Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методика расчетного исследования и основные характеристики тестируемых судов 9
1.1. Концептуальные особенности математической модели и их реализация на уровне геометрии объектов 9
1.2. Особенности расчета основных гидродинамических реакций инерционной и вязкостной природы 22
1.3. Особенности расчета гидродинамических реакций, обусловленных волновыми процессами 38
1.4. Основные характеристики судов, выбранных для имитационного моделирования 60
Глава 2. Расчетное исследование влияния течения на маневренные характеристики судов 75
2.1. Течения и особенности моделирования их воздействия на суда 75
2.2. Расчетные оценки воздействия течения на параметры циркуляции судна 87
Глава 3. Расчетное исследование влияния ветра на показатели управляемости судов 99
3.1. Задачи исследования управляемости, обусловленные воздействием ветра 99
3.2. Особенности воздействия ветра на суда с различными динамическими качествами и архитектурой корпуса 109
3.3. Исследование влияния ветра на маневренные характеристики судов 124
Глава 4. Расчетное исследование воздействия волнения на маневрирующее судно 136
4.1. Комплексные задачи управляемости и мореходности судна 136 з
4.2. Оценка влияния нестационарности движения судна на его бортовую качку 146
4.3. Влияние нестационарности движения судна на его килевую и
вертикальную качку 159
Глава 5. Исследование воздействия порывов и шквалов ураганного ветра на судно, плавающее в штормовых условиях 170
5.1. Актуальность и состояние проблемы анализа динамики судна в условиях волнения под воздействием ветра 170
5.2. Исследование характера динамического наклонения судна ветровой нагрузкой в условиях волнения 182
5.3. Расчетная оценка воздействия ураганного ветра на суда, плавающие в штормовых условиях 182
Заключение 209
Список использованных источников
- Особенности расчета основных гидродинамических реакций инерционной и вязкостной природы
- Расчетные оценки воздействия течения на параметры циркуляции судна
- Исследование влияния ветра на маневренные характеристики судов
- Исследование характера динамического наклонения судна ветровой нагрузкой в условиях волнения
Введение к работе
Актуальность темы
Роль расчетных методов исследования мореходных качеств судов, которые всегда были одним из важнейших инструментов теории корабля, в современных условиях становится еще более весомой. Это обусловлено постоянной потребностью повышения точности прогнозирования и качества нормирования мореходных качеств в интересах обеспечения надлежащих эксплуатационных характеристик и безопасности мореплавания. Уточнение требований к выбору проектных решений должно базироваться на основе динамики нелинейных механических систем. Это обстоятельство, в свою очередь, однозначно указывает на необходимость совершенствования существующих и создание новых расчетных подходов в инструментарии теории корабля. Принимая во внимание тенденции развития расчетных методов динамики корабля в области управляемости и качки, можно заключить, что дальнейшее совершенствование мореходных и эксплуатационных качеств судов диктует необходимость комплексного исследования маневренности и мореходности. В этой связи воздействие на судно основных видов гидрометеорологических возмущений — течений, ветра и волнения - также нуждаются в уточнении на основе новых расчетных подходов, учитывающих реальные условия плавания.
Цель и задачи работы
Цель исследования состоит в расчетной оценке показателей управляемости и элементов мореходности судов в процессе их движения под воздействием течения, ветра и волнения, максимально приближенного к реальным условиям плавания, т.е. с учетом пространственного характера траекторий, переменной во времени посадке, асимметрии погруженного объема корпуса и взволнованной свободной поверхности. Указанные расчетные оценки могут быть получены с использованием метода имитационного математического моделирования, под которым обычно понимают численное интегрирование дифференциальных уравнений движения динамической системы во временной области (в отличие, например, от качки корабля, где уравнения движения интегрируются в частотной области). При таком подходе легко могут быть учтены любые формы нелинейности объекта, воздействия произвольных внешних возмущений, а также различные режимы работы средств управления движением. Наличие указанных расчетных результатов позволит оценить работоспособность используемого программного обеспечения и целесообразность его совершенствования с позиций новизны доставляемой информации о динамических качествах судов.
