Міністерство освіти і науки України

Одеська національна морська академія

Назаров Альберт Георгійович

УДК 656.61.052

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ КЕРУВАННЯ

МАЛИМИ ВІТРИЛЬНИМИ СУДНАМИ

Спеціальність 05.22.16 -"Судноводіння"

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

Одеса - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській національній морській академії Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор

Мальцев Анатолій Сидорович,

Одеська національна морська академія,

завідуючий кафедрою керування судном

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Воробйов Юрій Леонідович, Одеський національний морський університет, радник ректора

кандидат технічних наук,

Дудник Сергій Антонович, судноплавна компанія "Каалбай Шиппинг", м. Одеса, провідний спеціаліст

Провідна установа: Український державний морський технічний університет ім. адмірала С.О.Макарова, м. Миколаїв

Захист відбудеться " 6 " травня 2004 р. о 13-00 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д41.106.01 в Одеській національній морській академії за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 8, корп.1, зал вченої ради академії.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеської національної морської академії за вище вказаною адресою.

Автореферат розісланий " 5 " квітня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, д.т.н., професор В.А.Голіков

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Питання, пов'язані з проектуванням і експлуатацією малих вітрильних суден, особливо актуальні зараз у зв'язку з посиленим розвитком рекреаційного бізнесу і спорту в контексті екологічних проблем і дефіциту енергоресурсів. Забезпечення ефективної і безпечної експлуатації цих суден, їхнє проектування, створення відповідної нормативної бази і тренажерів для підготовки судноводіїв неможливі без знань особливостей руху вітрильників. Використання енергії вітру обумовлює високу залежність розглянутого типу суден від метеоумов, а малі розміри висувають підвищені вимоги до їхньої мореплавності і безпеки. З погляду динаміки вітрильне судно - це система гідро- і аерокрил, що рухаються на межі розділу водного і повітряного середовищ. Рух вітрильного судна розглядається в першу чергу стосовно напрямку істиного вітру v і характеризується курсом щодо вітру T. Складність і характерна відмінність режимів експлуатації вітрильних суден полягає в наявності ходових кутів крену =0...30 та дрейфу =0...10, у необхідності мати достатню остійність для несення вітрил, а також у широкому діапазоні відносних швидкостей руху Fr=0.15...0.75.

Аеродинамічні характеристики вітрильного оснащення визначаються курсом A відносно вимпельного вітру і його швидкістю vА, кутом крену , а також залежать від численних варіантів постановки і настроювання його елементів. При цьому найчастіше потрібно забезпечити високу точність прийнятих експлуатаційних і проектних рішень. Наприклад, у відповідальних змаганнях спортивних вітрильних суден різниця у швидкості лідерів і аутсайдерів не перевищує 1...2%.

Традиційно використовувані в даний час методи математичного опису вітрильних суден ефективні лише при розгляді рівномірного прямолінійного руху судна під дією гідро- і аеродинамічних сил. У той же час, широке коло задач динаміки вітрильного судна не може бути вирішене таким способом: практика показує, що для комплексної оцінки експлуатаційних якостей варто застосовувати методи, що лежать на стику традиційних розділів теорії корабля. Наприклад, маневрування (а саме - виконання поворотів оверштаг) є невід'ємною складовою частиною ходових якостей на лавіровці. На попутних курсах можливість функціонування обмежена небезпекою брочинга, резонансним розгойдуванням і зниженням ефективності засобів керування. Для деяких суден виконання поворотів у сильний вітер і на хвилі ускладнюється недостатнім інерційнім видвігом, великим аеродинамічним опором надводної частини і т.д. Ці й інші проблеми обумовлюють необхідність підвищення ефективності і керованості суден, обґрунтованого вибору прийомів керування ними, оптимізації гідроаеродинамічного компонування і створення тренажерів для підготовки судноводіїв суден розглянутого типу. Оскільки дотепер перераховані питання кількісно практично не розглядалися, для їхнього вивчення необхідно створити методи розрахунку динаміки гідроаеросистеми “вітрильне судно” при його нестабільному русі та маневруванні. Це завдання може бути вирішене шляхом чисельного моделювання руху і керованості малого вітрильного судна на ЕОМ, що вимагає створення математичної моделі і проведення теоретичних і експериментальних досліджень.

