Криволинейное движение судна

Безопасность мореплавания
Криволинейное движение судна

Нахождение значений маневренных констант судна и их использование для управления его криволинейным движением

В опубликованной в этом году брошюре «Математическая модель криволинейного движения судна (построение и использование)» дано описание построения математической модели движения судна в процессе его перемещении (повороте) с одной линии пути на другую при помощи руля. Для построения этой модели, основанной на положениях теории идентификации сложных объектов управления, используются присущие каждому судну постоянные величины – маневренные константы, характеризующие его маневренные качества. Значения этих констант для каждого судна зависят от его посадки и режима работы движителя и находятся из экспериментов. Использование маневренных констант дает возможность теоретически обоснованного решения всех задач, возникающих в процессе управления движением судна при его перемещении на другую линию пути.

Геннадий Поваляев, капитан дальнего плавания

 

Управление объектом

Математическая модель представляет собой абстрактное отражение реального объекта, выраженное в виде математических, логических и других построений. Она строится с целью всестороннего исследования реального объекта управления для создания алгоритмов и программ, реализующих команды управления этим объектом. Если объект управления может быть достаточно полно описан путем математических построений, то система управления им строится только на их использовании. Для создания систем управления сложными объектами управления используются методы построения их математических моделей на основе использования имеющегося теоретического описания путем его дополнения сведениями, полученными из экспериментов.

Объект управления принимает определенные наблюдаемые сигналы на входе (u) и преобразует их также в наблюдаемые сигналы на выходе. Между этими двумя событиями происходят физические процессы, адекватное математическое описание которых дать невозможно ввиду необходимости учета большого количества задействованных неизвестных величин. Вследствие этого связь между сигналами на входе и выходе может быть установлена только экспериментальным путем, поэтому математическая модель объекта управления создается по результатам обработки наблюдений. В процессе преобразования входных сигналов в получаемые на выходе объект управления может оказаться под воздействием различных помех (f), что выражается в изменении ожидаемых значений сигналов на выходе

Движение судна в водной среде осуществляется работой движителя, а удержание на заданной траектории обеспечивается перекладками руля. Эти устройства создают силы (u), контролируемые судоводителем путем задания режима работы движителя (Е) и угла отворота пера руля (Н). Эти силы есть сигналы, передаваемые на вход объекта управления (судна), которые с течением времени преобразуются в выходные сигналы (y), проявляющиеся в виде угловой скорости (ω) и линейной (V). Помехами являются воздействия воздушных масс (W), течения (С) и глубины под килем (D).

 

Рис.1

 

 

Схема преобразования входных сигналов судна и помех в сигналы выхода изображена на рис. 1. Математическая модель движения судна после отворота руля от ДП строится путем установления соотношений между величинами (Е, Н) и (V, W) при помощи маневренных констант. В данной работе движение судна рассматривается при неизменном значении Е, т.е. постоянном режиме работы движителя и отсутствии сигналов F.

Перемещение судна по криволинейной траектории происходит в результате сложения поступательного и вращательного движений его корпуса и характеризуется следующими особенностями:

-         после отворота руля от нейтрального положения при поступательном движении судна постоянной скоростью Vp все точки его корпуса начинают вращаться вокруг оси, проходящей через точки, угловая скорость которых равна нулю. Эта ось называется осью вращения (ОВ), на плоскости она обозначается через полюс Р;

-         ОВ возникает в момент начала вращения судна и проходит через точку F, находящуюся на внешней части форштевня в месте его соприкосновения с водной поверхностью, по мере увеличения угловой скорости она перемещается к центру тяжести судна (ЦТ);

-         расстояние от ОВ до точки F в любой момент времени называется мгновенным носовым радиусом вращения судна (rf), до аналогичной кормовой точки – кормовой радиус вращения судна (rs);

-         в свою очередь, ОВ вращается вокруг мгновенного центра скоростей Cp с угловой скоростью ω, равной угловой скорости вращения точек корпуса судна вокруг ОВ;

