Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор и анализ существующих подходов к математическому моделированию движения судна 8
1.1. Общий вид математической модели управляемой системы 8
1.2. Специфика задачи моделирования движения судна 11
1.3. Общая структура системы уравнений движения судна 20
1.4. Зависимости для гидродинамических сил на корпусе судна. Линейные и нелинейные модели 25
1.5. Другие силы и моменты в существующих математических моделях движения судна 30
1.6. Выявленные недостатки существующих моделей 32
Глава 2. Построение обобщенной математической модели движения судна 41
2.1. Принципы построения обобщенной модели 41
2.2. Система уравнений обобщешюй математической модели движения судна
2.3. Учет задержек срабатывания средств управления в обобщенной модели 61
2.4. Входные и выходные данные модели. Начальные условия при решении прямой задачи моделирования 63
2.5. Моделирование авторулевого 69
Глава 3. Вычислительные эксперименты и анализ их результатов 72
3.1. Выбор численного метода 72
3.2. Стандартные маневры и их выходные характеристики 76
3.3. Методика анализа результатов вычислительных и натурных экспериментов
3.4. Отклонения выходных данных неоткалиброванной модели от экспериментальных данных 88
3.5. Калибровка модели и ее результаты 100
3.6. Коридор допустимых значений выходных характеристик, обусловленный погрешностями экспериментов 115
3.7. Контрольные вычислительные эксперименты и их результаты 138
Глава 4. Разработка программного комплекса Ship Simulator 1.02 для компьютерного моделирования движения судна 148
4.1. Общая характеристика программного комплекса 148
4.2. Выбор среды разработки 149
4.3. Структурная схема программного комплекса 149
4.4. Программная реализация 153
4.5. Состав действующего программного продукта 153
4.6. Пользовательский интерфейс программы 155
4.7. Управление режимами работы программы 158
4.8. Редактирование моделей судов и карт 160
4.9. Модуль регистрации и переопределения параметров 164
Заключение 168
Литература 171
Приложение 1. Система обозначений для параметров движения судна 176
Приложение 2. Акт о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы 200
- Специфика задачи моделирования движения судна
- Система уравнений обобщешюй математической модели движения судна
- Стандартные маневры и их выходные характеристики
- Структурная схема программного комплекса
Введение к работе
Математическое и компьютерное моделирование управляемых объектов, функционирующих при наличии возмущающих воздействий внешней среды, в частности, моделирование движения морского или речного судна, представляет собой весьма актуальную научно-практическую задачу. Решение достаточно большого количества задач, связанных с безопасностью судовождения, требует проведения сложных экспериментов, выполнение которых в натурных условиях порой невозможно или экономически нецелесообразно. В настоящее время ряд таких задач может эффективно решаться с помощью математического моделирования движения судна в компьютерном варианте с возможностью задания или воспроизведения в модели реалистичной картины внешних условий плавания. Актуальность таких задач за последние десятилетия существенно повышается в связи с возрастанием интенсивности мореплавания, а также повышением объемов перевозок опасных грузов, в частности, на танкерном флоте. Моделирование движения судна в таких задачах, связанных с исследованиями на предмет безопасности маневрирования, имеет некоторую специфику и предъявляет дополнительные требования к используемым математическим моделям. Как правило, рассматривается движение судна или какой-либо маневр в стесненной акватории или вблизи других судов, причем зачастую это происходит при комбинированном воздействии нескольких внешних факторов, в частности, ветра, течения, волнения, мелководья. Часто в таких задачах приходится моделировать движение судна с большими углами дрейфа и со сравнительно малой линейной скоростью в условиях, когда возмущения скорости судна, вызванные внешними факторами, становятся соизмеримы с собственной скоростью судна, вызванной работой главных движителей, или превышают эту скорость и когда маневры осуществляются на пределах технических возможностей средств управления судном. В этих условиях чисто интуитивные подходы к принятию решений
