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-05-21 | 北京理工大学 | 一种基于压力分布预测水下航行体运动轨迹的方法 |
CN109781095B (zh) * | 2019-01-25 | 2020-10-27 | 北京理工大学 | 一种基于压力分布预测水下航行体运动轨迹的方法 |
RU2731817C1 (ru) * | 2020-02-26 | 2020-09-08 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" | Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик подводного объекта |
RU2746472C1 (ru) * | 2020-07-27 | 2021-04-14 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" | Способ определения позиционных гидродинамических характеристик корабля |
RU2752725C1 (ru) * | 2020-11-12 | 2021-07-30 | Акционерное общество "Ситроникс КТ" | Система прогнозирования безопасного расхождения судов |
CN117725861A (zh) * | 2024-02-18 | 2024-03-19 | 交通运输部水运科学研究所 | 一种超大弯曲河道航线船舶通航模拟方法及系统 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2442718C1 (ru) | Способ определения гидродинамических параметров математической модели движения судна | |
CN108846207B (zh) | 一种基于非线性模型辨识的船舶运动预报装置及其预报方法 | |
Yasukawa et al. | Evaluations of wave-induced steady forces and turning motion of a full hull ship in waves | |
US20190155310A1 (en) | Route setting method for underwater vehicle, underwater vehicle optimum control method using same, and underwater vehicle | |
CN106643723B (zh) | 一种无人艇安全航行船位推算方法 | |
Yasukawa et al. | Validation of 6-DOF motion simulations for ship turning in regular waves | |
JP5956233B2 (ja) | 航路保持制御装置及び船舶 | |
CN111611650B (zh) | 水动力导数的确定方法、计算机可读存储介质和设备 | |
CN102411657A (zh) | 自由航行状态下耙吸挖泥船动力定位的滤波器设计方法 | |
Seo | Safer and more efficient ship handling with the pivot point concept | |
JP2020060886A (ja) | 避航支援装置 | |
RU2493048C1 (ru) | Способ определения гидродинамических параметров математической модели судна | |
Chun-Ki et al. | Study on the M anoeuvring Prediction of a Fishing Vessel | |
RU2501064C2 (ru) | Способ управления траекторией движения судна | |
RU2223197C1 (ru) | Аппаратура автоматического управления движением судна | |
RU2507110C2 (ru) | Способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента | |
RU2016123628A (ru) | Способ высокоточного определения навигационных элементов движения судна | |
Yasukawa et al. | Effects of wave direction on ship turning in regular waves | |
RU2509030C1 (ru) | Способ управления движущимся судном | |
Gong et al. | Maneuvering simulation and study on the effect of hull attitude on maneuverability of trimarans by OpenFOAM | |
Kang et al. | Installing single-propeller twin-rudder system with less asymmetric maneuvering motions | |
Gug et al. | Analysis of manoeuvring characteristics through sea trials and simulations | |
Lataire et al. | Systematic techniques for fairway evaluation based on ship manoeuvring simulations | |
RU2746488C1 (ru) | Способ определения позиционных гидродинамических характеристик подводного объекта | |
RU2263606C1 (ru) | Способ управления движущимся объектом |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120914 |