RU2509032C1 - Method for determination of crosswise hydrodynamic force and its moment in ship complex maneuvering - Google Patents

Method for determination of crosswise hydrodynamic force and its moment in ship complex maneuvering Download PDF

Info

Publication number
RU2509032C1
RU2509032C1 RU2012140999/11A RU2012140999A RU2509032C1 RU 2509032 C1 RU2509032 C1 RU 2509032C1 RU 2012140999/11 A RU2012140999/11 A RU 2012140999/11A RU 2012140999 A RU2012140999 A RU 2012140999A RU 2509032 C1 RU2509032 C1 RU 2509032C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vessel
ship
hydrodynamic force
complex maneuvering
hydrodynamic
Prior art date
Application number
RU2012140999/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Иванович Юдин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ")
Priority to RU2012140999/11A priority Critical patent/RU2509032C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2509032C1 publication Critical patent/RU2509032C1/en

Links

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: invention relates to control over ship course in complex maneuvering at mooring, dynamic position or drifting. Proposed method consists in that prior to performing complex maneuvering, ship rotates under effects of active control means, for example, lateral thrusting propeller. Note here that ship angular ω and spinning moment Mpr produced by lateral thrusting propeller are calculated. Angular speed ω and spinning moment Mpr are used to define hydrodynamic factor c2 and transverse component of hydrodynamic force Yβ, formed at ship hull in its motion with the help of log and formula: Yβ=C0,5ρυ2Fdp, here C≅c2, ρ is water bulk density; υ is ship linear speed; Fdp is reduced area of centerline buttock.
EFFECT: higher efficiency and safety of complex maneuvering.

Description

Изобретение относится к управлению траекторией движения судна, выполняющего сложное маневрирование при швартовке или динамическом позиционировании.The invention relates to controlling the trajectory of a vessel performing complex maneuvering during mooring or dynamic positioning.

Цель изобретения - совершенствование управления судном, выполняющим сложное маневрирование.The purpose of the invention is the improvement of control of a vessel performing complex maneuvering.

Совершенствование управления судном, выполняющим сложное маневрирование, достигается путем прогнозирования его движения методом компьютерного моделирования с использованием математической модели судна.Improving the management of a vessel performing complex maneuvering is achieved by predicting its movement by computer simulation using a mathematical model of the vessel.

Эффективность и безопасность выполнения сложного маневрирования зависят от наличия необходимой информации, позволяющей адекватно оценить характер поведения судна при воздействии на него внутренних или внешних управляющих воздействий. В качестве управляющих воздействий в данном случае рассматриваются воздействия в виде сил и моментов, образуемых в результате работы движительно-рулевого комплекса судна или движительно-рулевых комплексов вспомогательных (внешних) средств управления, например буксиров.The effectiveness and safety of performing complex maneuvers depend on the availability of the necessary information to adequately assess the nature of the behavior of the vessel when it is exposed to internal or external control actions. In this case, the actions in the form of forces and moments generated as a result of the propulsion and steering complex of the vessel or propulsion and steering complexes of auxiliary (external) controls, for example tugs, are considered as control actions.

Прогнозировать поведение судна при выполнении сложного маневрирования в результате управляющих воздействий невозможно без определения гидродинамических параметров его математической модели, в частности значения поперечной гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении.It is impossible to predict the behavior of a vessel when performing complex maneuvering as a result of control actions without determining the hydrodynamic parameters of its mathematical model, in particular, the value of the transverse hydrodynamic force generated on the ship's hull during its movement.

Ввиду отсутствия соответствующих технических средств измерения гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении, представляется возможным ее определение расчетно-экспериментальным способом.Due to the lack of appropriate technical means of measuring the hydrodynamic force generated on the hull of the vessel during its movement, it seems possible to determine it by calculation and experimental method.

Известен способ определения гидродинамических параметров математической модели судна (Пат. №2442718, опубл. 20.02.2012).A known method of determining the hydrodynamic parameters of the mathematical model of the vessel (Pat. No. 2442718, publ. 02.20.2012).

