Введение к работе
Актуальность темы. Проблема рационального топливоиспользования является одной из центральных мировых проблем. Существенное сокращение потребления топлива на флоте может быть достигнуто за счет использования экологически чистой энергии ветра для движения судов. Наиболее простым и эффективным средством, обеспечивающим непосредственное преобразование энергии ветра в работу перемещения судна, является ветрадвижитель (БД).
Проведенные в различных странах исследования, опыт проектирования и эксплуатации судов-ветроходов показали, что в настоящее время наиболее перспективным является использование автоматизированных БД в качестве вспомогательного средства для движения транспортных судов совместно с традиционной главной энергетической установкой.
Проектирование, постройка и эксплуатация судов с БД представляет собой новое, перспективное направление в судостроении и эксплуатации морского флота. Различным аспектам проблемы использования энергии ветра на судах посвящены многочисленные публикации отечественных и зарубежных авторов, в том числе П. С. Крючкова, Г. А. Алчуддана, И. Я. Кринецкого, Г. В. Васильева, В. Б. Жинкина, Б. Н Захарова, Е. В. Знаменского, Г. М. Кудреватого, В. Е. Микитгока, А. Г. Олейника, А. А. Ру-сецкого, Б. А. Царева, Ю. И. Чучко, В. Е Щередина, К И. Кшина, P. Schenzle, В. Wagner, С. Wagner, W. Prolss, М. Sudo, Y. Endo, J. S. Letcher, T. Vatanabe и др. Однако вопросы совместной работы БД, главных двигателей (ГД) и гребных винтов
- 4 -в составе комбинированного гидромеханического пропульсивнол комплекса, а также его автоматизации, мало исследованы. Эт< является причиной снижения потенциального эффекта от использования ВД на флоте.
Тема диссертации соответствует Национальной программ исследований и- использования ресурсов Аэово-Черноморскоп бассейна, других регионов Мирового океана на период до 200 года (шифр "Флот и транспорт") и приоритетному направлени научных исследований Министерства образования Украины "ЭкО' логически чистая энергетика и ресурсосберегающие техноло^ гии". В 1982 - 90 гг. исследования по теме диссертации вы поднялись в соответствии с планами НИР Ыинморфлота и Коорди национным планом НИР па проблеме использования энергии ветр в рамках общесоюзной межвузовской программы "Еетроход".
Цель и задачи исследования Целью исследования является разработка методов повышения эф фективности пропульсивного комплекса теплохода с ВД при про актировании и эксплуатации. Для достижения этой цели потре Совалось решить следующие главные задачи.
-
На основании исследования режимов работы пропульсив ного комплекса разработать рекомендации по рациональному вь бору состава и характеристик его элементов на этапе проекті: ровании судна.
-
Обосновать оптимальные эксплуатационные режимы рабе ты пропульсивного комплекса и оценить их эффективность.
-
Разработать принципы, алгоритмы и системы автомат* ческого управления работай ВД и ГД в составе комбинирование го пропульсивного комплекса.
Методы исследования. В работе приме
нены методы математического моделирования с использованием ЭВМ, оптимального управления, теории вероятностей, теории автоматического управления, теории корабля и другие.
Научная новизна работы заключается в развитии общей теории динамики судовых гидромеханических комплексов, разработке и создании теоретических основ исследования и оптимизации режимов работы комбинированного пропульсивного комплекса теплохода с БД, а также его автоматизации. Впервые решены следующие вопросы:
предложены методы моделирования аэродинамических характеристик БД при различных программах управления углом их атаки кажущимся ветром;
установлены закономерности изменения тяги и мощности ВД в зависимости от их аэродинамических характеристик, ветровых условий и скорости судна;
предложены обобщенные показатели эффективности ВД и научно обоснован метод их расчета;
разработаны математические модели пропульсивного комплекса с ВД, позволяющие исследовать на ЭВМ переходные и установившиеся режимы работы комплекса на прямом курсе и при движении судна па заданному морскому пути;
предложены методы повышения эффективности пропульсивного комплекса с ВД за счет принятия рациональных проектных решений при выборе его состава и характеристик элементов;
разработана методика оптимизации эксплуатационных режимов работы пропульсивного комплекса с ВД применительно к двум иерархическим уровням:"судоходной компании" и "судна";
для решения задачи оптимизации режимов совместной работы ВД и ГД обосновано применение классических методов вариа-
- б -
ционного исчисления, возможность использования которых обобщена на случай минимизации функционала в классе кусочно-гладких функций при наличии переменных ограничений на управление в виде двойных неравенств;
разработаны требования, принципы, алгоритмы и системы автоматического управления ВД и ГД в составе комбинированного пропульсивного комплекса.