-         Cp всегда находится на перпендикуляре, восстановленном из точки корпуса судна, через которую проходит ОВ, и находится от нее на расстоянии, которое называется мгновенным радиусом поворота судна (Rp);

-         в процессе возрастания угловой скорости при неизменном положении пера руля значение Rp уменьшается и Cp перемещается по эволюте к судну;

-         когда угловая скорость становится постоянной, Cp находится на наименьшем расстоянии от ЦТ, при уменьшении ω он перемещается по эволюте от судна;

-         с началом перекладки руля для уменьшения угловой скорости судна ОВ, если она находилась впереди ЦТ, мгновенно совмещается с ним и по мере уменьшения ω начинает перемещаться в сторону кормы судна;

-         в момент, когда угловая скорость становится равной нулю, ОВ совпадает с наружной кромкой ахтерштевня по действующей ватерлинии – точкой S, значение Rp обращается в бесконечность. С этого момента судно начинает двигаться по прямолинейной траектории;

-         скорость судна относительно водной среды Vp есть мгновенная линейная скорость точек корпуса, через которые проходит ОВ;

-         траектория движения точек корпуса судна, через которые проходит ОВ, близка к гиперболической, поэтому все вычисления моментов начала перекладок руля и их величин основаны на этом положении.

Центром гиперболы является точка Wp пересечения линий начального пути судна (К1) и линия следующего (К2), которые служат асимптотами. Параметрами канонического уравнения гиперболы служат величины а и b, где а – расстояние от центра до вершины, b – длина перпендикуляра к действительной оси от вершины до точки пересечения с асимптотой.

Из закономерностей кинематики точки следует, что уравнение ее движения можно составить при известном значении ее начального ускорения и закона его изменения. Поэтому для составления уравнений движения точек корпуса судна, через которые проходит ОВ, необходимо иметь значения этих величин, которые могут быть найдены из результатов обработки выходного сигнала. Таким сигналом является изменение направления движения судна, т.е. его курса во времени, который можно наблюдать по компасу и после обработки наблюдений получать значения углового ускорения.

 

Угловое ускорение

Угловое ускорение возникает в результате давления потока воды на перо руля и зависит от силы этого давления. В свою очередь, сила давления этого потока пропорциональна площади пера руля, умноженной на синус угла отворота руля Q. Так как отворот руля от ДП происходит в пределах от 0° до 35°, где функция sin достаточно линейна, то и величина возникающего углового ускорения должна быть пропорциональна углу Q и отношение величины угла отворота руля Q к наибольшему значению углового ускорения Єmq (Mg) должно быть постоянной величиной.

Величина Mg (град.*сек.2/рад.) выражает связь между входным и выходным сигналами: величиной угла отворота руля Q (для определенной посадки судна и при постоянном режиме работы движителя) и соответствующим ему значением наибольшего углового ускорения, которое увеличивает угловую скорость, поэтому она называется маневренной константой положительного углового ускорения. Вследствие влияния направления вращения гребного винта на поворотливость судна значения Mg при повороте вправо и влево различны, поэтому они обозначаются соответственно Mgs и Mgp.

Продолжительность возрастания угловой скорости Tg от начала перекладки руля до ее постоянного значения также линейна и пропорциональна значению угла Q. Для решения задач управления перекладками руля на повороте эту зависимость также можно принять за линейную. Тогда отношение продолжительности увеличения угловой скорости Tg к начальному углу отворота Qg есть постоянная величина Mt (сек/град.), которая называется маневренной константой по времени возрастания угловой скорости судна. При повороте вправо она обозначается Mts, влево – Mtp. Если значения Mg и Mt известны, то для любого начального угла отворота Q, заданного в определенных пределах, можно наибольшее угловое ускорение Єm и закон его изменения de = Єm / Tgq.

