RU95156U1

RU95156U1 - SIMULATOR OF INFLUENCE OF SEA EXCESS WITH A TASKED SPECTRUM ON A TEST PLATFORM

Info

Publication number: RU95156U1
Application number: RU2009140243/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Ростиславович Крашенинников; Екатерина Анатольевна Гладких
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2010-06-10

Abstract

Имитатор воздействия морского волнения с заданным спектром на испытательную платформу, содержащий задатчик условий испытаний, выход которого подключен к первым входам датчиков кренящего, дифферентующего моментов и датчика момента рыскания, выходы которых подключены к входам соответствующих энергетических приводов, связанных с испытательной платформой, отличающийся тем, что ко вторым входам датчиков кренящего, дифферентующего моментов и датчика момента рыскания подключен имитатор случайного процесса морского волнения с аппроксимацией заданного спектра, один вход которого через задатчик параметров имитатора подключен к задатчику высоты волны 3%-ной обеспеченности, а другой вход подключен к выходу датчика случайной последовательности стандартных гауссовских величин. A simulator of the impact of sea waves with a given spectrum on the test platform, comprising a test conditions setter, the output of which is connected to the first inputs of the heeling, trimmed moment sensors and the yaw moment sensor, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding energy drives connected to the test platform, characterized in that a simulator of a random process of sea waves from the approximate is connected to the second inputs of the heeling, trimmed moment sensors and the yaw moment sensor iey predetermined range, one input of which via setpoint parameters simulator is connected to the wave height Zadatchik a 3%, and the other input connected to the output of sensor standard Gaussian random variables.

Description

Полезная модель относится к области судостроения или тренажерных средств, в частности, к системам, требующим стабилизации при возмущающих воздействиях морского волнения, например, при проектировании и отладке систем судовой светосигнальной связи, использующих узконаправленные источники света, или для построения специальных тренажеров.The utility model relates to the field of shipbuilding or simulators, in particular, to systems that require stabilization under the disturbing effects of sea waves, for example, when designing and debugging ship lighting systems using narrow beam sources, or to build special simulators.

Наиболее близким устройством такого же назначения является устройство имитации морского волнения (см. патент РФ на изобретение №2269447), содержащее задатчик условий испытаний, выход которого подключен к первым входам датчиков кренящего, дифферентующего моментов и датчику момента рыскания, выходы которых подключены к входам соответствующих энергетических приводов, связанных с испытательной платформой.The closest device for the same purpose is a device simulating sea waves (see RF patent for the invention No. 2269447), containing the test conditions adjuster, the output of which is connected to the first inputs of the heeling, trimmed moment sensors and the yaw moment sensor, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding energy drives associated with the test platform.

К недостаткам работы аналога предлагаемого устройства следует отнести отсутствие учета спектральных особенностей морского волнения, характерных для различной балльности волн, что приводит к искажению общей картины имитации волнового воздействия на испытательную платформу.The disadvantages of the analogue of the proposed device include the lack of consideration of the spectral features of sea waves, characteristic of different wave scores, which leads to a distortion of the overall picture of simulating wave effects on the test platform.

Технический результат - повышение точности имитации воздействия морского волнения на испытательную платформу путем имитации спектральных характеристик волнового воздействия и их последующего учета при формировании моментов, влияющих на испытательную платформу.The technical result is to increase the accuracy of simulating the effects of sea waves on the test platform by simulating the spectral characteristics of the wave action and their subsequent consideration in the formation of the moments affecting the test platform.