5 судоводителями, а также подходы, основанные на использовании графиков и таблиц из формуляра стандартных маневренных характеристик судна, предварительно составленных для стандартных условий плавания, не всегда приводят к ожидаемому результату, а время, отведенное на принятие решений, во многих случаях жестко ограничено. В этой связи перспективным решением представляется использоваїше бортовой компьютерной системы типа «ассистент капитана», которая будет осуществлять моделирование движения судна в ускоренном масштабе времени, чтобы воспроизвести и спрогнозировать тот или иной маневр до начала его выполнения на реальном судне. Для решения этих задач неэффективны простейшие линейные или частично линеаризованные модели движения судна, разработанные различными авторами в 50-ые - 70-ые годы и описанные в большинстве литературных источников по данной тематике. Как правило, такие математические модели изначально разрабатывались для решения принципиально иных - более простых задач, связанных с движением судов в открытом море, как правило, на больших ходах, с вопросами исследования ходкости и устойчивости на курсе, удержания судна на заданном курсе при неблагоприятных внешних условиях плавания, оптимизации расхода топлива при движении судна между заданными пунктами и т. п. и были оптимизированы под слабые возможности вычислительной техники того периода в ущерб качеству моделирования более сложных маневров, что не удовлетворяет современным требованиям. В этой связи предлагаемая в диссертационной работе обобщенная математическая модель движения судна с возможностью моделирования сколь угодно сложных маневров с любыми углами дрейфа, а также с возможностью калибровок под тот или иной конкретный тип судна имеет несомненный практический смысл.
В настоящей работе были проанализированы существующие подходы к математическому моделированию движения судна, построена обобщенная модель на основе заимствований некоторых эмпирических формул из работ
6 различных авторов, внесения поправок на моделирование некоторых режимов движения судна, а также калибровочных параметров, подбор значений которых позволяет минимизировать отклонения между выходными данными модели и натурного эксперимента по интересующему типу судна. В качестве основного метода исследования применялись вычислительные эксперименты, а достоверность моделирования подтверждается сравнением их результатов с результатами натурных экспериментов по двум типам судов. Также автором работы предложены критерии и методика анализа той или иной математической модели движения судна на эффективность.
Кроме того, в рамках данной диссертационной работы была разработана пилотная версия программного продукта для математического моделирования движения судна с использованием как предлагаемой обобщенной математической модели, так и иных моделей, который потенциально может быть использован для следующих целей:
для прогнозирования возможности совершения того или иного маневра в заданных внешних условиях, что в перспективе может быть использовано в бортовой системе типа «ассистент капитана»;
для разбора судоводительских причин аварий на морском и речном транспорте;
для выполнения исследований при проектировании нового типа судна в проектно-конструкторских организациях с целью выяснения поведения проектируемого типа судна в той или иной ситуации при выполнении того или иного стандартного маневра и исследования возможности изменения мореходных качеств судна путем изменения технических параметров средств управления или геометрической формы корпуса судна.
С практической точки зрения не менее актуальной задачей является разработка сравнительно недорогих навигационных тренажеров для учебных заведений морского профиля. В связи с этим стоит отметить возможность использования разработанного программного продукта, функционирующего на стандартных
7 ЮМ PC-совместимых компьютерах, также в режиме навигационного тренажера с поддержкой необходимой минимальной базовой функциональности и с возможностью переключения между несколькими различными моделируемыми типами судов.
Диссертационная работа состоит из 4 глав. В диссертации используется сквозная нумерация для формул, таблиц и рисунков и двухуровневая нумерация для глав и пунктов внутри каждой главы.
Автор работы выражает глубокую признательность заведующему кафедрой судовождения МТТУ к. т. н. Юдину Юрию Ивановичу за содействие в постановке задач, в ознакомлении с проблематикой, в получении экспериментальных данных и за ценные указания в процессе выполнения настоящей работы.