 

Уравнения движения

Для составления уравнения движения судна на этапе уменьшения угловой скорости находятся закономерности ее уменьшения. С этой целью измеряется продолжительность уменьшения угловой скорости Td от достигнутого постоянного значения ωс до нуля после перекладки руля на противоположный борт на угол Qd, равный Qg. По значению ωс и времени Td находится угловое ускорение при уменьшении угловой скорости. Отношение величины угла отворота руля к среднему угловому ускорению (Md (град.*сек.2/рад.) за время уменьшения угловой скорости называется маневренной константой уменьшения угловой скорости. Для нахождения значений маневренных констант судна в процессе проведения экспериментов автором разработана компьютерная программа Constants.

Решение параметрических уравнений движения судна, составленных при помощи маневренных констант, реализовано в компьютерных программах Turn, Turn2 и Simulator для ОС Windows. Программа Turn вычисляет значения начального угла отворота руля qg направления движения судна по первой части ветви гиперболы, угол перекладки руля qd для движения судна по второй части ветви гиперболы, расстояние fw от точки F до Wp в момент начала перекладки руля на угол qg, а также а, rp и tw для заданных значений начального и конечного курсов в градусах и скорости судна в м/сек. и воспроизводит движение судна на дисплее компьютера. Программа Turn2 выдает те же данные при заданном параметре а. Программа Simulator воспроизводит на дисплее движение судна при различных углах перекладки руля и является компьютерным тренажером.

Все эти программы и Руководство для пользования ими записаны на диск, приложенный к каждой брошюре «Математическая модель криволинейного движения судна (построение и использование)», которая распространяется вместе с диском по цене 300 руб. за комплект с доставкой наложенным платежом. Ее можно заказать непосредственно у автора по e-mail: gpovalyaev@bk.ru.

 

Из Досье «МВР»

Геннадий Николаевич Поваляев родился в 1937 году. Окончил судоводительский факультет ЛВИМУ им. адм. Макарова в 1959 году. С 1960 по 1969 год работал помощником, а с 1969 по 1986 год капитаном на судах Латвийского морского пароходства. В 1967-1970 годах заочно учился в аспирантуре ЛВИМУ им. адм. Макарова при кафедре «Автоматизация судовождения». С 1986 по 1991 год работал в НТУ, затем в ГГМИ ММФ ведущим инспектором по безопасности мореплавания. С 1991 по 1994 год работал капитаном на танкерах греческой компании Adriatic Tankers и англо-норвежской Acomarit.

Автор книг и брошюр:

Англо-русский толковый словарь-справочник морских терминов. М.: РосКонсульт, 2002.

Управление движением судна по криволинейной траектории. М.: ТрансЛит, 2011.

Теория и практика управления криволинейным движением судна. М.: ТрансЛит, 2013.

 

Морские вести России №16 (2014)


Вернуться к разделу Безопасность мореплавания

Новости

Лента новостей

В Севастополе возобновились парусные гонки, прерванные сильнейшим штормом

В Севастополе возобновились парусные гонки, прерванные сильнейшим штормом В воскресенье в 10:00 в Севастополе возобновились гонки II этапа Национальной парусной Лиги, которые...

В Москве появятся Корабельная, Капитанская, Рыбацкая и Катерная улицы

В Москве появятся Корабельная, Капитанская, Рыбацкая и Катерная улицы Московская городская межведомственная комиссия по наименованиям одобрила переименование восьми улиц ...

Российская экономика

ОСК примет участие в создании судостроительного кластера в Астраханской области

ОСК примет участие в создании судостроительного кластера в Астраханской области Губернатор Астраханской области, вице-президент по гражданскому судостроению ОСК и директор «Ассоциа...

Пять европейских компаний согласились финансировать «Северный поток-2»

Пять европейских компаний согласились финансировать «Северный поток-2» Nord Stream 2 AG подписала с Engie, OMV, Shell, Uniper и Wintershall соглашения о финансировании про...