У запропонованій дисертаційній роботі розглянуто новий підхід до аналізу динаміки і розробки математичної моделі вітрильного судна, що припускає об'єднання характеристик ходу, керованості, поперечної остійності та хитавиці.

Зв'язок роботи з науковими програмами і темами. Робота виконана в рамках національної програми України "Флот і транспорт", проект "Безпека мореплавства" НДР №1-А, ДР №0195U007109.

Метою даної роботи є підвищення ефективності керування малими вітрильними суднами завдяки використанню комплексної оцінки елементів їхньої динаміки при нестаціонарному русі.

Об'єктом дослідження є мале вітрильне судно, предметом дослідження – керованість та нестаціонарний рух малого вітрильного судна.

Для досягнення зазначеної мети були поставлені і вирішені наступні задачі:

·

·

·

·

·

Методи досліджень. У дисертаційній роботі для опису процесу маневрування використані диференціальні рівняння другого порядку, методи параметричної і структурної ідентифікації коефіцієнтів рівнянь, статистичні методи обробки результатів досліджень і динамічне програмування.

Наукова новизна отриманих результатів:

·

·

·

Практичне значення отриманих результатів полягає у створенні інженерної методики розрахунку елементів нестаціонарного руху і керованості малих вітрильних суден на основі розробленої математичної моделі. Модель реалізована як програма для ПЕОМ, що дозволяє: виконувати чисельне моделювання нестабільного руху малих вітрильних суден з урахуванням особливостей їхньої динаміки; аналізувати ефективність різних прийомів керування; використовувати для підготовки судноводіїв. Результати роботи можуть бути використані:

·

·

·

Результати роботи застосовані у класифікаційних органах Регістра судноплавства України при розробці "Правил побудови і класифікації малих суден" та в Державній інспекції судноплавного нагляду України для формулювання вимог до керованості й остійності вітрильних суден, а також у навчальному процесі на факультеті Морських технологій і судноплавства Севастопольського національного технічного університету.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є результатом самостійного дослідження. У роботах, виконаних у співавторстві, безпосередньо автором розроблені: математична модель динаміки малого вітрильного судна; техніка і методика експериментального дослідження гідродинамічних характеристик моделей суден; методи розрахунку гідродинамічних і аеродинамічних характеристик елементів вітрильних суден при нестаціонарному русі.

Апробація результатів роботи. Основні положення роботи доповідалися на конференціях:

·

·

·

·

·

Публікації. Основний зміст роботи відображеній у 14 публікаціях, в тому числі 6 - у наукових збірниках, зареєстрованих ВАК України.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів і висновку, містить 172 сторінки машинописного тексту, 38 рисунків, 4 таблиці, список літератури із 160 найменувань. У додатках приведені роздруківки програм розрахунків для ПЕОМ.

ЗМІСТ РОБОТИ

В вступі обґрунтована актуальність розробки методів математичного моделювання керованості малих вітрильних суден, сформульовані мета й основні завдання, розв'язані в дисертації.

В першому розділі розглядається сучасний стан проблеми визначення характеристик руху малого вітрильного судна. На фоні історичного розвитку динаміки вітрильних суден розглянуті застосовувані рівняння руху і методи визначення окремих складових аеро- і гідродинамічних сил і моментів, що діють на мале вітрильне судно. Сформульовано мету дослідження та обґрунтовані методи її вирішення.

На основі робіт Девідсона, Херрешоффа, Кервіна, Олівера, Геррітсми, П.С.Якшарова, Л.В.Забурдаева, А.С.Стружиліна та ін. проаналізовано сучасний стан математичного моделювання рівномірного прямолінійного руху малого вітрильного судна в традиційній постановці. Розглянуті дослідження динаміки транспортних вітрильників, виконані М.В.Міюсовим, Г.А.Алчуджаном, Ю.С.Крючковим, А.А.Русецьким. Рух вітрильного судна по заданому шляху на основі статистичного підходу досліджено А.Г.Олейником, Шлагетером, Філпоттом, Треби й ін., а деякі вузькі питання нестаціонарної динаміки і керованості вітрильних суден вивчені Мархаєм, Спенсом, Харрісом, Масуямою, А.А.Оскольським, Н.В.Григор'євим і ін. З огляду на значимість питання, наведений аналіз розвитку науки керованості суден інших типів у роботах А.М.Басина, Л.Л.Вагущенка, А.В.Васильєва, Ю.Л.Воробйова, А.Д.Гофмана, Ю.М.Мастушкіна, А.С.Мальцева, В.Г.Павленко, Р.Я.Першиця, Н.Б.Слижевського, Г.В.Соболєва, К.К.Федяевського, Бишопа, Клейтона, Норрбина, Ньюмена, Номото, Інуї й ін.