Для достижения технического результата в имитатор воздействия морского волнения с заданным спектром на испытательную платформу, содержащий задатчик условий испытаний, выход которого подключен к первым входам датчиков кренящего, дифферентующего моментов и датчика момента рыскания, выходы которых подключены к входам соответствующих энергетических приводов, связанных с испытательной платформой, дополнительно ко вторым входам датчиков кренящего, дифферентующего моментов и датчика момента рыскания подключен имитатор случайного процесса морского волнения с аппроксимацией заданного спектра, один вход которого через задатчик параметров имитатора подключен к задатчику высоты волны 3%-ной обеспеченности, а другой вход подключен к выходу датчика случайной последовательности стандартных гауссовских величин.To achieve a technical result in a simulator of the effects of sea waves with a given spectrum on a test platform, containing a test conditions adjuster, the output of which is connected to the first inputs of the heeling, differentiating moment sensors and the yaw moment sensor, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding energy drives connected to the test platform , in addition to the second inputs of the heeling, trimmed moment sensors and the yaw moment sensor, a random process simulator is connected ca sea wave approximation with a given spectrum, one input of which via setpoint parameters simulator is connected to the wave height Zadatchik a 3%, and the other input connected to the output of sensor standard Gaussian random variables.

Предлагаемое устройство использует расчетные спектры морского волнения, которые могут изменяться в диапазоне известных значений балльности волнения и преобразуются в соответствующие механические воздействия на испытательную платформу.The proposed device uses the calculated spectra of sea waves, which can vary in the range of known values of the severity of the waves and are converted into appropriate mechanical stresses on the test platform.

Сущность полезной модели поясняется фигурами, где фиг.1 - структурная схема имитатора воздействия морского волнения с заданным спектром на испытательную платформу; фиг.2 - графики спектров морского волнения: (1) - рекомендованный экспоненциальный, (2) - рекомендованный дробно-рациональный, (3) - аппроксимированный.The essence of the utility model is illustrated by figures, where figure 1 is a structural diagram of a simulator of the effects of sea waves with a given spectrum on a test platform; figure 2 - graphs of the spectra of sea waves: (1) - the recommended exponential, (2) - the recommended fractional rational, (3) - approximated.

Имитатор воздействия морского волнения с заданным спектром на испытательную платформу содержит задатчик высоты волны 3%-ной обеспеченности - блок 1, выход которого через задатчик параметров имитатора - блок 2 - подключен к одному входу имитатора случайного процесса морского волнения - блок 3, к другому входу которого подключен выход датчика случайной последовательности стандартных гауссовских величин - блок 4; задатчик условий испытаний - блок 5, выход которого подключен к первым входам блоков 6, 7 и 8 при этом выход блока 3 одновременно подключен ко второму входу датчика кренящего момента - блок 6, ко второму входу датчика дифферентующего момента - блок 7 и ко второму входу датчика момента рыскания - блок 8; выходы блоков 6, 7 и 8 соответственно подключены к входу привода кренящего момента - блок 9, к входу привода дифферентующего момента - блок 10 и к входу привода момента рыскания - блок 11, которые оказывают комплексное механическое воздействие, соответствующее заданному спектру морского волнения, размерениям судна и его положению относительно фронта волны на испытательную платформу - блок 12.A simulator of the impact of sea waves with a given spectrum on the test platform contains a wave height adjuster of 3% coverage - block 1, the output of which through the simulator parameters dial - block 2 - is connected to one input of the simulator of random sea waves - block 3, to the other input of which the sensor output of a random sequence of standard Gaussian quantities is connected - block 4; test conditions adjuster - block 5, the output of which is connected to the first inputs of blocks 6, 7 and 8, while the output of block 3 is simultaneously connected to the second input of the heeling moment sensor - block 6, to the second input of the differential moment sensor - block 7 and to the second sensor input yaw moment - block 8; the outputs of blocks 6, 7 and 8 are respectively connected to the input of the drive of the heeling moment - block 9, to the input of the drive of the trim moment - block 10 and to the input of the drive of the yaw moment - block 11, which have a complex mechanical effect corresponding to the specified spectrum of sea waves, the dimensions of the vessel and its position relative to the wave front on the test platform - block 12.