Специфика задачи моделирования движения судна
Морские и речные суда представляют собой сложные управляемые технические системы, функционирующие в изменяющихся условиях внешней среды. В настоящее время существует целый ряд математических моделей движения судна, описанных в литературе ([1] - [4], [9], [17], [22], [24], [25], [32], [34], [35]), и все они имеют следующие общие характеристики: 1) очевидно, что задача моделирования движения судна является частным случаем задачи математического моделирования управляемого движения твердого тела и должна предсказывать траекторию движения при тех или иных условиях. Как известно из классической механики, кинематическое положение твердого тела в пространстве в каждый момент времени в общем случае однозначно характеризуется 3 координатами центра масс этого тела и 3 характерными углами, причем каждая из координат и каждый из этих углов может непрерывно меняться в процессе движения. Но в рамках задачи о моделировании движения твердого тела в понятие состояния системы необходимо включить также первые производные от этих координат и углов, то есть скорости их изменения, поскольку эти скорости не могут меняться мгновенно.
В процессе движения обычного морского или речного судна изменение осадки и углов крена и дифферента невелико, поэтому достаточно рассматривать плоскопараллельное движение судна в горизонтальной плоскости. В этом случае кинематическое положение судна в каждый момент времени может характеризоваться 2 координатами в неподвижной системе координат -Хо иуо-и одним углом курса q.
В качестве параметров нагрузки Ц/) рассматриваются массы и координаты всех грузов на судне (каргоплан), в качестве параметров внешних возмущающих воздействий Е(/) - глубины во всех точках акватории, скорости и направления ветра и течения, амплитудный и фазовый спектр волнения, а также спектр направлений распространения волн по всем частотам для всех точек акватории во все моменты времени; 4) по способу получения и структуре выделяются следующие типы математических моделей движения судна: а) модели движения одного конкретного судна (судна, относящегося к одному конкретному проекту) в одном конкретном состоянии загрузки: - чисто абстрактные модели; - чисто эмпирические модели; б) модели движения для некоторых достаточно многочисленных классов судов или вообще для всех возможных типов судов: - теоретические модели; - полуэмпирические, или расчетные модели.
Обязательным элементом любой математической модели является только система уравнений (9). Совокупность формул, таблиц и/или графиков (10) присутствует в математических моделях для некоторых или всех классов судов, но отсутствует в математических моделях для одного конкретного судна. В целом в различных математических моделях, описанных разными авторами, существенным образом различаются, прежде всего, зависимости (10). А сами системы дифференциальных уравнений (9) большим разнообразием не обладают и строятся на основании законов классической механики. Теперь охарактеризуем каждый тип математических моделей. а) Модели движения одного конкретного судна (судна, относящегося к одному конкретному проекту) в одном конкретном состоянии загрузки. В математических моделях одного конкретного судна имеется уже изначально заданный и полученный тем или иным способом вектор коэффициентов сил и моментов Gs(0, который в рамках самой процедуры моделирования не пересчитывается. Такая математическая модель не учитывает зависимости этих коэффициентов от линейных размеров судна и от других факторов, а значит -непригодна для исследования какого-либо нового проектируемого типа судна.
Чисто абстрактные модели ...чаще всего используются в большинстве существующих навигационных тренажеров, однако ни для каких других реальных задач они совершенно не пригодны. Такая модель может описывать? например, поведение некоторого танкера, или некоторого сухогруза, или некоторого промыслового судна, возможно, не существующего в реальности, таким образом, что при выполнении стандартных маневров с этой моделью все выходные кинематические характеристики этих маневров будут гарантированно попадать в такой диапазон значений, в который они в реальности попадают у всех или почти всех существующих танкеров, существующих сухогрузов или существующих промысловых судов соответственно. Более конкретные данные о судне в такой модели не учитываются. Абстрактные модели способны обеспечивать высокую степень качественной правдоподобности при моделировании всех возможных маневров или большинства маневров, в том числе даже таких, которые в настоящее время практически не удается промоделировать в рамках других типов математических моделей. Как правило, в таких моделях система уравнений (9) используется в полном виде с учетом всех известных сил и моментов.
