Введение к работе
Актуальность темы. Последние тридцать лет появилась тенденция использования альтернативных нефти источников энергии, особенно экологически чистой энергии ветра и солнца, что обусловлено ограниченностью запасов нефти, их неуклонным истощением и постоянным ростом затрат на добычу нефти. На флоте проблема сокращения потребления топлива может быть решена путем использования энергии ветра для движения судов, что требует разработки и установки на транспортных судах ветродвижителеи различных типов.
Использование ветродвижителеи на судне ведет к изменению характеристик его управляемости и поведения в условиях волнения. Следовательно, для обеспечения безопасности мореплавания судов с ветродвижителями необходимо исследовать влияние ветродвижителеи на управляемость судна в различных условиях, особенно при наличии волнения.
Потребность в разработке топливосберегающих технологий с использованием экологически чистых источников энергии и необходимость создания метода учета влияния ветродвижителеи на управляемость судна определяют актуальность и.перспективность темы диссертации, .
Связь работы с научными программами, планами, темами. Тема диссертации связана с госбюджетной научно-исследовательской работой "Усовершенствование методов безопасного судовождения в сложных условиях плавания", N ГР 0103U006406, в которой автор диссертации самостоятельно выполнил раздел.
Результаты диссертационной работы содержатся в научно-исследовательских работах "Разработка технического предложения системы управления вспомогательным ветродвижителем танкера проекта 16580", N ГР 01890082652, а также "Разработка руководства для плавсостава по управлению главным двигателем теплохода "Илья Сельвинский" со вспомогательным парусным вооружением".
2 Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка метода учета влияния ветродвижителеи на управляемость судна.
В основу исследования положена гипотеза о том, что наличие ветродвижителеи на судне в условиях волнения оказывает влияние на управляемость судна и процесс его качки из-за дополнительного взаимодействия ветродвижителеи с воздушными массами.
Главной задачей исследования является разработка алгоритма управления судном, оснащенного ветродвижителями. В диссертационном исследовании главная задача представлена тремя следующими частными задачами:
- формирование процедуры определения параметров качки судна с учетом
его ветродвижителеи;
разработка способа снижения бортовой качки судна путем управления ветродвижителями;
создание метода модельной оценки управляемости судна с ветродвижителями.
Объектом исследования является управляемость судов, а предметом исследования - влияние ветродвижителеи на управляемость судна при действии постоянного ветра в условиях регулярного волнения.
В диссертационной работе применены методы: . , .. .
исследования операций при декомпозиции главной задачи диссертации на составляющие;
механики, аналитической геометрии, аэродинамики, динамики твердого тела в части составления и решения дифференциальных уравнений движения объектов при описании динамической модели бортовой качки судна с парусным вооружением;
теории корабля;
оптимизации теории математического программирования для решения задачи выбора оптимального угла установки ветродвижителя;
моделирования для модельной оценки характеристик управляемости судна;
- численного интегрирования нелинейных дифференциальных уравнений
Рунге-Кутга-Фельдберга четвертого порядка
Научная новизна полученных результатов. Выполненные научные исследования подтвердили гипотезу о том, что наличие ветродвижителеи на судне в условиях волнения оказывает влияние на управляемость судна и процесс его качки из-за дополнительного взаимодействия ветродвижителеи с воздушными массами.
Разработан метод учета влияния ветродвижителеи на управляемость судна, который отличается тем, что в зависимости от характеристик ветродвижителеи позволяет моделировать различные режимы движения судна, вычислять параметры его качки и минимизировать бортовую качку.
В диссертационной работе получены следующие результаты, содержащие научную новизну:
- впервые получен способ расчета оптимального угла установки ветро-
движителя, минимизирующий амплитуду бортовой качки судна с ветродви-
жителем за счет заданного снижения его силы тяги;
- усовершенствован способ расчета параметров качки судна с ветродвижи-
телями для описания его поведения при волнении за счет учета дополните-
. льного- взаимодействияветродвижителя с-воздуышыми.массами^.. ^_.,.-
- дополнен метод модельной оценки управляемости судна с ветродвижите-
лями при наличии качки путем учета дополнительных составляющих сил тя
ги и дрейфа ветродвижителя.
Практическое значение полученных результатов. Практическая значимость проведенного диссертационного исследования заключается в том, что предложенный в работе метод учета влияния ветродвижителеи на управляемость судна может быть использован не только для парусного вооружения, но и для других типов ветродвижителеи, а также для различных типов судов с ветродвижителями.
Практическая ценность работы заключается в том, что полученные в работе алгоритмы, программы и имитационная модель могут быть использованы
4 и внедрены на судах с ветродвижителями для учета их реальной управляемости и минимизации бортовой качки, при проектировании судов с ветродвижителями, а также при разработке ветродвижителей.
Личный вклад соискателя. Результаты и разработки, полученные в диссертационной работе, выполнены соискателем самостоятельно.
Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертационной работы были доложены и одобрены на VII Всесоюзной научно-технической конференции г. Ленинград, 24-26 мая 1989 г., в 2001- 2004 годах на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ОНМА, а работа в целом представлена на научно - техническом совете ОНМА.
Структура работы. Работа состоит из введения, пяти глав, приложений -нет, полный объем работы 161 стр., содержит 40 рис. и 18 табл., список литературы 83 наименования.