Виконано огляд існуючих методів розрахунку гідродинамічних і аеродинамічних характеристик (ГДХ і АДХ) вітрильних суден і проаналізована їхня придатність для запропонованої роботи. Приділено увагу досягненням у суміжних галузях науки, що можуть бути використані для досліджень вітрильних суден: гідроаеродинаміка крил, поганообтічних тіл і т.д. Відзначається, що для поставленого в роботі завдання повинні бути розроблені нові математичні моделі нестаціонарних ГДХ і АДХ, більшість з яких, проте, можуть базуватися на результатах виконаних раніше досліджень вітрильних та інших типів суден, а також досягнень суміжних галузей науки.

За результатами огляду зроблений висновок про те, що питання керованості малих вітрильних суден розглянуте недостатньо і даний напрямок вимагає подальшого вивчення. Для складання розрахункових формул і планування експериментальних робіт зібрані та систематизовані статистичні дані щодо сучасних малих вітрильних суден; визначені діапазони зміни основних характеристик і намічені тенденції розвитку розглянутого класу суден.

У другому розділі виконане обґрунтування напрямку досліджень, розроблена загальна методика досліджень, побудована технологічна карта дисертації.

По методологічному напрямку дисертаційна робота являє собою моделювання процесу. Проаналізовано застосовність існуючих сучасних підходів до складання математичних моделей, використовуваних для опису руху судів при маневруванні. Першу групу складають методи, засновані на визначенні гідродинамічних і аеродинамічних характеристик корпуса і засобів керування на базі теоретичних досліджень і модельного експерименту. Другій підхід складають методи параметричної ідентифікації коефіцієнтів рівнянь системи на основі результатів натурних іспитів судна. У цей дисертаційній роботі створені методи аналізу ефективності керування малими вітрильними суднами, необхідні для обґрунтування прийомів та засобів керування на основі першого з зазначених підходів. Істотною відмінністю розробленої математичної моделі вітрильного судна є зняття ряду допущень і розгляд у ній додаткових характерних факторів, що надає можливість оцінки параметрів руху вітрильного судна при маневруванні і нестаціонарному русі.

Третій розділ присвячений теоретичним основам динаміки вітрильного судна; у ньому запропонована математична модель для дослідження параметрів його нестабільного руху.

При розробці математичної моделі прийняті допущення про безмежність рідини, відсутність хвилі й течії, незмінність моментів інерції мас і розташування центру мас у площині КВЛ, застосування метацентричних формул остійності. Використовується гіпотеза стаціонарності, вертикальні складові гідроаеродинамічних сил приймаються малими щодо водотоннажності. У даному випадку маневри відносяться до розряду “сильних” і припущення про малість кутів дрейфу і зміни швидкості несправедливі.

Нерухома система (рис.1) координат зі спрямованою вертикально віссю використовується в судноводінні; у цій системі виконується розрахунок траєкторії руху. Напівзв'язана система координат xyz має початок у центрі мас судна (G), робить плоский рух паралельно поверхні води.