Достижение указанной цели обуславливает необходимость решения следующих задач: 1.Выбор расчетного подхода для исследования воздействия на судно
течения, ветра и волнения, обеспечивающего указанные условия
моделирования. 2.0существление всестороннего тестирования программной реализации
выбранного подхода в части устойчивости вычислительных процессов и
соответствия результатов имеющимся опытным данным. З.Выполнение расчетного исследования влияния течения, ветра и волнения
на динамику плавания различных судов и сопоставление полученных
данных с существующими указаниями и рекомендациями в части оценок
этого влияния. 4.Выделение новых эффектов, проявление которых обусловлено учетом
пространственного характера движения судов.
Методы исследований
В работе использованы методы численного интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений, динамики систем, теории автоматического управления, прикладного программирования и математического моделирования, теории корабля, прикладной гидродинамики. Для верификации численных результатов использованы методы экспериментального исследования гидродинамических и траекторных характеристик объектов.
Научная новизна
1.Получены расчетные результаты воздействия течения, ветра и волнения на
кинематические параметры пространственного движения маневрирующих
судов. 2.Показано влияние течения на траекторию судна, совершающего
криволинейное движение. 3.Показаны различные варианты чувствительности судов к воздействию
ветра и возможные ошибки прогнозирования их траекторий при
использовании плоских динамических моделей движения. 4.Показана необходимость уточнения критериев захвата судна попутной
волной. 5.Показаны особенности влияния нестационарности движения судна на его
бортовую, килевую и вертикальную качку. б.Показано, что в общем случае первое наибольшее наклонение судна,
расположенного лагом к волне, после воздействия порыва ветра может не
быть максимальным. 7.Исследованы реакции различных судов на воздействие шквала ураганного
ветра.
Практическое значение
Полученные результаты указывают на необходимость совершенствования существующих расчетных методов исследования управляемости и
мореходности в направлении учета пространственного характера движения судна с целью более детальной оценки влияния проектных решений по архитектурному облику объекта на его маневренные качества и безопасность плавания в сложных погодных условиях.
Апробация работы
Материалы диссертационной работы докладывались на всероссийской научно-технической конференции «Проблемы мореходных качеств судна и корабельной гидромеханики. Крыловские чтения» (ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова) в 2009 году, на IV Всероссийском смотре научных и творческих работ иностранных студентов и аспирантов (г. Томск) в 2010 году.
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в 3 работах, из них 2 -тезисы докладов. В изданиях, рекомендованных в Перечне ВАК РФ, опубликована 1 статья в соавторстве. Доля авторства в опубликованных работах составляет от 50 до 100 процентов.
Структура и объем работы
Особенности расчета основных гидродинамических реакций инерционной и вязкостной природы
К сожалению, в динамической модели с сосредоточенными параметрами отсутствуют формальные механизмы непосредственного учета локальных, распределенных в пространстве эффектов. Такая модель, являясь параметрической, в качестве определяющей совокупности параметров (т.е. параметров, характеризующих моделируемый объект однозначным и исчерпывающим образом) [59] может иметь только интегральные (по окружающему пространству, смоченной поверхности или объему тела) характеристики, однозначно определяющие ее свойства и текущее состояние (рис. 1.1). Если окружающая среда имеет изменяющиеся во времени характеристики, криволинейный и размытый характер границ, то обеспечить работоспособность математической модели движения можно только путем придания ей свойств динамического объекта с распределенными параметрами.