Задатчик высоты волны 3%-ной обеспеченности - блок 1, предназначен для задания параметра волнения - высоты волны, вероятность превышения которой составляет 3% (см. Лукомский Ю.А., Корчанов В.М. Управление морскими подвижными объектами: Учебник. - СПб.: Элмор, 1996. - с.137).The wave height adjuster of 3% coverage - block 1, is designed to set the wave parameter - the wave height, the probability of exceeding which is 3% (see Lukomsky Yu.A., Korchanov V.M. Control of marine moving objects: Textbook. - St. Petersburg .: Elmore, 1996 .-- p. 137).

Задатчик параметров имитатора - блок 2, предназначен для задания параметров математической модели морского волнения, которые обеспечивают аппроксимацию заданного спектра волнения. Блок работает следующим образом: известен так называемый стандартный спектр морского волнения, рекомендованный к использованию 12-ой Международной конференцией опытовых бассейнов (см. фиг.2 кривая (1)). Этот спектр имеет экспоненциальный вид:The simulator parameters setter - block 2, is designed to set the parameters of the mathematical model of sea waves, which provide an approximation of a given wave spectrum. The block works as follows: the so-called standard spectrum of sea waves is known, recommended for use by the 12th International Conference of Experimental Pools (see curve 2 (1)). This spectrum has an exponential form:

где D_r=0,0358 - дисперсия волновой ординаты; =2π/ - средняя частота волнения, с^-1; ≈3,l - средний период волнения; σ_m,=0,71 - частота максимума спектра, с^-1; h_3% - высота волны 3%-й обеспеченности.where D _r = 0,0358 - dispersion of the wave ordinate; = 2π / - average wave frequency, s ^-1 ; ≈3, l - average period of excitement; σ _m , = 0.71 - frequency of the spectrum maximum, s ^-1 ; h _3% - wave height of 3% security.

Кроме того, была рекомендована группа дробно-рациональных спектров, удобных для синтеза соответствующего случайного процесса волнения, однако предложенные международной конференцией опытовых бассейнов дробно-рациональные спектры смещены по отношению к экспоненциальным в область более низких частот (см. фиг.2 кривая (2)). Частотные свойства морских подвижных объектов, на которые могут быть установлены средства стабилизации таковы, что полоса пропускания расположена именно в низкочастотной области. Поэтому применение предложенных спектров морского волнения в дробно-рациональной форме, являющихся в области низких частот менее точными, приводит к существенному искажению уровня возмущающих воздействий (см. Лукомский Ю.А., Корчанов В.М. Управление морскими подвижными объектами: Учебник. - СПб.: Элмор, 1996. - с.141).In addition, a group of fractional rational spectra suitable for the synthesis of the corresponding random wave process was recommended, however, the fractional rational spectra proposed by the international conference of experimental basins are shifted relative to the exponential ones to the region of lower frequencies (see Fig. 2 curve (2)) . The frequency properties of marine moving objects on which stabilization means can be installed are such that the passband is located in the low-frequency region. Therefore, the use of the proposed sea-wave spectra in a fractionally rational form, which are less accurate in the low-frequency region, leads to a significant distortion of the level of disturbing influences (see Lukomsky Yu.A., Korchanov V.M. Control of marine moving objects: Textbook. - St. Petersburg .: Elmore, 1996 .-- p.141).

В предлагаемом устройстве блок 3 содержит фильтр случайного авторегрессионного процесса видаIn the proposed device, block 3 contains a filter of a random autoregressive process of the form