Рис.1. Системи координат, кінематичні параметри руху і сили, що діють на вітрильне судно

Зв'язана із судном система xy’z’ виходить поворотом системи xyz навколо осі x на кут крену і служить для розрахунку гідроаеродинамічних реакцій. Особливістю руху вітрильних суден під дією аеродинамічних сил є їхня експлуатація з кутами дрейфу і крену (зображена на рис.1 “нереальна” ситуація використовується для наступності систем координат із традиційними розділами керованості корабля). При визначенні кінематичних параметрів враховується накладення зустрічних потоків, що набігають на довільну точку вітрильного судна, і викликаних його поступальним рухом і обертанням навколо поздовжньої і вертикальної осей:

де - радіус вектор довільної точки a із точки G. При визначенні аеродинамічних сил традиційний “трикутник швидкостей” записується як:

де і - вектори швидкостей вимпельного та істинного вітру; - радіус вектор центра вітрильністі. Для моделювання руху вітрильного судна пропонується система рівнянь, у якій перше, друге і четверте рівняння описують рух судна в площині води, а третє описує хитавицю судна на тихій воді:

де m - маса судна; vx, vy, проекції швидкості на осі GX і GY; x, z - кутові швидкості навколо осей x і z; X і Y, - проекції рівнодіючих гідро- і аеродинамічних сил на осі x і z; Mx і Mz - рівнодіючі моменти крену і рискання. У системі рівнянь приєднані маси і моменти інерції 11...66 і моменти інерції мас Ixx і Izz визначені у напівзв'язаній з судном системі координат xyz.

Права частина рівнянь являє собою проекції рівнодіючих гідро- і аеродинамічних сил і моментів неінерційної природи на осі напівзв'язаної системи; передбачений роздільний розгляд елементів аерогідродинамічного комплексу (АГДК) судна з урахуванням поправок на їхню взаємодію.

Аеродинамічні сили утворюються на вітрилах, надводній частині корпуса, рангоуті і такелажі внаслідок дії повітряного потоку, що набігає на них, - вимпельного вітру v. Складанню математичної моделі кругових АДХ вітрила передував аналіз режимів його роботи на різних курсах відносно вимпельного вітру A (рис.2).

Відомо, що в діапазоні курсових кутів A=0... 1 вітрило не працює, а розвівається на вітрі як прапор, створюючи тільки опір. Цей режим не моделюється на полярах, отриманих продувкою твердих моделей в аеродинамічній трубі.

На курсових кутах A=1... 2 вітрило працює як асиметричне крило на докритичних режимах. Для цього режиму характерна сильна залежність АДХ від геометричних характеристик вітрила; сила тяги створюється переважно за рахунок піднімальної сили.

При A =2... 180 вітрило працює як крило на закритичних режимах чи як поганообтічне тіло. АДХ слабко залежить від геометричних характеристик; значна частина сили тяги створюється за рахунок опору. Знаючи режими роботи вітрила, при розробці моделі АДХ використані характерні для цих режимів закономірності. Слід зазначити, що використовувана більшістю дослідників аналогія вітрило - крило (і застосовувані відомі з теорії крила закономірності) насправді має місце лише в діапазоні курсів, коли вітрило працює з докритичними кутами атаки .

На основі обробки опублікованих у літературі полярних діаграм ізольованих вітрил і крил методом регресійного аналізу для кожного режиму отримані розрахункові вираження. На відміну від більшості моделей АДХ, використане представлення не у зв'язаній із судном (CX, CY), а у швидкісній системі координат (CL, CD).

Рис.2. Кругові аеродинамічні характеристики вітрильного оснащення

CL, CD – коефіцієнти підйомної сили та опору;

CY, CX– коефіцієнти поперечної і поздовжньої сили; - оптимальний кут атаки вітрила; s - оптимальний кут установки вітрила.

Це дозволяє враховувати нестаціонарні компоненти аеродинамічних сил за методикою, запропонованої в роботах С.М.Білоцерківського для крил. Облік взаємодії вітрил виконується шляхом введення коефіцієнтів ефективності до АДХ ізольованого вітрила, встановлених шляхом їхнього зіставлення з такими ж для багатовітрильних систем, а також результатів досвідів із пластинами. Аналіз опублікованих результатів експериментальних досліджень вітрил в аеродинамічних трубах і натурних іспитах суден показав, що вплив крену на АДХ вітрил досить точно враховується множенням CL на cos2 .

При складанні моделі АДХ корпусу використане представлення його надводної частини як крила надмалого подовження, а також рекомендації А.М.Гусєва. Для елементів рангоуту і стоячого такелажу формули коефіцієнтів опору отримані, використовуючи АДХ циліндрів.

Вираження для аеродинамічних моментів (кренівного і рискання) запропоновані автором з використанням зведень про точку прикладання аеродинамічних сил, приведених у роботах Хазена, Мархая, Мільграма.