Система уравнений обобщешюй математической модели движения судна
При расчете влияния гребного винта на руль принимается во внимание не только фактическое значение коэффициента нагрузки винта по упору в данный конкретный момент времени, но и то, которое должно достигаться на прямом курсе при том же режиме работы винта.
При этом вычисляются два разных значения коэффициента нагрузки винта по упору: значение С\ фаст рассчитывается в интересующий нас конкретный момент времени стандартным способом, как это принято в существующих математических моделях; значение Стпрям рассчитывается по такой же формуле, но при этом подставляется такой упор винта и такая скорость судна, которая имела бы место на прямом курсе на тихой глубокой воде в этом же режиме работы движителя. Для дальнейших расчетов принимается во внимание некоторое среднее значение коэффициента Ст между значениями Ст_факг и Стпрям с весовым коэффициентом ЛГпрям, который можно определять простым подбором на этапе калибровки модели, добиваясь наибольшей точности соответствия выходных данных модели и натурных экспериментов. Такая поправка должна обеспечить адекватное моделирование косого обтекания движительно-рулевого комплекса при больших углах дрейфа; 4) в обобщенной математической модели конкретизируются формулы для расчета коэффициента лобового гидродинамического сопротивления на корпусе судна Схо и коэффициента упора винта Кт.
В существующих моделях авторы, как правило, не предлагали готовых зависимостей указанных коэффициентов от каких-либо факторов, предлагая пользоваться эмпирическими зависимостями или таблицами, полученными для каждого конкретного судна в каждом конкретном состоянии загрузки. В настоящей работе сделано следующее: во-первых, исходя из диаграммы разгона и торможения для одного конкретного типа судна, получена эмпирическая кусочно-полиномиальная зависимость силы сопротивления Хв от продольной скорости vw cos Д-. Во-вторых, эта формула пересчитана в такой вид, чтобы она показывала зависимость коэффициента продольной силы сопротивления Схо, а не самой продольной силы Хв от числа Фруда, а не от самой скорости, чтобы эту формулу можно было подставлять в выражение (28). В-третьих, в эту формулу добавлен поправочный коэффициент С ., который учитывает особенности данного конкретного судна и является коэффициентом сопротивления на больших скоростях. Этот коэффициент может быть получен для каждого конкретного судна и для каждого конкретного состояния загрузки очень простым подбором, чтобы добиться соответствия установившейся линейной скорости на полном переднем ходу экспериментальным данным. Таким образом, в нашем случае имеющаяся эмпирическая зависимость сопротивления для одного конкретного судна обобщена настолько, что она может быть применена практически к любому классу судов. При этом в обобщенной модели для того, чтобы обеспечить возможность эффективного моделирования каждого нового реального типа судна, нужно провести с этим новым типом судна не всю серию ходовых испытаний во всех режимах, а фактически всего лишь одно испытание, чтобы выяснить установившуюся скорость судна в режиме полного переднего хода. При этом сопротивление во всех остальных режимах в модели будет получено расчетным путем. Для коэффициента упора винта Kj в нашем случае используется ранее составленная эмпирическая зависимость от шагового отношения Н I D и относительной поступи j, полученная для одного конкретного типа винта с 4 лопастями определенной формы. После этого добавлен еще один поправочный коэффициент АГТ, на который домножается рассчитанный по этой формуле коэффициент упора винта с той целью, чтобы можно было промоделировать гребные винты других типов. Коэффициент КТп также может быть определен для каждого нового рассматриваемого типа судна простым подбором, чтобы добиться соответствия упора винта на полном переднем ходу в модельных и экспериментальных данных.
Фактически указанных зависимостей достаточно для того, чтобы с каждым новым рассматриваемым типом судна не проводить ходовых испытаний в полном объеме и использовать только экспериментальные значения установившейся скорости судна и установившегося упора гребного винта в одном-единственном режиме, например, на полном переднем ходу. Все остальные параметры, необходимые для моделирования прямолинейного движения судна, будут определяться расчетным путем.