Способ основан на измерении с помощью приемников спутниковой навигационной системы с дифференциальными поправками в реальном масштабе времени координат двух определенным образом разнесенных в диаметральной плоскости по длине судна точек, условно названных носовой и кормовой, и определении с использованием результатов измерений текущих координат этих точек, текущих значений, кинематических параметров движения судна:The method is based on the measurement using the receivers of a satellite navigation system with differential corrections in real time of the coordinates of two points spaced apart in the diametrical plane along the length of the vessel, conventionally called bow and stern, and determining, using the measurement results of the current coordinates of these points, current values, kinematic parameters of the vessel:

- линейных скоростей носовой F (υf) и кормовой A (υа) точек и их проекций на продольную Х (υxf, υха) и поперечную Y (υyf, υya) координатные оси, координатной системы ZXOY, связанной с судном (см. фиг.1);- linear speeds of the bow F (υ f ) and stern A (υ а ) points and their projections onto the longitudinal X (υ xf , υ ха ) and transverse Y (υ yf , υ ya ) coordinate axes of the ZXOY coordinate system associated with the vessel (see figure 1);

- абсциссы центра вращения (х0) в координатной системе ZXOY;- abscissas of the center of rotation (x 0 ) in the ZXOY coordinate system;

- проекции вектора линейной скорости в центре тяжести на поперечную ось Y (υy);- projections of the linear velocity vector at the center of gravity on the transverse axis Y (υ y );

- линейной скорости центра тяжести судна (υ);- linear velocity of the center of gravity of the vessel (υ);

- радиуса кривизны траектории центра тяжести судна (R);- radius of curvature of the trajectory of the center of gravity of the vessel (R);

- угловой скорости судна (ω);- angular velocity of the vessel (ω);

которые используют для вычисления текущих значений гидродинамических параметров математической модели судна, на базе которой выполняют компьютерное моделирование с целью прогнозирования движения судна при маневрировании.which are used to calculate the current values of the hydrodynamic parameters of the mathematical model of the vessel, on the basis of which computer simulation is performed to predict the movement of the vessel during maneuvering.

Однако бывают такие виды маневрирования, когда для прогнозирования движения судна нет необходимости определять все гидродинамические параметры его математической модели, как выше указано (Пат. №2442718), достаточно определить только значение поперечной составляющей гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении. К указанным видам маневрирования следует отнести швартовные операции, динамическое позиционирование, дрейф судна. Отличительной особенностью таких маневров является то, что, дрейфуя, выполняя швартовную операцию, позиционируя, судно движется лагом, значения углов дрейфа при этом находятся в диапазоне 90±20° [2], [3], [5]. Это позволяет рассчитывать значение поперечной составляющей гидродинамической силы, образующейся при движении судна с использованием значения только одного гидродинамического параметра математической модели судна.However, there are such types of maneuvering when it is not necessary to determine all the hydrodynamic parameters of its mathematical model to predict the movement of the vessel, as indicated above (Pat. No. 2442718), it is sufficient to determine only the value of the transverse component of the hydrodynamic force generated on the ship's hull during its movement. These types of maneuvering include mooring operations, dynamic positioning, and ship drift. A distinctive feature of such maneuvers is that, drifting, performing a mooring operation, positioning, the vessel moves with a lag, while the values of the drift angles are in the range of 90 ± 20 ° [2], [3], [5]. This allows you to calculate the value of the transverse component of the hydrodynamic force generated during the movement of the vessel using the value of only one hydrodynamic parameter of the mathematical model of the vessel.

Задачей предлагаемого способа является существенное уменьшение количества параметров математической модели, используемых для прогнозирования движения судна в процессе маневрирования, и, как следствие, уменьшение вероятности ошибки прогноза и повышение уровня его надежности и качества.The objective of the proposed method is to significantly reduce the number of parameters of the mathematical model used to predict the movement of the vessel in the process of maneuvering, and, as a result, reduce the probability of forecast errors and increase the level of its reliability and quality.