Транспортная политика

Премьер Дмитрий Медведев посетил ледокол «Новороссийск»

Премьер Дмитрий Медведев посетил ледокол «Новороссийск» 21 апреля председатель правительства России Дмитрий Медведев в рамках рабочего визита в Мурманск про...

Бизнес Крыма нужно поддерживать через компенсацию расходов на транспорт - Глазьев

Бизнес Крыма нужно поддерживать через компенсацию расходов на транспорт - Глазьев В Крыму должна быть реализована система компенсации бизнесу транспортных расходов, аналогичная той, ...

Морские порты

Власти Петербурга рассматривают возможность создания ОЭЗ в порту Бронка

Власти Петербурга рассматривают возможность создания ОЭЗ в порту Бронка Власти Санкт-Петербурга Петербурга рассматривают возможность создания портовой особой экономической ...

Грузооборот портов КНР в марте 2017 года увеличился на 8,5%, до 728,16 млн тонн

Грузооборот портов КНР в марте 2017 года увеличился на 8,5%, до 728,16 млн тонн Грузооборот портов Китая по итогам марта 2017 года вырос к аналогичному периоду 2016 года на 8,5%...




Морской транспорт

«Евросиб-Логистика» осуществила доставку комплектующих для судов во Владивосток

«Евросиб-Логистика» осуществила доставку комплектующих для судов во Владивосток «Евросиб-Логистика» доставила из Китая на Восточную верфь во Владивосток более 100 тонн комплектующи...

Пентагон предупредил о новом всплеске пиратства у берегов Сомали

Пентагон предупредил о новом всплеске пиратства у берегов Сомали Министерство обороны США сообщило об учащении случаев нападений пиратов у берегов Сомали и предупред...

Речной транспорт

На Верхней Волге открывается навигация Волжского пароходства

На Верхней Волге открывается навигация Волжского пароходства Грузовая навигация Волжского пароходства открывается на Верхней Волге 25 апреля, сообщает пресс-служ...

Заседание Экспертного совета Ленского бассейна прошло в Иркутске

Заседание Экспертного совета Ленского бассейна прошло в Иркутске 20 апреля заместитель руководителя Росморречфлота Виктор Вовк принял участие в совместном заседании ...

Ж/Д транспорт

РЖД подписали соглашение по развитию контейнерных перевозок «Китай - Европа»

РЖД подписали соглашение по развитию контейнерных перевозок «Китай - Европа» РЖД подписали соглашение с представителями железнодорожных компаний Китая, Беларуси, Германии, Казах...

Акционеры Globaltrans утвердили дивиденды за 2016 г. в размере 39,2 руб. на акцию

Акционеры Globaltrans утвердили дивиденды за 2016 г. в размере 39,2 руб. на акцию Акционеры крупнейшего российского частного оператора грузовых вагонов и локомотивов - Globaltrans - ...

Авто транспорт

Пробег для возможного получения скидки в «Платоне» может быть достигнут за полгода - автоперевозчики

Пробег для возможного получения скидки в «Платоне» может быть достигнут за полгода - автоперевозчики Пробег для возможного получения скидки в системе «Платон» может быть достигнут за полгода. Такое мне...

Законопроект об увеличении штрафов в «Платоне» будет внесен в весеннюю сессию - Минтранс

Законопроект об увеличении штрафов в «Платоне» будет внесен в весеннюю сессию - Минтранс Законопроект об увеличении штрафов в системе взимания платы за проезд большегрузов по федеральным тр...

Аналитика

Транспортная политика

Транспорт Крыма: осторожный рост и сдерживающие факторы

Транспорт Крыма: осторожный рост и сдерживающие факторы 23-24 июня 2016 года в г. Алуште (Крым) в отеле Riviera Sunrise Resort & Spa состоялся Трети...

Росморречфлот подвел итоги года

Росморречфлот подвел итоги года 30 марта 2016 года в Москве состоялось итоговое совместное заседание Коллегии Федерального агентства...