Такой подход не всегда является идеальным с точки зрения обеспечения точности моделирования, но зато позволяет обойтись минимальным количеством натурных экспериментов на этапе сбора исходных данных; 5) в обобщенной математической модели предусмотрено два режима выбора коэффициентов демпфирующего момента Ст и С - в первом режиме эти коэффициенты могут быть получены по формуле и графику из модели японских инженеров, что дает приблизительную, не очень точную картину всех моделируемых маневров. Во втором режиме эти два коэффициента Ст и Ст калибруются, что возможно для таких конкретных типов судов в таких конкретных состояниях загрузки, по которым уже имеются данные натурных экспериментов. В результате такой калибровки подбираются такие значения этих коэффициентов, которые обеспечивают наибольшую точность соответствия моделируемого маневра экспериментальным данным; 6) в обобщенной математической модели предусмотрен режим учета задержек срабатывания руля и подруливающего устройства. В этом случае в качестве управляющих воздействий в интересующий нас момент времени рассматривается не фактический угол перекладки руля S t) и не фактическая относительная мощность подруливающего устройства NnY(m(t), а такой угол 3(7) и такая относительная мощность Nmom 3(/), которые являются желаемыми и которые заданы при помощи соогветсгвующих органов управления в рубке судна. При этом в модели можно задавать следующие параметры: время, которое может потребоваться для перекладки руля из крайнего положение в крайнее с одного борта на другой - Afo - и время, которое потребуется для переключения подруливающего устройства с максимальной мощности в сторону одного борта на максимальную мошдость в сторону другого борта -Д пу_тах - а также из выключенного состояния в режим максимальной мощности - Д/ПУ_О.
В обобщенной модели, как и в большинстве существующих математических моделей движения судна, используется система уравнений в форме (17), разрешенной относительно первых прошводных от линейной скорости v, угла дрейфа р и угловой скорости w. Как и в существующих моделях, в эту систему входит 6 обыкновенных диффсрснщіальньїх уравнений, включая 3 таких уравнения, в которых отражена взаимосвязь между координатами х0, уа, курсовым углом q с одной стороны и линейной скоростью v, углом дрейфа Д угловой скоростью w с другой стороны. В систему также входит достаточно большое количество алгебраических уравнений, в которых детализируются выражения, стоящие в правых частях дифференциальных уравнений, и в которых также содержатся довольно сложные зависимости от текущих кинематических параметров XQ, у$, q, v, Д w. Все уравнения в системе записываются только в размерном виде.
В необходимых случаях для решения ряда задач можно легко преобразовать систему уравнений к форме (11), общепринятой в классической механике и содержащей 3 дифференциальных уравнений 2-ого порядка относительно двух координат хо и у о и курсового угла q.
Стандартные маневры и их выходные характеристики
Для исследования математических моделей движения судна на адекватность выполнено сравнение выходных данных вычислительных экспериментов и соответствующих выходных данных ранее проведенных натурных экспериментов с двумя типами судов. Такие эксперименты осуществлялись по некоторым общепринятым стандартным тестовым маневрам. Каждый из таких маневров имеет некоторое сравнительно небольшое количество выходных характеристик, которые являются существенными с точки зрения судоводителя, которые могут быть легко измерены в некоторые конкретные моменты времени на определенных этапах натурного эксперимента и по которым имеет смысл сравнивать натурный эксперимент с вычислительным экспериментом, проведенным на основе интересующей нас математической модели. Кроме того, такие выходные характеристики сравниваются с диапазонами значений, в которые они должны попадать для данного судна или для данного класса судов с точки зрения общепринятых стандартов на маневренные качества судов, в частности, стандарта IMO (Резолюция MSC.137 (76) от 05.12.02 «Стандарты маневренных качеств судов»). Рассматриваются следующие стандартные маневры:
1) циркуляция (рис. 15) - маневр, выполняемый вправо или влево при перекладке руля в начальный момент времени из диаметральной плоскости (из нулевого положения) в заданный угол перекладки руля и последующем удержании этого заданного угла перекладки руля в течение длительного времени. Первоначально до осуществления этого маневра судно должно двигаться прямым курсом с нулевым углом дрейфа.