У висновках до розділу підкреслюється, що автором вперше отримана кругова нестаціонарна модель АДХ вітрильного судна, що враховує геометрію його елементів і допускає адаптацію до різних типів вітрильного оснащення.

Гідродинамічні сили розглядаються окремо на кожнім елементі гідродинамічного комплексу (ГДК) вітрильного судна: корпусі і виступаючих частинах (кіль, стерно). На відміну від ряду закордонних робіт, такий підхід виправданий використанням елементів теорії нестаціонарного руху крила для кіля і стерна, що представляють собою консольні гідрокрила, а також спрощенню аналізу варіантів компонування ГДК.

Взаємодія елементів ГДК враховується шляхом введення ефективного подовження ARef крила. У випадку відсутності щілини між корпусом і крилом, ефективне подовження теоретично дорівнює подвоєному геометричному ARef=2AR (тобто kef=2), що підтверджують експериментальні дослідження колів в аеродинамічних трубах і методами CFD при відсутності хвилеутворення. Встановлено, що існуючі методи визначення ефективного подовження і ін., мають обмежену застосовуваність у контексті розв'язуваної задачі. З аналізу результатів випробувань комбінації корпус-кіль Дельфтської серії встановлено, що при крені ефективне подовження кіля змінюється за законом, близьким до косинусоїдного. Зі збільшенням крену у ширших суден ефективне подовження зменшується швидше в зв'язку із швидшим наближенням верхнього урізу кіля до поверхні води. На куті крену, що відповідає виходу верхнього урізу кіля з води kef прямує до 0.7...0.8. Це відповідає теоретичним результатам Г.В.Соболєва для суднових стернів, експериментам Кунна та ін., отриманих для пластин, що перетинають поверхню води при відсутності аерації. У випадку, коли перо стерна перетинає поверхня води і є продовженням ватерлінії, прийняте kef r = 0.8.

Гідродинамічні сили і моменти неінерційної природи на корпусі судна розділені, як це прийнято, на позиційні і демпфуючі:

; ;

Подовжня позиційна сила Xh представлена у вигляді суми опору корпусу судна без дрейфу Xh0 та індуктивного опору корпусу Xhi:

Гідродинамічний опір у випадку руху вітрильного судна без дрейфу прийнято представляти як суму “прямого” XU і кренового X опорів, а також додаткового опору на хвилі XAW, де “прямий” опір складається з залишкового опору XR і опору тертя XF:

;

Застосований “стандартний” у світовій практиці спосіб визначення залишкового і кренового опорів з використанням результатів систематичної серії корпусів яхт Дельфтського університету.

Автором запропоновані вираження для кругових ГДХ голого корпуса: позиційних і демпфуючіх сил і моментів, отриманих на основі аналізу наявних експериментальних даних для суден інших типів. Відзначається, що ці розрахункові формули в перспективі підлягають уточненню при випробуванні моделей корпусів розглянутого типу.

Гідродинамічні сили на стерні і кілі. Для консольних гідрокрил - стерна і плавникового кіля в рамках даної методики використані елементи теорії нестаціонарного руху крила. Кути атаки кіля і стерна з урахуванням крену дорівнюють:

де , - місцеві геометричні кути дрейфу; - кут перекладки стерна; - коефіцієнт скосу потоку на стерні, установленому за кілем. Для пера стерна враховується також наявність турбулентного потоку за кілем.

На підставі аналізу ГДХ профілів NAСA00 (t/b=0...0.24; AR=0.5...5.0) автором запропоновані вираження для критичного кута атаки і коефіцієнта підйомної сили. Опір крила розділений на профільний опір, обумовлений формулою Шольца, та індуктивний опір.

При нестаціонарному русі крил до значень CL, отриманих для рівномірного поступального руху, додаються обертальні похідні:

де

; ;

; ;

Для розрахунку обертальних похідних при малих числах Струхаля використані дані С.М.Бєлоцерковського.

Враховано вплив стріловидності на ГДХ крил. Встановлено, що для характерних режимів руху суден розглянутого типу число Рейнольдса Re впливає на величину критичного кута атаки крила, а також на коефіцієнт сили опору.