Остаться на позициях механики твердого тела, являющейся основным инструментом изучения динамики корабля, и учесть распределенный характер воздействия внешних факторов можно, используя приближенные способы оценки интегральных значений сил и моментов, широко применяемые в традиционных задачах теории корабля. Как иллюстрацию сказанному можно упомянуть, например, классические задачи о качке корабля, когда для учета неравномерности поля скоростей жидкости в теле волны и соотношения реальных размеров корпуса с геометрическими характеристиками волнения приходится вводить всем известные редукционные коэффициенты. Применительно к реакциям массовой природы [64, 65] указанные подходы ограничиваются лишь предположениями о характерной форме границ раздела сред с различными свойствами. Однако с их помощью могут быть получены весьма точные и вполне удовлетворяющие практику результаты.
К сожалению, большинство из указанных методов не имеют существенных резервов для развития на случай произвольных, но вполне реальных условий плавания объекта в неоднородной среде. По этой причине разработка математической модели движения корабля, в которой наряду с сосредоточенным характером его свойств как твердого тела учитываются распределенные характеристики окружающей жидкости, является неизбежной перспективой развития инструментария рассматриваемой области динамики. Важ 12 нейшим отличием такой модели от традиционной является иной состав определяющей совокупности параметров.
В традиционной динамической модели (рис. 1.1) основу такой определяющей совокупности составляют гидродинамические характеристики корпуса и средств управления движением. Действительно, в предположении об однородности жидкости, гидродинамические характеристики, как функции, связывающие кинематику объекта с силовыми реакциями, исчерпывающим и однозначным образом определяют его динамические качества. Если жидкость неоднородна, то этой однозначности уже нет, так как гидродинамические реакции формально становятся функциями локальных значений свойств среды. Учесть распределенный характер свойств окружающей жидкости можно только в результате анализа ее контакта с каждым элементом смоченной поверхности корпуса. Поэтому основу определяющей совокупности параметров «распределенной» [54, 55] математической модели движения, в отличие от традиционной «сосредоточенной», должны составлять характеристики формы (рис. 1.2). Следует подчеркнуть, что указанное отличие не является принципиально новым в области формирования динамических моделей судна. Например, использование гипотезы плоских сечений для учета влияния вращения на гидродинамические реакции или расчета возмущающих волновых воздействий при продольной качке, по существу, представляет собой включение параметров формы корпуса в определяющую совокупность. Однако, для исследования воздействия неоднородности окружающей жидкости, указанное включение должно быть более полным и последовательным, предполагающим представление смоченной поверхности совокупностью плоских (например, треугольных) конечных элементов. Только в этом случае можно в полной мере учитывать изменчивость формы погруженного объема, местные скорости и свойства жидкости, омывающей поверхность корпуса.
Очевидно, что динамическая модель, полученная указанным путем, не является моделью с распределенными параметрами в существующем толковании этого понятия, но обеспечивает непосредственное использование инструментария механики сплошных сред для оценки реакций взаимодействия жидкости с твердым телом. Ее существенной особенностью является отсутствие характерного для математических моделей движения судна этапа перехода от точечных расчетных или экспериментальных данных по гидродинамическим реакциям к непрерывным функциям, связывающим кинематические параметры с величиной сил и моментов. Этот этап обычно обеспечивается введением различных аппроксимирующих зависимостей. Отсутствие таковых в рассматриваемой модели снимает проблему адекватности описания силовой картины в областях, не обследованных предварительным расчетом или экспериментом.
Расчетные оценки воздействия течения на параметры циркуляции судна
Представленные выше результаты можно считать вспомогательными и контрольными. К сожалению, они не решают до конца проблемы расчета инерционных гидродинамических характеристик для наиболее общих случаев движения корабля при произвольной посадке относительно взволнованной свободной поверхности. В этой связи необходимо использовать наиболее общий подход, основанный на известном соотношении (1.5), при упрощающем предположении о малости чисел Фруда. j=-pl Pi -dS, (1.5) где pt - единичные потенциалы, удовлетворяющие уравнению Лапласа и условию равенства нулю на бесконечности. Формальное применение (1.5) в рассматриваемом случае существенно ос 29 ложняется ощутимыми затратами процессорного времени на решение системы линейных алгебраических уравнений большой размерности для определения интенсивности источников простого слоя, моделирующих поверхность реального и дублированного тела. В настоящее время в обсуждаемой программе используется схема приближенного решения системы алгебраических уравнений, которая, как показывают тестовые оценки, обеспечивает приемлемую точность расчета.
