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

Контракт на разработку морской версии ЗРК «Тор» может быть подписан до конца года

Контракт на разработку морской версии ЗРК «Тор» может быть подписан до конца года АО «Ижевский электромеханический завод «Купол» (входит в концерн ВКО «Алмаз-Антей») рассчиты...

Кадры полыхающего корабля ВМС Украины появились в Сети

Кадры полыхающего корабля ВМС Украины появились в Сети Телеканал «Никвести» показал кадры полыхающего в Николаеве судна ВМС Украины U700 «Нетешин». Морской...

Российская экономика

Турция ограничила импорт пшеницы из России

Турция ограничила импорт пшеницы из России Турция ввела новые ограничения на импорт российской пшеницы. На Россию будет приходиться только до ч...

Минпромторг оценил потребность в обновлении рыбопромышленного флота в 400 судов

Минпромторг оценил потребность в обновлении рыбопромышленного флота в 400 судов Министерство промышленности и торговли оценивает потребность в обновлении рыболовецкого флота в коли...

Транспортная политика

РФ выступает за включение Японии в глобальные транспортные проекты

РФ выступает за включение Японии в глобальные транспортные проекты Россия выступает за включение Японии в глобальные проекты в сфере перевозок за счет строительства тр...

Японским компаниям следует рассмотреть вариант перевозок в РФ по Транссибу - эксперт

Японским компаниям следует рассмотреть вариант перевозок в РФ по Транссибу - эксперт Японским компаниям следует рассмотреть возможность задействования маршрута грузовых перевозок в Росс...

Морские порты

Грузооборот группы НМТП в январе - апреле вырос на 1,4% - до 50,6 млн т

Грузооборот группы НМТП в январе - апреле вырос на 1,4% - до 50,6 млн т Грузооборот терминалов группы «Новороссийский морской торговый порт» (НМТП) за январь - апре...

СМИ сообщили об отказе РЖД перевозить грузы в латвийские порты

СМИ сообщили об отказе РЖД перевозить грузы в латвийские порты По словам осведомленных источников, РЖД с весны без объяснения причин начала отклонять большинство з...




Морской транспорт

Судно «Капитан Коковин» пополнило флот «Северного морского пароходства»

Судно «Капитан Коковин» пополнило флот «Северного морского пароходства» 23 мая состоялась презентация нового теплохода ОАО «Северное морское пароходство» - «Капитан Коковин...

На НССЗ буксир-спасатель «Бейсуг» переведен из эллинга на открытый стапель

На НССЗ буксир-спасатель «Бейсуг» переведен из эллинга на открытый стапель 17 мая на Невском судостроительно-судоремонтном заводе состоялась выкатка многофункционального мелко...

Речной транспорт

В Якутске презентовали судно на подводных крыльях нового поколения

В Якутске презентовали судно на подводных крыльях нового поколения Директор по инновационному развитию «Центрального конструкторского бюро по СПК им. Р.Е.Алексеева» Се...

Енисейское пароходство включено в реестр ведущих транспортных организаций России

Енисейское пароходство включено в реестр ведущих транспортных организаций России «Енисейское речное пароходство» (ЕРП) включено в национальный реестр «Ведущие организации тр...

Ж/Д транспорт

Правительство предложило повременить с продажей «Сумме» блокпакета акций «Трансконтейнера»

Правительство предложило повременить с продажей «Сумме» блокпакета акций «Трансконтейнера» Правительство предложило президенту повременить с продажей группе «Сумма» блокпакета акций ОАО «Тран...

РЖД с 1 июня начнут опытную эксплуатацию грузовых вагонов с нагрузкой 27 тонн на ось

РЖД с 1 июня начнут опытную эксплуатацию грузовых вагонов с нагрузкой 27 тонн на ось ОАО «Российские железные дороги» (РЖД) с 1 июня начнет подконтрольную эксплуатацию подвижног...

Авто транспорт

Власти РФ должны утвердить «тестовый период» для весогабаритного контроля - доклад Титова

Власти РФ должны утвердить «тестовый период» для весогабаритного контроля - доклад Титова Власти России должны утвердить «тестовый период» внедрения автоматизированной системы весогабаритног...

Первый замглавы Минтранса: скидки в «Платоне» будут носить незначительный характер

Первый замглавы Минтранса: скидки в «Платоне» будут носить незначительный характер Скидка в системе оплаты за проезд большегрузных автомобилей по федеральным трассам «Платон» будет но...

Аналитика

Транспортная политика

Нормативное громадьё

Нормативное громадьё В России до сих пор не завершено формирование опорной транспортной сети, отсутствует должная координ...

За разумные условия для инвесторов

За разумные условия для инвесторов 15 сентября 2016 года в Керчи состоялось заседание Президиума Госсовета при участии президента, пред...

Морские порты

ПАО «ММТП» – стивидор с богатым опытом работы в Арктике

ПАО «ММТП» – стивидор с богатым опытом работы в Арктике Проектам по созданию современной инфраструктуры в Арктике для обеспечения безопасной и эффективной э...

Хатанга – река, арктический поселок и морской порт

Хатанга – река, арктический поселок и морской порт Морской порт Хатанга расположен на реке Хатанге, впадающей в Хатангский залив моря Лаптевых, в 115 м...

Морской транспорт

Исследование свойств судового топлива с растительными композициями

Исследование свойств судового топлива с растительными композициями Введение в последние годы международными организациями новых экологических норм и стандартов привело...

Ледоколы Финского залива

Ледоколы Финского залива Проанализированы ледокольные возможности линейных дизель-электрических ледоколов, эксплуатируемых в ...

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

Образование для плавсостава морских судов

Образование для плавсостава морских судов Рассматриваемая в настоящих предложениях тема реформы морского образования касается образовательного...

Российский транспортный университет

Российский транспортный университет Перспективы создания Российского транспортного университета волнуют общественность. Было бы неправил...

Грузовая база

Сужение емкости внутреннего рынка и блокада экспорта

Сужение емкости внутреннего рынка и блокада экспорта В 2015 году темпы роста производства в отечественной черной металлургии замедлились, по итогам 2016 ...

Замедление с перспективой роста

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

Безопасность мореплавания

Отработка плана ЛРН при бурении на шельфе

Отработка плана ЛРН при бурении на шельфе 17 августа 2016 года в Охотском море были проведены комплексные учения в рамках отработки Плана по п...

МСКЦ Владивосток на вахте

МСКЦ Владивосток на вахте Морской спасательно-координационный центр Владивосток (МСКЦ Владивосток) является структурны...

Севморпуть

Наша стратегия – развитие Арктики через опорные зоны

Наша стратегия – развитие Арктики через опорные зоны Архангельская область – один из явных лидеров развития в Арктической зоне России. Это мощный, всесто...

Транспортный потенциал Северного морского пути

Транспортный потенциал Северного морского пути В 1980-е годы 70 портов Советского Союза обеспечивали перевалку около 400 млн тонн внешнеторговых, к...




Судостроение

Коэрцитиметрия в системе менеджмента качества

Коэрцитиметрия в системе менеджмента качества Разработка и внедрение инновационных технологий – составная часть менеджмента качества продукции. В ...

Пассажирский флот нового поколения

Пассажирский флот нового поколения 31 августа 2016 года Средне-Невский судостроительный завод (входит в ОСК) спустил на воду уг...

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

Морское пиратство сегодня

Морское пиратство сегодня Проблема морского пиратства или вооруженного разбоя на море, которая существует с незапамятных време...

Охотники за пиратами

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

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 4 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...