Морские порты

Развитие инфраструктуры морского порта Восточный и вопросы безопасности мореплавания

Развитие инфраструктуры морского порта Восточный и вопросы безопасности мореплавания Морской порт Восточный – крупнейший порт на Дальнем Востоке и один из лидеров по грузообороту в Росс...

Северный плацдарм морских портов Приморского края

Северный плацдарм морских портов Приморского края Филиал Федерального государственного бюджетного учреждения «Администрация морских портов Приморского...

Морской транспорт

Безопасность судоходства по Волго-Каспийскому судоходному каналу – категория экономическая

Безопасность судоходства по Волго-Каспийскому судоходному каналу – категория экономическая От организации эксплуатации Волго-Каспийского морского судоходного канала (ВКМСК) и его сост...

Акцизный налог

Акцизный налог Начало нового года уже традиционно связано с изменениями налогообложения. В период бюджетного дефици...

Ж/Д транспорт

Премия за скорость

Премия за скорость В 2017 году тариф на грузовые перевозки по железной дороге вырастет на 6%. Из них 4% – ожида...

РЖД – портовикам: экономьте как мы

РЖД – портовикам: экономьте как мы Президент РЖД Олег Белозеров недавно рассказал о громких успехах компании в части сокращения расходо...




Темы

Инфраструктура / Образование

Фиговый лист для безопасности мореплавания

Фиговый лист для безопасности мореплавания Проблеме повышения безопасности мореплавания (в угоду судовладельцам) придана дуалистическая...

Гранты – молодым ученым Дальнего Востока

Гранты – молодым ученым Дальнего Востока Молодые ученые Научно-исследовательского института морского транспорта МГУ им. адм. Г.И. Невельского...

Грузовая база

Замедление с перспективой роста

Замедление с перспективой роста Недавно простимулированная девальвацией отрасль минеральных удобрений в России замедлила свой рост п...

Контейнерные надежды

Контейнерные надежды В 2015 году грузооборот российских контейнерных терминалов сократился на 25% по отношению к пред...

Безопасность мореплавания

Система «Груз – контроль» для обеспечения безопасности перевозок

Система «Груз – контроль» для обеспечения безопасности перевозок Международный кодекс морской перевозки навалочных грузов (МКМПНГ) устанавливает требования п...

Человеческий фактор – матрица аварийности

Человеческий фактор – матрица аварийности В современном мире термин «человеческий фактор» воспринимается как нечто негативное, то, что несет у...

Севморпуть

Особенное судоходство

Особенное судоходство С каждым годом отступление морских льдов в период арктического лета привлекает все больше внимания. ...

Арктические перевозки

Арктические перевозки В сферу важнейших мероприятий государственной политики РФ в Арктике входит интенсификация судоходств...




Судостроение

Снабжение потребителей энергоносителями в замерзающих морях РФ: комплексный подход

Снабжение потребителей энергоносителями в замерзающих морях РФ: комплексный подход Большинство морей, омывающих берега России, являются замерзающими. Даже некоторые южные порты (н...

Флот для рыбаков: от слов к делу

Флот для рыбаков: от слов к делу В конце мая в Москве при поддержке Морской коллегии при Правительстве РФ, Минпромторга и Минтранса Р...

Таможня

Таможенный кодекс ЕАЭС в эксклаве

Таможенный кодекс ЕАЭС в эксклаве В силу эксклавного положения Калининградской области ее транспортный бизнес особенно  чувс...

Проблемы и вопросы морских грузоперевозок

Проблемы и вопросы морских грузоперевозок К сожалению, из года в год функционирование морских пунктов пропуска РФ вполне можно квалифицировать...

Пиратство

Охотники за пиратами

Охотники за пиратами Многие обыватели, да и, что греха таить, сами заказчики считают, что работа вооруженной морской охра...

Moran Security Group: Тенденции и прогноз пиратства в Индийском океане. Опыт противодействия

Moran Security Group: Тенденции и прогноз пиратства в Индийском океане. Опыт противодействия Проблема сомалийского пиратства в Индийском океане, где пролегают основные торговые маршруты, связыв...