Способ заключается в следующем. Значение поперечной составляющей гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении, определяется зависимостью:The method is as follows. The value of the transverse component of the hydrodynamic force generated on the hull of the vessel during its movement is determined by the dependence:

Y β = C y β 0,5 ρ υ 2 F d p ,                                              ( 1 )

Figure 00000001
Y β = C y β 0.5 ρ υ 2 F d p , ( one )
Figure 00000001

где С - коэффициент поперечной составляющей гидродинамической силы;where C is the coefficient of the transverse component of the hydrodynamic force;

ρ - массовая плотность воды;ρ is the mass density of water;

υ - линейная скорость судна;υ is the linear speed of the vessel;

Fdp - приведенная площадь диаметрального батокса судна.F dp - the reduced area of the diametrical buttocks of the vessel.

Коэффициент поперечной составляющей гидродинамической силы рассчитывается по формуле:The coefficient of the transverse component of the hydrodynamic force is calculated by the formula:

C y β = 0,5 c 1 sin 2 β cos β + c 2 sin β | sin β | + c 3 sin 4 2 β s i g n β ,                        ( 2 )

Figure 00000002
C y β = 0.5 c one sin 2 β cos β + c 2 sin β | | | sin β | | | + c 3 sin four 2 β s i g n β , ( 2 )
Figure 00000002

здесь c1, c2, c3 - гидродинамические коэффициенты, определяемые расчетным способом с использованием известных расчетных зависимостей [4], при этом численное значение коэффициента c2 на порядок выше значений коэффициентов c1, c3; β - угол дрейфа.here c 1 , c 2 , c 3 are the hydrodynamic coefficients determined by the calculation method using the known calculated dependences [4], while the numerical value of the coefficient c 2 is an order of magnitude higher than the values of the coefficients c 1 , c 3 ; β is the drift angle.

Из выражения (2) следует, что при углах дрейфа, близких к 90°, оно может быть заменено зависимостьюIt follows from expression (2) that, at drift angles close to 90 °, it can be replaced by the dependence

C y β c 2 .                                                                ( 3 )

Figure 00000003
C y β c 2 . ( 3 )
Figure 00000003

Разность в значениях коэффициента C при расчете по формулам (3) и (2), в диапазоне углов дрейфа 90±20°, составляет не более 10%, что удовлетворяет требованиям к точности определения усилий, образующихся на корпусе судна при его движении [2].The difference in the values of the coefficient C when calculated by formulas (3) and (2), in the range of drift angles 90 ± 20 °, is no more than 10%, which meets the requirements for the accuracy of determining the forces generated on the hull of a vessel during its movement [2 ].

Для определения значения поперечной составляющей гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении, можно использовать зависимость (3), неизвестным гидродинамическим параметром в которой является только коэффициент c2.To determine the value of the transverse component of the hydrodynamic force generated on the hull of the vessel during its movement, one can use dependence (3), the unknown hydrodynamic parameter in which is only the coefficient c 2 .

Для определения значения коэффициента c2 необходимо выполнить вращение корпуса судна под воздействием средств активного управления, например подруливающего устройства.To determine the value of the coefficient c 2, it is necessary to rotate the hull under the influence of active controls, such as a bow thruster.

Таким образом, процедура определения значения поперечной составляющей гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении лагом, заключается в следующем. Перед выполнением сложного маневрирования судно выполняет вращение под воздействием средств активного управления, например подруливающего устройства, при этом измеряют величину угловой скорости судна ω и рассчитывают вращающий момент, образуемый подруливающим устройствомThus, the procedure for determining the value of the transverse component of the hydrodynamic force generated on the hull of the vessel during its movement by the lag is as follows. Before performing complex maneuvering, the vessel rotates under the influence of active controls, such as a thruster, and the angular velocity ω of the vessel is measured and the torque generated by the thruster is calculated

M p r = T e p r × x p r ,                                       ( 4 )

Figure 00000004
M p r = T e p r × x p r , ( four )
Figure 00000004

где Tepr - тяга подруливающего устройства; xpr - абсцисса канала подруливающего устройства.where T epr is the thrust of the thruster; x pr is the abscissa of the thruster channel.

Используя значения угловой скорости ω и вращающего момента Mpr в соответствии с формулой, представленной в работе [3], рассчитываем значение коэффициента c2 Using the values of the angular velocity ω and torque M pr in accordance with the formula presented in [3], we calculate the value of the coefficient c 2

c 2 = 29,645 M p r / ( ω 2 L 4 ρ d ) ,                                         ( 5 )

Figure 00000005
c 2 = 29,645 M p r / ( ω 2 L four ρ d ) , ( 5 )
Figure 00000005

где L - длина судна; d - средняя осадка судна.where L is the length of the vessel; d is the average draft of the vessel.

