Введение к работе
Актуальность темы. Информация о закономерностях морского волнения и го воздействии на плавучие н стационарные объекты традиционно интересна :см, чья практическая деятельность связана с морем. Основным способом ее олучения является эксперимент. С помошью современных технических эедств в настоящее время получены данные о характеристиках морского элнения для многих районов Мирового океана. Вместе с тем немалонажную эль в изучении этого явления играет математическое моделирование.
Волны, образующиеся под воздействием ветра в океанах и морях, шенчивы в пространстве и времени из-за наложения и взаимодействия эльшого числа факторов. Это приводит к необходимости описания волновой эверхности как пространственно-временного случайного поля. Поскольку надиционные гидродинамические модели позволяют получить лишь кктральные характеристики явления, особенное значение приобретает іьтернативнмй подход—вероятностное моделирование. Этот путь позволяет по ісктральньїм данным, полученным экспериментально или с помошью ідродинамичсских моделей, создать ансамбль реализаций взволнованной орской поверхности с соответствующими статистическими характеристиками.
Применение вероятностной модели позволит достигнуть существенного югресса в решении задач океанологии, непосредственно связанных с іменчивостьк» ветрового волнения, в частности, выполнить анализ :стремальных высот волн в различных диапазонах, исследовать изменчивости ілнового климата, и т.п. Кроме того, вероятностное моделирование допускает эфективное решение отдельных задач динамики корабля, связанных с іученйем мореходных и прочностных качеств судов на морском волнении. мучаемая таким образом информация предсташіяет существенігую ценность і только при проектировании морских объектов, но и для создания морских ггеллектуальных систем мониторинга безопасности мореплавания.
Актуальность исследований в данной области также подтверждена толнением научных грантов Российского Фонда Фундаментальных ^следований (РФФИ, проект N95-05-15100), Госкомвуза, внутреннего гранта 16ГМТУ и индивидуального гранта автора на создание и зашиту ссертационной работы. -., <
Цель исследования: создать вероятностную модель поля морског волнения с учетом его нестационарности и неоднородности, разработат процедуру идентификации ее параметров и верифицировать модель п натурным данным. С помощью предлагаемой модели решить ряд зада океанологии и теории корабля, исследование которых другими путям осуществить невозможно или весьма затруднительно.
М сто ?»»! '.і сслеловавия. В работе применены теоретические метод исследования с использованием аппарата теории дифференциальны уравнений, случайных полей и многомерного спектрального оценивания. Дг, реализации модели и анализа экспериментальных данных использован современные средства математической статистики, теории случайнь процессов, вычислительной математики и вычислительной техники. Дт верификации и сопоставления используются экспериментальные данны полученные самим автором и другими исследователями.
Положения, выисекмые на затяту, состоят в следующем:
Создание и верификация вероятностной модели ветрового волнения
учетом его нестационарное и неоднородности, позволяющей г
пространственно-временному частотно-направленному спектру, Sr(o,
реализации взволнованной поверхности C(x,y,t).
» Решение проблемы идентификации параметров вероятностной модели і
основании эмпирических или модельных (аппроксимативных) оцсн<
двумерных спектральных плотностей и законов распределения волнові
ординат. '.,.
Доказательство применимости модели для решения задач океанологии, частности, вероятностного моделирования волнового климата интервального оценивания максимальной высоты волны в шторме.
Положительный опыт использования модели для решения задач тсорі корабля, в особенности, при исследовании специфики существен] нелинейных бортовых колебаний судна в режимах основного параметрического резонанса на нерегулярном волнении.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
Применение аппарата пространственно-временной (полевой) апторсгрессии-скользищего среднего для моделирования негауссовых неоднородных н нестационарных волновых полей, > Результаты применения вероятностной модели в задачах океанологии и теории корабля.
Практическое значение работы включает: Создание пакета прикладных программ для вероятностного моделирования морского волнения на интервале квазистационарности и в шторме, вероятностного моделирования волнового климата и моделирования нелинейных нерегулярных колебаний морских объектов. Разработку методики для обобщения и заполнения банка данных для "Атласа ветро-волнового климата морей и океанов'- нового поколения. Проектирование и верификацию базы знании интеллектуальной системы мониторинга безопасности мореплавания на примере танкера дедвейтом 28400т.
Реализация результатов работы. Полученные результаты использованы іри разработке интеллектуальной системы мониторинга безопасности Юреплавания, прошедшей успешные испытания на танкере-заправщике Jyoti" (С-Петербург, "Адмиралтейские верфи"). Методика вероятностного юделирования волнового климата применяется при проведении работ по юдготовке банка данных для создания нового "Атласа ветро-волнового лим.тга морей и океанов" (С-Петербург, СПОГОИН). Модификации ероятностной модели поля волнения применены для анализа и дополнения езультатов эксперимента на полигоне ВВМИОЛУ им. Ф.Э.Дзержинского. На сновании вероятностных моделей морского волнения на интервале вазистационарности и волнового климата создан стевд для испытания и естировяния морских информационных и интеллектуальных систем (С-Іетербург, НПО "Полярная звезда"). Разработанные методы оценки іаксимальньїх высот волн в шторме включены в специальный отчет ісемирной Метеорологической Организации (ВМО).
Дпробаиия работы. . Основные результаты, полученные по теме иссертационной работы, обсуждались и докладывались на следующих емлнарах, симпозиумах и конференциях: на научных семинарах НТО им. код. А:Н.Крылова (дважды), С.-Петербург, 1993, 1994 гг., Международных
конференшіих "300-лет флоту России" (дважды), С.-Петербург, 1994 г., 1996г. (CRF-94, CRF-96), научном семинаре Центра Судостроительной Техники, г.Гданьск, Польша, 1994 г.. Международном симпозиуме памяти проф. Н.Б. Севастьянова, Калининград, 1995 г.. Международном симпозиуме памяти проф. А.М. Пасина, С.-Петербург, 1995 г., научно-технической конференции ВМА ям. Кузнецова, С.-Петербург, 1995 г., ежегодной научно-технической конференции ,ВВМИОЛУ им. Ф.Э.Дзержинекого, С.-Петербург, 1995 г.. Международной конференции "Военно-морской флот в современных условиях", ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, С.-Петербург, 1996 г., на семинаре Русского географического общества, С.-Петербург, 1996 г., на XXIV Международной летней школе ученых-механиков, Зеленогорск, 1996 г., на Международной конференции по прикладной климатологи», Норчслинг, Швеция. 1996 г., на Международной конференции "Развитие и освоение технологий в полярных районах" POLARTECH-96, ЦНИИ им; акад. Л.Н.Крылова, 1996 г, на семинаре Института высокопроизводительных вычислений и баз данных, С-Петербург, 1996 г., на научно-техническом семинаре по проблемам освоения месторождений в Баренцевом море, С-Петербург, 1996 г., на Международном симпозиуме MEDCOAST, Турция, 1996 г., на заседании Международной рабочей группы TU-WAVES, Турция, 1996 г.
Публикации, Основные результаты диссертационной работы изложены в 15 печатных трудах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,
заключения, восьми приложений и списка используемой литературы,
включающего 161 наименование. Работа содержит 166 страниц основного
текста, 17 таблиц, 40 иллюстраций, 48 страниц приложений и 12 страниц
списка литературы. '