Циркуляция имеет следующие выходные кинематические характеристики: - выдвиг - расстояние, проходимое средней точкой судна в направлении первоначального курса от позиции, в которой был отдан приказ на руль, до позиции, когда курсовой угол судна изменится на 90 град, от своего первоначального значения; - прямое смещение - расстояние, проходимое средней точкой судна в направлении, перпендикулярном первоначальному курсу судна, от позиции, в которой был отдан приказ на руль, до позиции, когда курсовой угол судна изменится на 90 град, от своего первоначального значения; - тактический диаметр - расстояние, проходимое средней точкой судна в направлении, перпендикулярном первоначальному курсу судна, от позиции, в которой был отдан приказ на руль, до позищш, когда курсовой угол судна изменится на 180 град, от своего первоначального значения; - установившаяся линейная скорость; 2) маневр «зигзаг» и испытание начальной поворотливости - выполняется посредством перекладки руля на заданный угол, поочередно на каждый борт, при отклонении курсового угла на заданную величину от первоначального курсового угла судна. Как и в случае с циркуляцией, первоначально, до осуществления этого маневра, судно должно двигаться прямым курсом в продольном направлении (с нулевым углом дрейфа). В начальный момент времени отдается приказ на перекладку руля вправо (или влево) на заданный угол. Когда курсовой угол судна изменится на требуемую величину, отдается приказ на перекладку руля влево (или вправо) на такую же величину угла перекладки руля, что и в первый раз. Через некоторое время, реагируя на это действие с рулем, судно тоже начнет поворачиваться влево (или вправо). Когда оно достигнет требуемого отклонения по курсовому углу от своего первоначального курса влево (или вправо), руль снова перекладывается в сторону противоположного борта, то есть вправо (или влево), на такой же угол, что и в первый раз. Схематично маневр «зигзаг» показан на рис. 16. Основными входными параметрами маневра «зигзаг» являются угол перекладки руля и заданный (требуемый) угол отклонения по курсу, при достижении которого осуществляется перекладка руля.
Выходные характеристики: - пройденный путь при испытании начальной поворотливости - путь, пройденный судном от самого первого приказа на руль до того момента, когда судно впервые отклонится от курса на требуемый угол. Обычно начальная поворотливость определяется при маневре «зигзаг» 10 на 10 град., то есть с углом перекладки руля 10 град, и с отклонением по курсу на 10 град.; - 1-ый угол зарыскивания - дополнительное отклонение по курсовому углу, испытываемое судном при выполнешт маневра «зигзаг» сразу после 2-ого приказа на руль до того момента, когда судно начнет поворачиваться в противоположную сторону; - 2-ой угол зарыскивания - дополнительное отклонение по курсовому 2-ой угол зарыскивания заданный курсовой угол 1-ый угол зарыскивания заданный курсовой угол Начальная поворотливость Рис. 16. Маневр «зигзаг». углу, испытываемое судном при выполнении маневра «зигзаг» сразу после 3-его приказа на руль до того момента, когда судно начнет поворачиваться в противоположную сторону; 3) активное торможение с полного переднего хода путем переключения на полный задний ход. Как правило, данный маневр также осуществляется на прямом курсе при движении судна с нулевым углом дрейфа. Основная выходная характеристика - тормозной путь; 4) разворот на месте за счет подруливающего устройства. Судно в этом случае должно быть первоначально неподвижным и все его средства управления должны быть в нулевом положении. В начальный момент времеїш включается подруливающее устройство на полную мощность либо в сторону правого, либо в сторону левого борта и продолжает работать в этом режиме в течение достаточно длительного времени.