Полученная по аппроксимирующим формулам зависимость коэффициента присоединенной массы ІІ44 от коэффициента полноты и соотношения главных размеренийрасчетного контура (сечения по плоскостям /? = const).
Принимая во внимание необходимость обеспечения возможности моделировать достаточно произвольный характер движения судна под воздействием внешних возмущений и движительно-рулевого комплекса, в составе используемой математической модели применяются алгоритмы расчета вязкостных гидродинамических реакций при произвольных углах натекания потока и неограниченной кривизне траектории. Формально решение такой за дачи должно быть поставлено в рамках динамики вязкой жидкости, однако очевидно, что, несмотря на успехи в области развития вычислительной техники, в целях определения вязкостных гидродинамических характеристик пока приходится говорить о реальности интегрирования уравнений Навье-Стокса параллельно с уравнениями движения тела только на многопроцессорных вычислительных системах. Таким образом, применительно к персональным компьютерам, решение проблемы приемлемой по точности оценки картины указанных реакций приходится искать в области сравнительно простых подходов. Обобщающей платформой для такого подхода может служить циркуляционно-отрывная схема обтекания, доказавшая свою работоспособность в рассматриваемой области. Существующие исследования [1] показывают, что на указанном пути могут быть достигнуты вполне приемлемые для практики результаты.
Реализация циркуляционно-отрывной схемы предполагает возможность расчета отрывных составляющих вязкостных сил и моментов при поперечном обтекании тела. Обычным способом подобного расчета является метод плоских сечений. Для его эффективного использования необходимо иметь зависимости коэффициентов сопротивления отдельных сечений от параметров их формы. Такого рода зависимости можно получить, обобщив данные по сопротивлению цилиндров бесконечного удлинения с различной формой поперечного сечения. С этой целью была поставлена задача построения общей формулы для коэффициента сопротивления указанных цилиндров в зависимости от характерных параметров поперечного сечения. Для получения такой обобщающей зависимости целесообразно первоначально оставить в рассмотрении минимальное число определяющих параметров, но достаточно полно отражающих особенности формы. Опыт исследований [2, 3, 5, 26, 27, 29, 32, 33, 41, 39, 63, 73] показывает, что таковыми можно считать отношение главных осей сечения h/b, где h - высота (толщина), a b - хорда профиля (сечения), и коэффициент полноты площади сечения р, который в нашем случае изменяется в пределах от нуля до единицы. Причем, наибольший интерес представляют поперечные сечения, форма которых соответствует выпуклым контурам, что фактически ограничивает пределы изменения коэффициента полноты Р значениями 0,5 - 1,0.
Характерными контурами в этом диапазоне можно считать прямоугольники (Р=1,0), эллипсы (Р=0,785) и ромбы (Р=0,5). Как видно, точки, соответствующие указанным контурам, располагаются в указанном диапазоне коэффициентов полноты практически с равными интервалами. Перечисленные контуры характерны наличием двух осей симметрии. Это заметно упрощает задачу поиска обобщающей зависимости для коэффициентов сопротивления. Влияние асимметрии в дальнейшем можно учесть введением корректирующего сомножителя и дополнительных слагаемых для реакции нормального по отношению к основной плоскости направления. Однако для обобщения такого уровня пока нет необходимого объема информации.
