Введение к работе
Актуальность проблемы. Безопасность судовождения п значительной мере определяется уровнем профессиональной подготовки'судоводителей."
Опыт показывает, что такую подготовку Наиболее целесообразно проводить на судоводительских тренажерах, которые позволяют имитировать процессы управления реальными судами.
Современный тренажер является сложным технико-кибернетнчесішм
устройством, функционирование которого осуществляется на основе вза
имодействия множества различных математических моделей, главной из
которых является математическая модель (ММ) управляемого движения
судна. ' .
На судоводительском тренажере ММ проходит разностороннюю (в том числе и сенсорную) проверку, и поэтому требования к ее точности очень высоки.
Разработка ММ, удовлетворяющей этим требованиям, производится на основе достаточно трудоемких теоретических и экспериментальных исследований методами, принятыми в теории корабля и теории речного судовождения.
Несмотря на успехи, достигнутые в области моделирования движения судов в речных условиях, по-прежнему остаются актуальными проблемы, связанные с разработкой высокоточной, универсачьной ММ, адекватно отражающей процессы упрашісния реальным судном в различных условиях плавания и разнообразных эксплуатационных ситуациях.
При этом наиболее остро стоят вопросы моделирования движения судов на мелководье, при контакте с мелью, на участках рек со сложным полем скоростей течения.
Кроме того для полноценной подготовки судоводителя необходимо, чтобы он приобрел опыт управления разнообразными объектами. Поэтому есть настоятельная необходимость пополнения "тренажерной библиотеки* математическими моделями различных типов судов и, особенно, толкаемых составов.
Следует также отметить, что при обучении судоводителей на тренажере неизбежно возникают вопросы, связанные с оценкой качества управления судном. Для объективизации такой оценки необходимо располагать математическими моделями оптимального управления судном в различных условиях плавания.
Заинтересованность эксплуатационных организаций в подготовке, переподготовке и аттестации судоводителей на тренажерах очень велика, н поэтому проблемы .совершенствования судоводительских тренажерных :юмплексов весьма актуальны.
Цель работы состоит в создании комплекса математических моделей, яатяюшегося для судоводительских треналсров основой универсальной рабочей * Щ управляемого движения судов и толкаемых состяглв различных типов в разнообразных речных условиях, а тяжке предназиаченно-
го для использования при проектировании учебных полигонов и при оценке качества подготовки судоводителей на тренажерах.
Методы исследований. При выполнении работы автором использованы, в основном, традиционные методы математики, теоретической механики, гидромеханики, принятые в научных исследованиях в области теории корабля, судовождения, гидрологии водных путей. В частности, элементы дифференциального и интегрального исчисления, методы теории вероятностей и математической статистики, математические методы обработки результатов эксперимента, численные методы решения систем обыкновенных дифференциальных уравнении, а также уравнении в частных производных, методы параметрической идентификации и др.
При выводе уравнений движения судна п заданном поле скоростей течения исполкюаан аппарат уравнений Эйлера-Лагранжа, а также теория потенциальных движений жидкости.
Под руководством автора выполнен большой объем систематических модельных экспериментальных исследований впрямом и циркуляционном опытовых бассейнах НГАВТ по определению гидродинамических усилий, действующих на толкаемые составы различных типов. Кроме того проведены натурные испытания по замеру параметров движения судов и толкаемых составов на затруднительных для судоходства участках рек Иртыша, Оби, Енисея, Лены с инструментальной съемкой их гйдролого-морфологическнх особенностей.
Научная новизна диссертации, выносимая на защиту, состоит в разработке комплекса математических моделей для всесторонней качественной подготовки судоводителей на тренажерах, включающего:
ММ движения разнообразных объектов (грузовые суда, стандартные, нестандартные, порожние толкаемые составы) в речных условиях (на мелководье, при контакте с мелью, на участках со сложными планами течении);
методологию совершенствования (идентификации) ММ непосредственно в тренажерных центрах;
ММ оптимального управления движением судов и толкаемых составов дтя оценки качества управления их тренажерными аналогами;
алгоритмы расчета поля скоростей течения на затруднительных; для судоходства участках рек при разработке ММ районов плавания и учебных полигонов.
Практическая ценность разработанных в диссертации математических моделей состоит в том, что они могут быть основой рабочей математической модели судоводительских тренажеров; дают возможность эффективной организации качественной подготовки судоводителей; могут быть использованы при решении практических задач речного судовождении, эксплуатации и проектирования флота; входят в состав методик по обоснованию габаритов судовых ходов на затруднительных дтя судоходства участках рек.
Реализация результатов работы. Основные научные результаты работы реализованы на действующем судоводите.чьском тренажере "Мастер" центра Тренажерные системы" ЛО "Иртышское речное пароходстпо", з также в методиках расчета маневров толкаемых составов различных тн-von - многониточных, порожних, нестандартной компоновки, и методике обоснования габаритов судовых ходов на затруднительных участках рек; теория движения тел п речном потоке использована в методике расчета параметров движения льдин при подходе к гидросооружениям.
/1///?ой?////^/А7<3(9П>/производилась путем публикаций отдельных ее результатов, докладов и сообщений на научных конференциях, заседаниях кафедр судовождения, теории корабля, теоретической механики НГЛВТ, ВГЛВТ, КТИРПх. МАТИ им. Э.К.Циолковского, на семинаре "Прикладная гидродинамика" Института гидродинамики им. акад. МАЛаврентьева СО РАН, а также на XIV Всесоюзної) конференции по экспериментальной гидромеханике судна (Новосибирск, 1978), на .международном симпозиуме в Квебеке (Канада, 1981), на Всесоюзной научно-технической конференции НТО СП "XXXI Крыловскяе чтения -1983 г." (г.ГорышЙ, 1983), XV-ort научно-технической конференции Волжско-Камского НТО СП им. акад. АН.Крылова "Очередные задачи речного судостроения" (Горький, 1985), 13-ой международной конференции "300 лет Российского флота" (Санкт-Петербург, 199-1), международной научно-практической конференция * "Параметры перспективных транспортных систем республики Саха (Якутия)" (Якутск, 1995) и др.
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 10 публикациях, список которых приведен в конце автореферата.
Структура j/ обіли работы. Диссертация состоит из предисловия, введения, пяти глав, заключения, списка литературы и Д*И* приложении. Основное содержание включает 256 машинописных страниц, 2G таблиц, 66 рисунков, список литературы включает 120 наименований.
Актор выражает глубокую признательность сотрудникам НГАВТ, ВГАВТ, центра Тренажерные системы" АО ИРП за помощь п выполнении этой многоплановой работы и конструктивное обсуждение ее результатов, а также командам судов, принимавшим участие в натурных испытаниях