Визначені таким способом підйомна сила і сила опору перераховуються в систему координат, напівзв'язану із судном, з урахуванням кута крену.

Момент рискання на консольному крилі представлений у вигляді суми переносного і власного моментів. Момент, що кренить, створюваний на стерні і кілі, представлений як:

Аплікати центру тиску z'kЦД, z'rЦД на консольному крилі залежать від розподілу тисків по розмаху, на яке, у свою чергу, впливає подовження крила, форма в плані і вертикальний розподіл площі, а також наявність гідродинамічних шайб.

Розглянуто методи розрахунку характеристик поперечної остійності і демпфування поперечної хитавиці з урахуванням впливу числа Фруда.

Четвертий розділ присвячений експериментальному дослідженню гідродинамічних сил інерційної природи при русі малих вітрильних суден. Для проведення дослідів в умовах басейну СевНТУ сконструйована експериментальна установка, запропонована методика експерименту і спосіб реєстрації результатів на ПЕОМ. Експеримент заснований на ідеї Р.Я.Першиця та А.П.Тумашика, коли приєднана маса моделі судна ii визначається з аналізу запису її розгону v=f(t) з положення v=0 у відповідному напрямку під дією постійної розгінної сили. Для уточнення впливу вільної поверхні води і прискорення на приєднані маси судна виконані експерименти по розгоні моделі в поздовжньому напрямку. Для дослідження взаємного впливу корпусу та виступаючих частин із систематично варійованим відносним подовженням проведена серія буксирувань моделі у поперечному напрямку.

Рис.3. Приєднані маси

моделі корпуса

1 – експеримент; 2 і 4 – розрахунок за методом пласких перетинів; 3 – розрахунок за методом еквівалентного еліпсоїда. | Рис.4. Приєднані маси

моделі корпуса з кілями різного подовження AR в залежності від безрозмірного прискорення B/v2dv/dt

Виконано аналіз існуючих методів розрахунку приєднаних мас і моментів інерції корпусів суден і пластин. За результатами експериментальних і теоретичних досліджень встановлено: розрахунок 11 з достатньою точністю виконується по методу еквівалентного еліпсоїда, побудованого на головних розмірах судна. Для розрахунку 22, 33, 44, 55 і 66 голого корпуса автором виконані серійні розрахунки корпусів суден розглянутого типу за методом плоских перетинів з використанням виправлень на просторовість обтікання; результати розрахунків зведені в діаграму, що зв'язує ці величини зі співвідношеннями головних розмірах судна.

Вплив плавцевого кіля і стерна на 11 33 і 55 судна в цілому зневажливо малий в силу їхнього розташування. Аналіз проведених експериментів показує, що визначення 22, 44 і 66 для комбінації корпус плюс консольне крило зводиться до рішення задачі “пластина у стінці” при нульовому зазорі. Це еквівалентно використанню при розрахунку приєднаних мас пластини ефективного подовження і розмаху замість геометричних, з наступним перерахуванням у систему координат, зв'язану з точкою G за формулами переходу.

П'ятий розділ присвячений чисельному моделюванню нестабільного руху вітрильного судна. Для чисельного рішення системи диференціальних рівнянь застосований метод Рунге-Кутта четвертого порядку (рис.5).

Рис.5. Структурна схема системи керування рухом вітрильного судна

Використовуючи можливості програми імітаційного моделювання для ПЕОМ, розробленої на основі розробленої математичної моделі, виконане чисельне моделювання характерних маневрів вітрильного судна (рис.6-8).

Рис.6 Траєкторія і параметри руху при розгоні | Рис.7 Траєкторія і параметри руху при приведенні | Рис.8 Траєкторія і параметри руху при виконанні повороту оверштаг

Використовуючи результати досліджень, сформульован критерій керованості малих вітрильних суден.

У Висновках представлені основні наукові і практичні результати дисертації:

1.

2.

3.

4.

5.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах:

Статті фахових видань:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Інші наукові публікації:

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

Особистий внесок здобувача в праці, що опубліковані в співавторстві:

[1] – здобувачем розроблена математична модель руху судна на прямому курсі; [4] - розроблена конструкція установки, методика проведення й обробки експерименту; [6] – розроблена математична модель руху судна при маневруванні; [10] - виконаний аналіз підходів до нормування остійності.