Проведенные исследования позволили получить общие расчетные формулы, определяющие коэффициенты сопротивления цилиндров с некруговыми формами поперечного сечения в рассмотренном диапазоне форм. На рис. 1.16 приведено сравнение расчетов по полученным формулам с опытными данными по цилиндрам с ромбическим, эллиптическим и прямоугольным сечениями [2, 3, 5, 26, 27, 29, 32, 33, 41, 39, 63, 73] в широком диапазоне отношений h/b. Коэффициент сопротивления цилиндров, отнесенный к скоростному напору и произведению высоты профиля на единичный размах, в данном случае обозначен как Сг. Там же представлена кривая, отвечающая сечению с коэффициентом полноты площади Р=0,215 (астроида), экспериментальная точка для которой заимствована в [73]. Видно, что и для такого сечения результат расчета можно считать вполне удовлетворительным. Это, в частности, позволяет заключить, что принятый способ обобщения известных данных обеспечивает непротиворечивые опыту и пригодные для практического применения результаты.
Исследование влияния ветра на маневренные характеристики судов
В литературе по управляемости и судовождению имеются указания о воздействии океанических и речных течений на динамику плавания судна [9, 43, 50, 61, 66]. Однако этому вопросу уделяется значительно меньше внимания, чем воздействию ветра: Между тем, перемещение водных масс Мирового океана носит весьма интенсивный характер.
Наиболее значительный вклад в формирование существующих океанических течений вносит горизонтальная циркуляция водных масс. К основным причинам горизонтальной циркуляции вод Мирового океана следует отнести: различие в плотности масс воды, имеющих разные температуру и соленость и порождаемые этим обстоятельством градиенты давления; воздействие ветра на поверхностные слои воды; D воздействие силы Кориолиса, изменение которой с широтой вызывает асимметрию течений, в результате чего более сильные течения наблюдаются на западной стороне океанов (Гольфстрим в Атлантике и Куросио в Тихом океане); D гравитационное поле Луны, порождающее приливно-отливные явления. Интенсивность циркуляции вод Мирового океана усматривается из оценки их расхода в главных океанических течениях, приведенной в таблице 2.1 [15]. Представленные в таблице 2.1 соотношения наглядно иллюстрируют масштабы динамических процессов в Мировом океане.
Структура течений Мирового океана такова [15], что положение и интенсивность их основных струй определяются местоположением и структурой соответствующих гидрологических фронтов. Эти струи, оказываясь вто 76 ричными явлениями, переносят основную часть тепловой и других видов энергии и свойств, в то время как внутри водных масс изменение характерных параметров происходит сравнительно медленно. Таблица 2.1. Оценки расхода вод в главных океанических течениях. Течение Расход вод (в 106 м3/с) Антарктическое циркумполярное 150-200 Гольфстрим (Флоридский пролив) 25 Гольфстрим (у мыса Гаттерас) 100 Куросио 50 Из северной части Тихого океана в Арктический бассейн 0,7 Все реки Земли 1
Гидрологический фронт принято определять [67] как наклонную поверхность раздела между водами с различными физико-химическими и динамическими характеристиками, пересечение которой с любой горизонтальной поверхностью, в том числе и с поверхностью океана, образует линию фронта. Так, например, в северной части Атлантического океана выделяют три известных квазистационарных гидрологических фронта [67]:
П в открытой части Северной Атлантики - собственно полярный гидрологический фронт; D вдоль юго-восточного и юго-западного побережья Гренландии - гидрологические фронты Восточно-Гренландского и Западно-Гренландского течений; вдоль побережья полуострова Лабрадор и острова Ньюфаундленд -фронт Лабрадорского течения. В рамках наиболее распространенного в природе случая, когда два типа водных масс, разделенных гидрологическим фронтом, подстилаются третьей, более плотной массой жидкости (pi р2 рз) и в самой «легкой» водной массе возникает течение в виде узкой интенсивной струи, направленной таким образом, что гидрологический фронт остается от нее слева (в северном полушарии) и внизу, а скорость течения одинакова на всех горизонтах, можно постулировать (как рабочую гипотезу) весьма общий вывод: каждому струйному течению в Мировом океане (при некоторых условиях) соответствует гидрологический фронт и наоборот.