где ξ_n - случайная последовательность стандартных гауссовских величин, задаваемая блоком 4, а ₁, а ₂, b₀, b₁, с, k - набор параметров аппроксимации, задаваемых в блоке 2, подбор которых позволяет синтезировать случайный процесс с дробно-рациональным спектром близким к спектру (1) и, что важно, лишенного указанного недостатка рекомендованных дробно-рациональных спектров, а именно завышения в области низких частот (см. фиг.2 кривая (3)). Кроме того, установлено, что последовательное подключение подобных фильтров позволяет улучшить качество аппроксимации, поэтому появляется еще один параметр s - количество последовательно подключенных фильтров (2) (см. Гладких Е.А., Крашенинников В.Р. Авторегрессионная трехмерная модель для имитации морского волнения с аппроксимацией заданного спектра // Труды 63-ей Научной сессии Российского НТОРЭС им. А.С.Попова, 2008, - с.383). Таким образом, блок 2 предназначен для задания значений параметров a ₁, а ₂, b₀, b₁, с, k и s.where ξ _n is a random sequence of standard Gaussian quantities defined by block 4, and ₁ , a ₂ , b ₀ , b ₁ , s, k is a set of approximation parameters specified in block 2, the selection of which allows us to synthesize a random process with a fractional rational spectrum close to the spectrum (1) and, importantly, devoid of the indicated drawback of the recommended fractional rational spectra, namely, overestimation in the low-frequency region (see Fig. 2 curve (3)). In addition, it was found that the serial connection of such filters allows improving the quality of approximation, therefore, another parameter s appears - the number of series-connected filters (2) (see Gladkikh E.A., Krasheninnikov V.R. with approximation of a given spectrum // Transactions of the 63rd Scientific Session of the Russian NTORES named after A.S.Popov, 2008, - p. 383). Thus, block 2 is designed to set the values of the parameters a ₁ and ₂ , b ₀ , b ₁ , s, k and s.

Имитатор случайного процесса морского волнения - блок 3, предназначен для синтеза случайного процесса, спектр которого близок к заданному стандартному рекомендованному спектру морского волнения.The simulator of a random process of sea waves - block 3, is intended for the synthesis of a random process, the spectrum of which is close to a given standard recommended spectrum of sea waves.

Датчик случайной последовательности стандартных гауссовских величин - блок 4, формирует возмущающую последовательность для синтеза случайного процесса морского волнения.The random sequence sensor of standard Gaussian quantities - block 4, generates a disturbing sequence for the synthesis of a random process of sea waves.

Задатчик условий испытаний - блок 5, задает размерения судна, его скорость и положение относительно фронта волны.The set of test conditions - block 5, sets the dimensions of the vessel, its speed and position relative to the wave front.

Блок 6 - датчик кренящего момента, который определяется в соответствии с известным математическим соотношением, учитывающим имитацию случайного процесса морского волнения (см. Лукомский Ю.А., Корчанов В.М. Управление морскими подвижными объектами: Учебник. -СПб.: Элмор, 1996. - c.l49).Block 6 is a heeling moment sensor, which is determined in accordance with a well-known mathematical relationship that takes into account the simulation of a random process of sea waves (see Lukomsky Yu.A., Korchanov V.M. Control of marine moving objects: Textbook. -SPb .: Elmore, 1996 . - c.l49).

Блок 7, датчик дифферентующего момента, который определяется в соответствии с известным математическим соотношением, учитывающим имитацию случайного процесса морского волнения (см. Лукомский Ю.А., Корчанов В.М. Управление морскими подвижными объектами: Учебник. - СПб.: Элмор, 1996. - c.l49).Block 7, a trim moment sensor, which is determined in accordance with a known mathematical relation that takes into account the simulation of a random process of sea waves (see Lukomsky Yu.A., Korchanov V.M. Control of marine moving objects: Textbook. - St. Petersburg: Elmore, 1996 . - c.l49).

Блок 8, датчик момента рыскания, который определяется в соответствии с известным математическим соотношением, учитывающим имитацию случайного процесса морского волнения (см. Лукомский Ю.А., Корчанов В.М. Управление морскими подвижными объектами: Учебник. - СПб.: Элмор, 1996. - c.l48).Block 8, yaw moment sensor, which is determined in accordance with a known mathematical relation that takes into account the simulation of a random process of sea waves (see Lukomsky Yu.A., Korchanov V.M. Control of marine moving objects: Textbook. - St. Petersburg: Elmore, 1996 . - c.l48).