Для количественной оценки отклонений между выходными данными вычислительного эксперимента с математической моделью и вьіходіаіми данными натурного эксперимента автором предлагается следующая методика: 1) рассматривается некоторая серия из одного или нескольких ранее проведенных натурных экспериментов с тем или иным судном по одному или нескольким стандартным маневрам. Предполагается, что для всех этих экспериментов были известны условия их проведения, в том числе управляющие воздействия, внешние условия плавания, постоянные параметры судна, зависящие и не зависящие от его состояния загрузки, начальное кинематическое положение судна. Обозначим вектор, составленный из всех таких условий по всей серии экспериментов во все интересующие нас дискретные моменты времени через Z: Z = (UELCS(0)). (64)
В ходе натурных экспериментов был измерен ряд существенных для судоводителя выходных характеристик этих экспериментов - в том виде, как они описаны в предыдущем пункте настоящей работы. К таким характеристикам могут относиться в частности выдвиг прямое смещение, тактический диаметр и установившаяся линейная скорость при циркуляциях с несколькими различными углами перекладки руля, тормозной путь при активном торможении и ряд других харакгеристик. Обозначим через YE векюр, составленный из всех рассматриваемых выходных характеристик по всей серии натурных экспериментов: YE = (yCbJb2, ...,J CNY), (65) где iVy - общее количество таких характеристик по всей серии экспериментов. При этом, однако, в действительности любые экспериментальные данные могут быть измерены с некоторой погрешностью. Обозначим максимально возможные абсолютные погрешности измерений векторов Z и YE через AZ и через AY соответственно.
Структурная схема программного комплекса
Основное требование, которое предъявлялось к структуре программного комплекса с самого начала в процессе его проектирования, - это возможность использования не одной, а нескольких математических моделей, включая как существующие, так и разработанные автором, - и переключения между ними. При этом изначально предполагалась необходимость четкого разделения программных модулей, осуществляющих численные процедуры математического моделирования движения судна, и программных модулей, реализующих графический интерфейс.
Главная часть программы содержит следующие модули и подсистемы: - основная подсистема интерфейса навигационного тренажера -представляется в виде трех основных графических окон на экране: карта акватории (с обозначенным на ней курсом судна), управление, вид из окна рубки (трехмерное изображение, создаваемое средствами OpenGL); - модуль редактирования судна - обеспечивает создание, редактирование и выбор моделей судов и их состояний загрузки; - модуль регистрации параметров - осуществляет запись текущих значений параметров движения судна в виде таблиц и графиков, экспорт во внешние программы, возможность корректировки параметров во время работы; - подсистема карт и условий плавания - позволяет выбрать рисунок с изображением карты, текстуры для изображения земли, воды и неба, настроить масштаб карты, редактировать массивы (поля) параметров внешних условий плавания, связанных с картой (например, глубины фарватера, скоростей и направлений ветра и течения, спектров волнения). База данных, используемая в программе Ship Simulator 1.02, содержит 8 таблиц: - таблица Суда (ships.dbf) - представляет собой спсиок судов. В таблице содержатся также ссылки на файлы VRML и DLL; - таблица Параметры судна (shipparams.dbf) - наборы параметров, характеризующих каждое судно и имеющих имена и значения; - таблица Состояния загрузки (loadship.dbf) - описывает несколько стандартных состояний загрузки для каждого судна; - таблица
Что касается библиотек математических моделей, в настоящее время поддерживаются 8 математических моделей движения судна, разработанных различными авторами, описанных в главе 1 настоящей работы и применимых не к одному конкретному судну, а к некоторым достаточно многочисленным классам судов: модель А. М. Басина ([32]), модель Ю. М. Мастушкина ([17]), модель А. Д. Гофмана ([9], [22]), модель японских инженеров ([9]), модель В. Г. Павленко ([22]), модель Р. Я. Першина ([9]), модель Г. В. Соболева ([9], [25]), модель А. П. Тумашика ([34]), - а также одна обобщенная модель, разработанная автором и описанная в главе 2 настоящей работы. Каждая из разработанных библиотек математических моделей может работать в двух режимах - с решением системы дифференциальных уравнений по классическому методу Эйлера и по классическому методу Рунге-Кутта. Кроме того, возможно очень простое подключение новых разрабатываемых библиотек с новыми математическими моделями или с новыми численными методами без внесения изменений в главной части программы.