Колебания в расположении и интенсивности гидрологических фронтов и связанных с ними струй течений определяются двумя факторами: изменением скорости (объемами) образования водных масс в их «ядрах» под воздействием термодинамических процессов и смещениями «ядер» водных масс и их границ под динамическим воздействием атмосферы. Наблюдения показывают, что структура океанических течений весьма сложна. В уже упомянутой северо-западной части Атлантики, расположенной к северу от полярного гидрологического фронта, течение Ирмингера, достигая юго-западной оконечности Исландии, разветвляется на две струи, одна из которых входит в Датский пролив, а другая поворачивает на юго-запад и идет параллельно сначала Восточно-Гренландскому, а затем Западно-Гренландскому течениям. В морях Лабрадор и Баффиновом воды этой последней ветви подвергаются сильной термической трансформации и возвращаются на юг вместе с холодными и распресненными арктическими водами Лабрадорского течения. Можно предполагать, что течение Ирмингера с юга ограничено гидрологическим фронтом, который является ветвью полярного фронта и тянется далее на юго-запад, ограничивая струю атлантических вод мористее потока арктических вод. Это же относится и к струе «возвратных» атлантических вод, расположенных юго-восточнее Лабрадорского течения. Известно [67], что эта струя примерно на широте Ньюфаундленда поворачивает на восток (в открытый океан) и далее распространяется параллельно Северо-Атлантическому течению. В целом, ветвь полярного гидрологического фронта, отделяющаяся от фронта Североатлантического течения, образует почти замкнутый контур, внутри которого расположено так называемое «море Ирмингера». При этом соответствующие участки полярного и арктического гидрологических фронтов образуют соответствующие им системы чередующихся теплых и холодных течений. Геострофическая циркуляция в зоне субполярного фронта характеризуется ярко выраженным потоком Североатлантического течения со скоростью около 30 см/с (0,58 узла). В стержне Североатлантического течения в осенний период к востоку от Ньюфаундленской банки скорости потока возрастают до 30 см/с (против 16 — 20 см/с весной).
Для глубинных слоев океана геострофические течения достаточно надежно отражают реальную циркуляцию вод. Но на поверхности, где существенное значение приобретает тангенциальное напряжение ветра, геострофические течения не могут дать реальной картины, так как суммарное течение здесь складывается из дрейфовой составляющей и градиентно-конвек-ционной. На поверхности океана порядок скоростей дрейфового и градиентного течений примерно одинаков. Оценить дрейфовую составляющую поверхностного течения можно по известной полуэмпирической формуле Эк-мана [64]: ud=0,0127-v/Vsin ; (2.1) где V — скорость ветра у поверхности моря [м/с]; (р — географическая широта; иа - скорость дрейфового течения в поверхностном слое [см/с]. Так, в Северной Атлантике на периферии характерного циклонического круговорота (дрейфовой циркуляции) скорости дрейфовых течений достигают 10—15 см/с. В южном потоке указанных течений скорости составляют 7-10 см/с при скоростях ветра от 3 до 10 м/с.
Исследование характера динамического наклонения судна ветровой нагрузкой в условиях волнения
Получать решение этой системы уравнений не требуется, т.к. необходимые условия устойчивости могут быть записаны на основании известных алгебраических критериев Гурвица или Рауса. Это обуславливает аналитическую формулировку результатов, связывающих параметры математической модели, отражающие характеристики рассматриваемого судна, с показателями внешнего ветрового возмущения. Так, в 1976-77 г.г. Г.В. Соболев [11, 74] предложил усовершенствованные критерии устойчивости движения судна в условиях действия ветра, используя предложенный японскими специалистами принцип «утраты свободы маневрирования». Под свободой маневрирования понимается возможность выполнения правой и левой циркуляции при полной скорости хода и кладке руля на борт.