Блоки 9, 10, 11 предназначены для оказания механического воздействия на испытательную платформу в соответствии с моментами, поступающими комплексно от датчиков 6, 7 и 8.Blocks 9, 10, 11 are designed to provide mechanical impact on the test platform in accordance with the moments coming in from the sensors 6, 7 and 8.

Блок 12, испытательная платформа, предназначенная для закрепления на ней тестируемых устройств, приспособлений или тренажеров.Block 12, a test platform designed to fix tested devices, devices or trainers on it.

Устройство работает следующим образом. В блоке 1 задается высота волны 3%-ной обеспеченности, которая определяет необходимую интенсивность волнения. В зависимости от заданной интенсивности волнения, в блоке 2 задаются параметры имитации случайного процесса морского волнения, обеспечивающие близость спектров имитируемого случайного процесса и спектра процесса морского волнения заданной интенсивности. Параметры, заданные в блоке 2 поступают на один вход блока 3, а на другой вход этого блока поступает случайная последовательность стандартных гауссовских величин, задающаяся в блоке 4. Блок 3 представляет собой процессор, который в соответствии с выражением (2), на основе данных из блоков 2 и 4, вырабатывает случайный процесс, со спектром, близким к рекомендованному стандартному спектру морского волнения заданной интенсивности. В блоке 5 задаются условия испытаний (размерения судна, его скорость и положение относительно фронта волны). Блоки 6, 7 и 8 по данным из блоков 3 и 5 определяют соответственно кренящий, дифферентующий моменты и момент рыскания, которые через соответствующие приводы - блоки 9, 10 и 11 прикладываются к испытательной платформе - блок 12. На испытательной платформе - блок 12 - устанавливаются испытуемые изделия или элементы тренажеров.The device operates as follows. In block 1, the wave height of 3% coverage is set, which determines the necessary intensity of the waves. Depending on the specified wave intensity, in block 2, the simulation parameters of the random sea wave process are set, which ensure the proximity of the spectra of the simulated random process and the spectrum of the sea wave process of a given intensity. The parameters specified in block 2 are fed to one input of block 3, and a random sequence of standard Gaussian quantities, specified in block 4, is received at the other input of this block. Block 3 is a processor, which, in accordance with expression (2), is based on data from blocks 2 and 4, produces a random process, with a spectrum close to the recommended standard spectrum of sea waves of a given intensity. In block 5, the test conditions (dimensions of the vessel, its speed and position relative to the wave front) are set. Blocks 6, 7 and 8, according to the data from blocks 3 and 5, determine respectively the heeling, differentiating moments and the yaw moment, which are applied to the test platform - block 12 through the appropriate drives - blocks 9, 10 and 11 - On the test platform - block 12 - are installed test items or simulator items.

Таким образом, применение аппроксимации заданного спектра в имитаторе воздействия морского волнения повышает качество исследовательского проектирования и отладки устройств без использования опытовых бассейнов, обеспечивает подобие условий при повторении экспериментов, способствует повышению качества получаемых в процессе испытаний данных.Thus, the use of approximation of a given spectrum in a simulator of the effects of sea waves improves the quality of research design and debugging of devices without using experimental pools, provides similar conditions when repeating experiments, and improves the quality of data obtained during testing.

Claims

A simulator of the effects of sea waves with a given spectrum on the test platform, comprising a test conditions adjuster, the output of which is connected to the first inputs of the heeling, trimmed moment and yaw moment sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding energy drives connected to the test platform, characterized in that a simulator of a random process of sea waves from the approximate is connected to the second inputs of the heeling, trimmed moment sensors and the yaw moment sensor iey predetermined range, one input of which via setpoint parameters simulator is connected to the wave height Zadatchik a 3%, and the other input connected to the output of sensor standard Gaussian random variables.