Из истории флота

В Империи экспорт нефти был запрещен

В Империи экспорт нефти был запрещен Российская нефть – ее история охватывает вопросы нефтедобычи, нефтепереработки, транспорта и, конечн...

Славными победами сильны

Славными победами сильны В Севастополе и на Черноморском флоте по инициативе Севастопольского Морского собрания (СМС)...

Наши издания

Морские вести России

Газета «Морские вести России» издается при поддержке Федерального агентства морского и речного транспорта и Морской коллегии при Правительстве РФ тиражом 9 тыс. экземпляров, полным цветом, объемом до 28 полос. Формат издания - А-3 …

Морской флот

Информационно-аналитический журнал «Морской флот» освещает деятельность российского судоходства и всех процессов, связанных с морскими перевозками внешнеторговых грузов РФ …

Морские порты

Информационно-аналитический журнал «Морские порты» освещает деятельность российского портового комплекса и всех процессов, связанных с международными перевозками внешнеторговых и транзитных грузов через морские порты России …

Международный экспедитор

ВНИМАНИЕ! Издательство объявляет о продаже или аренде журнала «Международный экспедитор». Информационно-аналитический журнал освещает вопросы транспортной логистики, складского хозяйства, таможенного оформления грузов и ...




Транспортное дело России

Научный журнал «Транспортное дело России», основан в 1999 году, входит в Перечень ВАК. Выходит 6 раз в год ...

Инновационная экономика

Научный журнал «Инновационная экономика: информация, аналитика, прогнозы», выходит с 2010 года 6 раз в год ...

Справочник морские порты

В 2016 году редакция выпустила 7-е издание спраочника. Первый выпуск состоялся в 2001 году. Справочник выходит в режиме один раз в два года ...

Справочник речные порты

В 2015 году, по поручению Росморречфлота, редакция подготовила и выпустила 3-е издание справочника. Первый выпуск состоялся в 2011 году. Справочник выходит в режиме один раз в два года ...

Спецпроекты

Конференции

Анонсы, репортажи и отчеты с конференций и семинаров, организуемых издательством «Морские вести России». На конференциях обсуждаются самые актуальные проблемы отрасли судоходства, судостроения и портово...

Бюллетень новостей

С 2010 года издательство «Морские вести России» ведет интернет-рассылку собственного бюллетеня отраслевой информации с подборкой наиболее важных новостных сообщений. «Бюллетень новостей» рас...

Торговая площадка

В данном разделе публикуются объявления о покупке/продаже/аренде перегрузочного оборудования, средств транспорта, услуг и вакансий.

По условиям размещения объявлений обращаться по тел.: +7 (495) 763-54-2...

Информация СКЦ

Регулярная сводка «Спасательно-координационного центра Росморречфлота» (СКЦ Росморречфлота). Все происшествия на водном транспорте, оповещения об опасных гидрометеорологических условиях.





Фото/Видео репортажи

Информационный интернет-портал «Морвести.Ру» публикует фоторепортажи о наиболее значимых событиях в отрасли морского и речного транспорта. Совещания и экспертные советы в Минтрансе и федеральных агентствах, н...

Конкурс коков

Конкурс планируется провести в два этапа 5 июля 2017 года.
1-й этап – отборочный тур, с 23 января 2012 года по 23 июня 2017 года
2-й этап – конкурс финалистов – 5 июля 2017 года.
Особые условия. Уча...

Конкурс «Удиви ближнего»

Журнал «Морской флот» открывает рубрику «Удиви ближнего». Это будут ваши фотографии, на которых есть что-то необычное, непривычное или загадочное, удивившее вас в дальних рейсах.

Если у вас появится ...

Морская семья

Россия всегда славилась семьями моряков, из поколения в поколение передававшими любовь и интерес к морской профессии. Главным для них была верность своему долгу перед Родиной, нелегкой работе в море и тем, кто жде...