Если первые два направления связаны с анализом динамики судна, движущегося с конечной скоростью, то предметом исследования третьего направления являются суда, дрейфующие без хода или имеющие предельно ма 106 лый ход [18, 19, 40, 61, 66]. Это соответствует режимам позиционирования судов, швартовным операциям и маневрированию в условиях стесненной акватории.
В предположении об отсутствии скорости движения или ее малом установившемся значении, указанные задачи допускают математическую формализацию в нелинейных алгебраических уравнениях [18, 61, 66], отражающих положение равновесия судна, дрейфующего или движущегося с заданным курсовым углом по отношению к ветру и известным направлением вектора скорости хода. Аналитические решения, вытекающие из указанной постановки проблемы, позволяют сформулировать требования к производительности и расположению вспомогательных элементов движительно-рулевого комплекса (ДРК) при заданном уровне внешних возмущений или оценить реализуемость желаемых маневров при заданных характеристиках ДРК. Наиболее известными в этом направлении являются результаты, полученные Р.Я. Пер-шицем.
В общем случае анализа задач третьего направления необходимо оценивать характер перехода судна из одного равновесного состояния в другое. Такие оценки возможны на основе нелинейных динамических моделей, использование которых осложняется необходимостью реализации процессов управления элементами ДРК. Формирование необходимых алгоритмов управления в такой ситуации выливается в самостоятельную научную проблему.
В современных условиях наиболее распространенным способом решения подобных проблем является использование компьютерных учебно-тренажерных комплексов для судоводителей. При подготовке судоводителей задачам рассматриваемого типа уделяется значительное внимание [43, 47]. Соответствующий опыт морской практики обобщен в многочисленные и подробные инструкции и указания. Существует, в частности, перечень подробных рекомендаций по осуществлению швартовки и отшвартовки при действии прижимного или отжимного ветра.
Четвертое направление исследования воздействия ветра на управляемость судов рассматривает проблему с позиций безопасности мореплавания [22, 40]. Искажение траектории движения судна под действием ветра, изменение по той же причине времени маневрирования лежат в основе ошибок прогнозирования маневров сближения с целью или расхождения с навигационным препятствием. Подобные ошибки чреваты аварийными последствиями.
Несмотря на широкое внедрение систем автоматизированной радиолокационной прокладки (САРП), высокий уровень автоматизации процессов судовождения, подробные предписания по действиям судоводителей при расхождении судов [54 - 59], в уровне аварийности мирового флота не наблюдается существенного и устойчивого снижения. Одна из причин этого кроется в отмеченной в разделе 2.1 зависимости маневренных характеристик судна от гидрометеорологической обстановки. В этом плане ошибки, вносимые воздействием ветра в величины выдвига, прямого смещения, тактического диаметра циркуляции вполне могут превышать допустимые по результатам натурных испытаний. Указания относительно влияния ветра на указанные маневренные характеристики носят, в основном, качественный характер [40].
Численные значения изменения маневренных характеристик под действием ветра можно получить только путем компьютерного моделирования нестационарного движения судна. Аналитические решения исключены, вследствие существенной и неустранимой нелинейности дифференциальных уравнений движения в части описания аэродинамических характеристик. Имеющиеся примеры расчетного исследования обсуждаемой проблемы немногочисленны [22]. Кроме того, предлагаемые расчетные результаты получены для случая плоского движения судна, без учета возможного влияния крена и снижения скорости на циркуляции.
Краткий анализ направлений исследования воздействия ветра на управляемость судов указывает на то, что наименее обследованной частью общей проблемы является вопрос о влиянии аэродинамического возмущения на маневренные характеристики, в значительной степени определяющие безопас 108 ность судовождения. Из последнего обстоятельства вытекает актуальность указанной задачи.
Имеющиеся вычислительные возможности позволяют хотя бы частично восполнить недостаток предметной информации по данному направлению. Кроме того, представляется целесообразным оценить совокупное влияние пространственного характера движения судна и ветрового возмущения на основные траекторные параметры.
