Введение к работе
1. Актуальность работы. До настоящего времени на подавляющем большинстве транспортных судов внутреннего и смешанного "река-море" плавания устанавливались двухвинтовые движительно-рулевые комплексы (ДРК), что определяло как специфику судовождения, так и навыки судоводителей при управлении этими судами в сложных навигационных условиях. Однако в последние годы в составе флота стали появляться целые серии новых судов, имеющих один движитель, что связано, в основном, с экономическими соображениями. С появлением новых одновинтовых судов смешанного "река-море" плавания возникла проблема обеспечения их управляемости и маневренных качеств. Эта проблема имеет как субъективную, так и объективную стороны. Субъективная сторона проблемы заключается в отсутствии опыта и практических навыков у судоводителей двухвинтовых судов при переходе на управление судами с одним движителем. К числу объективных сторон проблемы относится отсутствие у этих судов возможности работать движителями "враздрай" в сложных навигационных условиях, а также необходимость установки подруливающих устройств (ПУ) с мощностью, обеспечивающей необходимую управляемость судна с учетом динамики их движения.
Проблема управляемости судов смешанного "река-море" плавания при переходе на одновинтовые ДРК охватывает большое число различных видов маневрирования, связанных со сложными навигационными ситуациями, возникающими в условиях речных фарватеров, шлюзованных систем, малых портовых акваторий. Необходимость решения этой проблемы для непрерывно растущего числа одновинтовых судов смешанного "река-море" плавания и определяет актуальность диссертационной работы.
Предметом исследования является проблема обеспечения управляемости и маневренных качеств новых типов одновинтовых судов смешанного "река-море" плавания при их эксплуатации в сложных
-2-навигационных условиях. В основу работы положено исследование
швартовных операций этих судов, как наиболее сложных и включающих в себя
элементы маневрирования в других ситуациях, встречающихся в практике
судовождения.
Основные задачи и этапы исследования :
сравнительный анализ маневрирования одно- и двухвинтовых судов внутреннего и смешанного "река-море" плавания в сложных навигационных условиях;
разработка методики проведения и обработки результатов натурных маневренных испытаний судов с помощью штатной навигационной аппаратуры. Натурные испытания одновинтового судна смешанного "река-море" плавания;
сопоставление управляемости двухвинтовых и новых одновинтовых судов внутреннего и смешанного "река-море" плавания по характеристикам поворотливости и устойчивости на курсе с помощью стандартных критериев управляемости;
построение и идентификация по данным натурных и модельных испытаний математической модели управляемого движения одно- и двухвинтовых судов смешанного "река-море" плавания;
выбор критерия безопасного выполнения судном швартовных операций, учитывающего нагрузки, выдерживаемые бортом судна и причалом;
разработка методики приближенного определения допустимой скорости ветра, обеспечивающей безопасную швартовку судна с учетом энергии навала на причал;
создание алгоритма оптимального управления судном при выполнении швартовных операций в условиях ветра;
- разработка методики определения предельно допустимых скоростей
ветра для судов различных типов;
разработка метода прогнозирования безопасного маневрирования судна при выполнении швартовных операций в условиях ветра;
подготовка основ для создапия специализированных судоводительских тренажеров управления судном при швартовных операциях в условиях ветра;
- разработка методики выбора потребной мощности носового ПУ,
обеспечивающего безопасную швартовку при ветре с учетом динамики
движения судна.
Методы исследования. Решение поставленных в диссертационной работе задач осуществлялось с использованием :
натурных испытаний судна;
методов статистического анализа;
методов математического моделирования движения судна;
методов теории оптимального управления.. Научная иовнзпа работы состоит в следующем :
- разработана методика и проведены полномасштабные натурные
маневренные испытания с измерением всех параметров движения судна с
помощью штатной судовой аппаратуры;
- впервые разработал алгоритм и программное обеспечение оптимального
управления судном при выполнении швартовішх операций в сложных
налигащгонпых условиях;
- впервые разработана методика определения необходимой мощности
носового ПУ судна, обеспечивающей его безопасное маневрирование в
заданных навигационных условиях с учетом динамики движения судна.
Практическая ценность диссертациогаюй работы заключается в алгоритме и программном обеспечении оптимального управления судном при выполнении швартовных операций в сложных навигационных условиях и методе определения необходимой мощности ПУ судна, обеспечивающей безопасное маневрироваїше в заданных навигационных условиях с учетом динамики движения судна
-4-Аппобация работы. Основные результаты диссертационной работы
докладывались и получили положительную оценку на научной конференции
Санкт-Петербургского Государственного Университета Водных Коммуникаций
в 1998 году и опубликованы автором в пяти печатных трудах.
Реализация работы. Результаты, полученные в диссертации, внедрены при разработке научно-исследовательской темы № 98-17 Российского Речного Регистра "Технические требования к маневренности судов для включения в Правила Российского Речного Регистра", а также использовали для сравнительного анализа управляемости судов, оборудованных различными типами движительно-рулевых устройств при их проектировании в ОАО КБ "Вымпел" (г. Н.-Новгород), что подтверждено соответствующими актами о внедрении.
На защиту выносятся :
- методики определения допустимой скорости ветра, обеспечивающей
безопасную швартовку судна с учетом энергии навала на причал;
- алгоритм оптимального управления судном при выполнении
швартовных операций в условиях ветра;
практический метод прогнозирования безопасного маневрирования судна при выполнении швартовных операций в условиях ветра;
основы создания специализированных судоводительских тренажеров управления судном при швартовных операциях в условиях ветра;
- методика выбора потребной мощности носового ПУ, обеспечивающего
безопасную швартовку судна при ветре с учетом динамики движения судна.
Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ (см. перечень в конце автореферата).
Структура и объем работы.'Диссертация состоит из введения, шести глав, заключеїшя, списка литературы и приложений; содержит 132 страницы, в том числе 39 рисунков, 3 таблицы, 114 наименований источников и 70 страниц приложений.