Разработка математического и программного обеспечения систем управления движением судов на подводных крыльях

• Автор: Клименков, Александр Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 190 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ

1.1. Постановка задачи

1.2. Системный подход к создл ию системы управления движением судов на подводных КРЫЛЬЯХ. .
1.3. Реализация системного подхода на базе моделирования судна на подводных крыльях и его системы управления движением. .
1.4. Обобщенная математическая модель системы управления движением судна на подводных крыльях . .

Выводы по 1 главе . . .

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ
2.1. Структура математической модели системы управле ия движением судна на подводных крыльях . .
. Математическая модель пространственного возмущенного движения судм на подводных крыльях
2.3. Математический аппарат для расчета гидродинамических характеристик крыльевого комплекса
2.4. Методика учета ветроволиовых возмущений, действующих на судно на подводных КРЫЛЬЯХ ...
2.5. Линеаризованная модель динамики движения судна мподводных крыльях.
Выводы по главе 2. .
ГЛАВА 3. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДНА НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ
3.1. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ .
3.2. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПБЧЕИЕ. .
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДНОВ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ
4.1. МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ ПО ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ...
4.2. Влияние геометрии крыльевого устройства на динамические свойства судов м ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ .
4.3. ВЛИЯНИЯ МОДИФИКАЦИИ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ ПА НАГРУЗКУ КРЫЛЬЕВОГО КОМПЛЕКСА
4.4. ОПТИМИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ
4.5. Оценка и верификация алгоритмического и программного обеспечения.
ВЫВОДЫ по главе 4.. .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


При проектировании стоит задача выбора компоновки судна и разработки конструктивных элементов крыльевых устройств (КУ), обеспечивающих требуемые динамические характеристики, которые, как правило, определяются по результатам модельных испытаний предлагаемой конструкции. Если при этом моделирование проводится по традиционной схеме путем испытания буксируемых моделей в опытовых бассейнах, очевидно, что оно является весьма длительным и дорогостоящим процессом. Кроме того, традиционная схема моделирования не позволяет рассмотреть большое количество вариантов конструкции моделей. Главного конструктора судна. При оценке прочности элементов конструкции судна необходимо исходить из величины действующих на них внешних сил в различных эксплуатационных условиях. Так, по требованиям Регистра, при оценке прочности КУ СПК, как основного несущего элемента судна, должны быть рассмотрены случаи движения судна на крыльях на тихой воде без крена, с креном и на циркуляции, а также движение на волнении исходя из наиболее неблагоприятного нагружения крыла. При этом, величины внешних расчетных усилий определяются по оценочным формулам и являются весьма приближенными. Поэтому важно иметь инструмент для достоверного определения таких неблагоприятных нагружений, что особенно важно в условиях волнения. В противном случае возможно возникновение проблем с прочностью КУ в процессе эксплуатации. Как показывает практика, на прочность элементов КУ оказывает влияние также структура СУД. Рулевое устройство выбирается исходя из требований обеспечения поворотливости и устойчивости на курсе во всех режимах движения. Таким образом, для выбора состава и конструкции исполнительных органов (ИО) судна необходима априорная оценка их эффективности в любых эксплуатационных условиях, что требует проведения модельных исследований динамики. Учитывая повышенные требования к безопасности эксплуатации СПК, к его остойчивости, Регистром предъявляются дополнительные, по сравнению обычными водоизмещающими судами, требования, касающиеся его остойчивости в различных режимах плаванья и при различных внешних возмущениях, и всех установленных для него ограничений. При выборе элементов двигательно-движительного комплекса (ДЦК) требуется достоверная оценка сопротивления судна в наихудших условиях плаванья, что требует выявления этих условий. СУД СПК должна быть выполнена такой, чтобы при выходе из строя или неисправной работе любого органа стабилизации и управления, его силового привода или оборудования СУД можно было бы обеспечить поддержание в безопасных пределах основных параметров движения при помощи оставшихся исправными ИО или перевести судно в другой безопасный режим. Таким образом, для выполнения требований Регистра при создании СПК уже на стадии выбора конструкции его элементов и основных технических систем необходимо иметь возможность прогнозировать его динамические свойства, определяющие эффективность функционирования. Требуется проведение большого объема модельных испытаний, дорогостоящих и часто опасных. Отсутствие таких экспериментальных данных приводит к выявлению конструктивных недоработок уже на стадии эксплуатации судна, что снижает уровень его безопасности. Например, в процессе эксплуатации одного из СПК на Балтийском море выявилась его недостаточная собственная остойчивость в условиях интенсивного волнения или маневрирования в крыльевом режиме. Это потребовало доработки СУД и реализуемых ею алгоритмов управления уже в процессе эксплуатации, что повлекло за собой срывы графика движения, дополнительную нагрузку на капитана, увеличение риска аварийных ситуаций с пассажирами на борту, а также существенные затраты средств и времени на доработку СУД. Указанных недоработок в конструкции данного СПК и его подсистем можно было бы избежать, существенно расширив объем экспериментальных исследований еще на стадии проектирования судна и его СУД, что доказывает необходимость рассмотрения СПК как единого комплекса взаимосвязанных систем с учетом связей между ними. Очевидно, что такой анализ может быть проведен с помощью системной методологии. В данной работе рассматриваются вопросы проектирования СУД, одной из систем, определяющей эффективность его функционирования и его безопасность.