На основании зависимостей (3), (1) находим величину поперечной составляющей гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при его движении лагом.Based on dependencies (3), (1), we find the magnitude of the transverse component of the hydrodynamic force generated on the hull of the vessel when it moves with a lag.

ЛитератураLiterature

1. Басин, A.M. Ходкость и управляемость судов. / A.M.Басин. - М.: Транспорт, 1967. - 255 с.1. Bassin, A.M. Speed and controllability of ships. / A.M. Basin. - M.: Transport, 1967. - 255 p.

2. Мастушкин, Ю.М. Средства активного управления промысловыми судами. / Ю.М.Мастушкин, Е.М.Шестерненко. - М.: Агропромиздат, 1985. - 128 с.2. Mastushkin, Yu.M. Means of active management of fishing vessels. / Yu.M. Mastushkin, E.M.Shesternenko. - M .: Agropromizdat, 1985 .-- 128 p.

3. Соболев, Г.В. Управляемость корабля и автоматизация судовождения. / Г.В.Соболев. - Л.: Судостроение, 1976. - 478 с.3. Sobolev, G.V. Controllability of the ship and automation of navigation. / G.V.Sobolev. - L .: Shipbuilding, 1976 .-- 478 p.

4. 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.: ил.4. Reference on the theory of the ship: In 3 vols. T.3. Manageability of displacement vessels. Hydrodynamics of vessels with dynamic principles of maintenance. / ed. J.I. Voytkunsky. - L .: Shipbuilding, 1985 .-- 544 p.: Ill.

5. Юдин, Ю.И. Теоретические основы безопасных способов маневрирования при выполнении точечной швартовки. / Ю.И.Юдин, С.В.Пашенцев, Г.И.Мартюк, А.Ю.Юдин. - Мурманск: Изд-во МГТУ, 2009. - 152 с.5. Yudin, Yu.I. The theoretical basis of safe maneuvering when performing point mooring. / Yu.I. Yudin, S.V. Pashentsev, G.I. Martyuk, A.Yu. Yudin. - Murmansk: Publishing House of MSTU, 2009. - 152 p.

Claims (1)

Способ определения поперечной гидродинамической силы, образующейся на корпусе судна при выполнении сложного маневрирования, характеризующийся тем, что перед выполнением сложного маневрирования судно выполняет вращение под воздействием средств активного управления, например подруливающего устройства, при этом измеряют величину угловой скорости судна ω и рассчитывают вращающий момент Mpr, образуемый подруливающим устройством:
Mpr=Tepr×xpr,
где Tepr - тяга подруливающего устройства; xpr - абсцисса канала подруливающего устройства,
используя значения угловой скорости ω и вращающего момента Mpr определяют значение гидродинамического коэффициента:
c2=29,645Mpr/(ω2L4pd),
где L - длина судна; d - средняя осадка судна,
затем находят величину поперечной составляющей гидродинамической силы Y β, образующейся на корпусе судна при его движении лагом:
Yβ=C0,5ρυ2Fdp,
где C - коэффициент поперечной составляющей гидродинамической силы и C≅c2; ρ - массовая плотность воды; υ - линейная скорость судна; Fdp - приведенная площадь диаметрального батокса судна.
A method for determining the transverse hydrodynamic force generated on the hull of a vessel during complex maneuvering, characterized in that before performing complex maneuvering, the vessel rotates under the influence of active control means, for example, a thruster, and the angular velocity of the vessel ω is measured and torque is calculated Mprformed by the thruster:
Mpr= Tepr× xpr,
where Tepr - thruster thrust; xpr - thruster abscissa
using values of angular velocity ω and torque Mpr determine the value of the hydrodynamic coefficient:
c2= 29.645Mpr/ (ω2Lfourpd)
where L is the length of the vessel; d is the average draft of the vessel,
then find the magnitude of the transverse component of the hydrodynamic forceY βformed on the hull of the vessel when it moves with a lag:
Yβ= C0,5ρυ2Fdp,
where c is the coefficient of the transverse component of the hydrodynamic force and C≅c2; ρ is the mass density of water; υ is the linear speed of the vessel; Fdp - the reduced area of the diametrical buttocks of the vessel.
RU2012140999/11A 2012-09-25 2012-09-25 Method for determination of crosswise hydrodynamic force and its moment in ship complex maneuvering RU2509032C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012140999/11A RU2509032C1 (en) 2012-09-25 2012-09-25 Method for determination of crosswise hydrodynamic force and its moment in ship complex maneuvering