АНОТАЦІЯ

Назаров А.Г. Підвищення ефективності керування малими вітрильними суднами. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.22.16 "Судоводіння". – Одеська національна морська академія, Одеса, 2003.

У дисертації розглянута актуальна проблема підвищення ефективності і безпеки експлуатації малих вітрильних суден за рахунок використання нових методів оцінки елементів їхньої динаміки при нестаціонарному русі. Отримано систему диференціальних рівнянь, що описує маневрування вітрильного судна і враховує хід, дрейф, крен і рискання під дією гідро- і аеродинамічних сил і моментів на окремі елементи судна. Розроблено методи розрахунку гідро- і аеродинамічних характеристик корпусу, виступаючих частин і вітрильного оснащення малих вітрильних суден.

На основі проведених автором експериментальних досліджень нестаціонарних гідродинамічних характеристик корпусів і виступаючих частин запропоновані способи визначення гідродинамічних сил інерційної природи. Розроблено алгоритм розрахунку параметрів руху і траєкторії вітрильного судна при маневруванні, що використане при реалізації математичної моделі.

Приведено результати чисельного моделювання характерних маневрів малого вітрильного судна: утримання на курсі, розгін, приведення й уваливання, виконання повороту оверштаг. Запропоновано критерії керованості малих вітрильних судів.

Ключові слова: керування судном, малі вітрильні судна, нестаціонарний рух, математичне моделювання.

АННОТАЦИЯ

Назаров А.Г. Повышение эффективности управления малыми парусными судами. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.16 "Судовождение". – Одесская национальная морская академия, Одесса, 2003.

В диссертации рассмотрена актуальная проблема повышения эффективности и безопасности эксплуатации малых парусных судов за счет использования новых методов оценки элементов их динамики при нестационарном движении.

В работе получена система дифференциальных уравнений, описывающая маневрирование парусного судна и учитывающая ход, дрейф, крен и рыскание под действием гидро- и аэродинамических сил и моментов. На основе анализа режимов работы парусного вооружения и обработки имеющегося экспериментального материала по характеристикам изолированных парусов и вооружения в целом, разработаны методы расчета аэродинамических характеристик надводной части судна с учетом крена, нестационарности обтекания и характеристик ветрового потока. Установлено, что для определения гидродинамических сил инерционной природы в рамках рассматриваемой математической модели парусного судна могут быть применены расчетные выражения для крыльев и корпусов судов других типов с близкими параметрами формы.

Сконструирована экспериментальная установка и проведены исследований нестационарных гидродинамических характеристик корпусов и выступающих частей парусных судов методом разгона моделей в опытовом бассейне. На их основе предложены способы определения присоединенных масс и моментов инерции судов рассматриваемого типа. Разработан алгоритм расчета параметров движения и траектории парусного судна при маневрировании, который использован при реализации математической модели.

Приведены результаты численного моделирования характерных маневров малого парусного судна: удержание на курсе, разгон, приведение и уваливание, выполнение поворота оверштаг. На основании проведенных исследований, предложены критерии управляемости малых парусных судов.

Ключевые слова: управление судном, малые парусные суда, нестационарное движение, математическое моделирование.

ABSTRACT

Nazarov A.G. Increasing the efficiency of small sailing craft control. - The manuscript.

A thesis for the degree of candidate of technical sciences on speciality 05.22.16 – "Navigation". – Odessa national maritime academy, Odessa, 2003.

The urgent problem of increasing the efficiency of small sailing craft control is studied, considering new methods of their dynamics research during non-stationary motion.

Differential equations system is stated describing surge, sway, yaw and roll under the influence of hydro- and aerodynamic forces and moments. Methods for identification hydro- and aerodynamic properties of sailing craft hulls, appendages and sailing rigs are developed.

On the base of experimental research conducted by author for hull-appendage combinations, methods of inertial forces and moments determination are proposed. Algorithm for sailing parameters calculation is introduced to realize the model described.

Results of numerical simulation for typical sailing craft maneuvers: course keeping, acceleration, luffing and easing off, tacking - are given. Criteria for small craft controllability is proposed.

Key words: ship steering, small sailing craft, non-stationary movement, mathematical modeling.