Практическая ценность результатов работы заключается в том, что они позволяют произвести рациональный выбор состава и характеристик элементов пропульсивного комплекса на стадии проектирования судов с ВД, а в период эксплуатации судов - повысить эффективность работы комплекса за счет оптимизации его режимов и автоматизации процессов управления. Прикладные результаты исследований предназначены для использования в научно-исследовательских іі вроектно-конструктарских организациях, судоходных компаниях и в учебном процессе высших морских учебных заведений.
Реализация работы. Основные технико-эксплуатационные требования к автоматизации судна со вспомогательными ВД, алгоритмы функционирования и варианты технической реализации систем автоматического управления ВД и Г; при их совместной работе в составе комбинированного пропульсивного комплекса внедрены в ЦКБ "Шэльф" (Волгоград). В Украинской Дунайской судоходной компании (Измаил) внедрено руководство плавсоставу по управлению ГД теплохода "Илья Сель-винекий" со вспомогательным парусным вооружением. Кроме то-го, отдельные результаты исследований использованы в ДНИ морского флота (Санкт-Петербург), Черноморском морском паро ходстве (Одесса), Каспийском ЦПКБ (Баку) и в учебном процес
се Одесской государственной морской академии (ОГНА).
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на:
II и III Всесоюзных симпозиумах "Транспарус-82" и "Транспарус-86" (Николаев, 1982 и 1986 гг.);
научно-технических конференциях Ленинградского бассейнового правления Научно-технического общества водного транспорта "Использование энергии ветра на морских транспортных судах" (Ленинград, 1983, 1986, 1989 гг.);
семинарах "Проблемы морской кибернетики" секции научного совета АН Украины по проблеме "Кибернетика" (Одесса, 1986, 1989 и 1994 гг.);
научных и научно-методических конференциях профессорско-преподавательского состава ОГМА (1986 - 1996 гг.);
научно-технических и технических советах по приемке выполненных НИР: в Каспийском ЩШБ (1988), Всесоюзном объединении "Мортехсудоремпром" (Москва, 1988), Научно-техническом управлении Минморфлота (Москва, 1989, 1991), ЦНИИ морского флота (1938, 1989, 1991), ЦКБ "Шэльф" (1989), Украинской Дунайской судоходной компании (1990), Черноморском морском пароходстве (1991), ОГМА. (1990, 199Е, 1994, 1995).
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 научная работа, в том числе: одна монография, 17 статей, два авторских свидетельства на изобретения. Кроме того, результаты работы представлены в 16 отчетах о НИР.
На защиту выносятся:
научное обоснование обобщенных показателей эффективности БД и метода их расчета;
научное обоснование методов и результаты исследования
- a -
переходных и установившихся режимов работы пропульсивного комплекса теплохода с БД при движении на прямом курсе и по заданному морскому пути;
методы повышения эффективности пропульсивного комплекса с ВД за счет принятия рациональных проектных решений при выборе состава и характеристик элементов комплекса;
методы и результаты оптимизации эксплуатационных режимов работы пропульсивного комплекса теплохода с ВД;
принципы, алгоритмы, технико-эксплуатационные требования и системы автоматизации ВД и ГД в составе комбинированного пропульсивного комплекса.
Личный вклад диссертанта. Научные положения и результаты, которые выносятся на защиту, получены автором лично. В печатных работах, опубликованных і соавторстве, соискателю принадлежит: постановка задач, теоретическое обоснование и разработка математических моделей, методов, алгоритмов расчетов, обработка результатов исследований и их анализ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 172 наименований и 8 приложений. Общий обьєі работы - 428 стр., в том числе 275 стр. основного текста, 1! стр. списка литературы, S3 рисунка, 21 таблица и 41 стр. приложений.
Похожие диссертации на Режимы работы и автаматизация пропульсивного комплекса теплохода с ветродвижителями