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012140999/11A RU2509032C1 (en) 2012-09-25 2012-09-25 Method for determination of crosswise hydrodynamic force and its moment in ship complex maneuvering

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2509032C1 true RU2509032C1 (en) 2014-03-10

Family

ID=50192088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012140999/11A RU2509032C1 (en) 2012-09-25 2012-09-25 Method for determination of crosswise hydrodynamic force and its moment in ship complex maneuvering

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2509032C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2248546A1 (en) * 1973-10-18 1975-05-16 British Petroleum Co
GB1492654A (en) * 1974-04-06 1977-11-23 Voith Gmbh J M Method of and apparatus for the dynamic positioning of a floating body
CN101707015A (en) * 2009-11-16 2010-05-12 大连海事大学 Motion mathematical model of cycloidal propeller driven ship for marine simulator
RU2442718C1 (en) * 2010-09-13 2012-02-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГОУВПО "МГТУ") Determination method for dynamic parameters of marine movement mathematical model

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2248546A1 (en) * 1973-10-18 1975-05-16 British Petroleum Co
GB1492654A (en) * 1974-04-06 1977-11-23 Voith Gmbh J M Method of and apparatus for the dynamic positioning of a floating body
CN101707015A (en) * 2009-11-16 2010-05-12 大连海事大学 Motion mathematical model of cycloidal propeller driven ship for marine simulator
RU2442718C1 (en) * 2010-09-13 2012-02-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГОУВПО "МГТУ") Determination method for dynamic parameters of marine movement mathematical model

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2442718C1 (en) Determination method for dynamic parameters of marine movement mathematical model
Obreja et al. Identification of hydrodynamic coefficients for manoeuvring simulation model of a fishing vessel
Sanada et al. ONR Tumblehome course keeping and maneuvering in calm water and waves
Maimun et al. Manoeuvring prediction of pusher barge in deep and shallow water
Seo Safer and more efficient ship handling with the pivot point concept
RU2501708C1 (en) Automatic piloting
RU2493048C1 (en) Method of defining ship mathematical model hydrodynamic parameters
RU2509032C1 (en) Method for determination of crosswise hydrodynamic force and its moment in ship complex maneuvering
RU2507110C2 (en) Method of determination of damping component of normal hydrodynamic force and moment
Miller Interaction forces between two ships during underway replenishment
Richter et al. Analysis of full ship types in high-blockage lock configurations
Yasukawa et al. Effects of wave direction on ship turning in regular waves
Kang et al. Installing single-propeller twin-rudder system with less asymmetric maneuvering motions
RU2501064C2 (en) Method of controlling ship trajectory
Lataire et al. Systematic techniques for fairway evaluation based on ship manoeuvring simulations
Artyszuk Pivot point in ship manoeuvring
Gug et al. Analysis of manoeuvring characteristics through sea trials and simulations
McTaggart Rapid Simulation of Ship Motions during Maneuvering in Operational Wave Conditions
Eloot et al. A methodology for evaluating the controllability of a ship navigating in a restricted channel
RU2421368C2 (en) Method of determining safe speeds of high-speed ship in shallow waters
Paulauskas et al. Ship mooring to jetties under the crosscurrent
Górnicz et al. Application of CFD methods for the assessment of ship manoeuvrability in shallow water
RU2774459C1 (en) Method for identifying parameters of mathematical model of dynamics of marine mobile object in natural conditions
RU2403169C1 (en) Device for ship automatic approach to berth
RU2500572C2 (en) Method for determination of crosswise hydrodynamic force and its moment in ship complex maneuvering

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140926