Вдосконалення методів управління судном у вузькості

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеська національна морська академія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ВДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДІВ УПРАВЛІННЯ СУДНОМ У ВУЗЬКОСТІ

Спеціальність: Судноводіння

Чапчай Євген Петрович

Одеса, 2006 рік

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Стислі води є складними за своїх умов районами плавання. На ці райони припадає понад 80% всіх навігаційних аварій морських суден, хоча вони знаходяться у стислих водах в середньому 5-10% ходового часу. Це свідчить про велику складність умов плавання, а також і про недостатню досконалість методів управління судном у вузькостях і їх велику залежність від особистих і професійних якостей судноводіїв.

Річкові судна, судна типу "річка-море", а також багато морських суден значну частину часу працюють у стислих водах, де рух судна ускладнений навігаційними небезпеками і інтенсивним судноплавством.

У зв'язку з цим вдосконалення методів управління суднами у вузькостях є актуальним і перспективним науковим напрямком, що веде до підвищення безпеки судноводіння, отже і до зменшення імовірності людських жертв, екологічних катастроф і економічних втрат, обумовлених аваріями.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи пов'язана з темою держбюджетної науково-дослідної роботи "Удосконалення методів безпечного судноводіння в складних умовах плавання", N ДР 0103U006406, в якій автору належить самостійно виконаний розділ.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є підвищення безпеки судноводіння шляхом вдосконалення методів управління судном у вузькості.

Дослідження проводилося, виходячи із гіпотези про те, що в обмежених районах плавання точність проводки судна на криволінійних ділянках можна підвищити, враховуючи тривалість перекладання керма та використовуючи найбільш адекватні моделі обертального руху судна.

Головною задачею дослідження була вибрана розробка алгоритму управління судном в стислих водах.

У дисертаційному дослідженні головна задача представлена чотирма окремими задачами:

- формалізація впливу часу перекладання пера керма на обертальний рух судна;

- розробка способу врахування тривалості перекладання пера керма при виконанні повороту судна;

- пошук процедури оцінки траєкторної похибки, що виникає після завершення повороту судна;

- розробка методу оцінки навігаційної безпеки повороту судна в обмеженому районі плавання.

Об'єктом дослідження в дисертаційній роботі вибрано процес судноводіння в обмежених умовах плавання, а предметом дослідження - методи управління судном на криволінійних ділянках траєкторії у вузькості і оцінка їх ефективності.

У дисертаційній роботі застосовані методи:

- теорії дослідження операцій при декомпозиції головної задачі дослідження на часткові;

- теорії управління в частині аналітичного опису керованого об'єкту і стратегії управління ним;

- теорії імовірності і математичної статистики при формуванні моделі двовимірного розподілу вірогідності траєкторної похибки і методу оцінки імовірності безпеки повороту судна;

- чисельного інтегрування при оцінці безпеки повороту судна в обмеженому районі;

- моделювання при розробці імітаційної моделі перевірки коректності запропонованого методу високоточного управління судном.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено метод високоточного управління судном при плаванні в обмежених районах, який відрізняється тим, що дозволяє знизити траєкторні похибки повороту судна, і оцінити навігаційну безпеку його виконання, враховуючи обмеженість вузькості в районі повороту і тривалість перекладання пера керма.

Наукова новизна дисертаційної роботи міститься в таких результатах:

- вперше одержана аналітична залежність обертального руху судна від часу перекладання пера керма;

- вперше розроблено спосіб врахування тривалості перекладання пера керма при виконанні повороту судна;

- вдосконалена процедура оцінки траєкторної похибки, що виникає після завершення повороту судна;

- одержав подальший розвиток метод оцінки навігаційної безпеки повороту судна в обмеженому районі плавання, враховуючий межу допустимої області плавання та двовимірну щільність розподілу ймовірностей траєкторної похибки.

Практичне значення одержаних результатів. Практична значимість дослідження полягає у тому, що одержаний в результаті проведеного дослідження метод управління судном може бути використаний не тільки для безпечного плавання у вузькості, але і при інших операціях, що вимагають високоточної реалізації криволінійної траєкторії руху судна.

Практична цінність роботи визначається тим, що практичні результати дисертації (алгоритми, програмне забезпечення і імітаційна модель) можуть бути використані і упроваджені на суднах при плаванні у вузькості, при розробці автоматичних засобів управління судном, при вдосконаленні методів судноводіння в обмежених умовах, а також в учбовому процесі.

Основні результати дисертаційного дослідження впроваджені в Одеському морському торгівельному порту - програмний пакет врахування динаміки судна при керуванні для забезпечення безаварійних проводок суден, на суднах компанії V. Ships - рекомендації для підвищення точності керування судном в стислих умовах, а також використані в лекційному курсі і в лабораторних роботах дисципліни “Забезпечення навігаційної безпеки плавання” в розділі “Плавання в складних умовах” кафедри „Судноводіння” ОНМА, про що маються відповідні акти впровадження. Особистий внесок здобувача. Усі теоретичні та експериментальні результати, а також розробки, що одержані в дисертації, виконані здобувачем самостійно без співавторів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались і були схвалені на:

- 55-й науковій і науково-методичній конференції професорсько-викладацького складу та курсантів ОНМА 15-20 травня 2003 р.;

- міжнародній науково-технічній конференції „Сучасне судноплавство і морська освіта”, присвяченої 60-річчю ОНМА в 2004 г.;

- науково-технічній конференції “Стан і проблеми судноводіння” 24-26 жовтня 2005 р.

Закінчена дисертаційна робота представлялася на науково - технічній раді факультету морського судноводіння ОНМА.

Структура роботи. Робота складається з вступу, п'яти розділів, трьох додатків, повний об'єм роботи 193 стор., містить 18 рис. і 10 табл., список літератури 99 найменувань.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

Перший розділ дисертаційної роботи містить аналіз літературних джерел, присвячених проблемі забезпечення і підвищення безпеки судноводіння в стислих водах, в ньому також виконано обґрунтування і вибір головних напрямків дослідження.

Одним з найважливіших напрямків підвищення безпеки судноводіння в стислих водах, як показав проведений аналіз, є їх устаткування системами управління рухом суден (СУРС), задачею яких являється організація безпечного судноплавства. Проте, навіть широке упровадження СУРС не звільняє судноводія від необхідності прийняття рішень, пов'язаних з управлінням судна у вузькості, включаючи контроль поточної навігаційної ситуації з прогнозом її можливого розвитку і оцінкою необхідності зміни параметрів руху судна.

Тому одним із суттєвих напрямків вирішення проблеми є вдосконалення методів управління судном при плаванні в стислих районах, які направлені на підвищення безпеки судноводіння. Роботи даного напрямку торкаються одного з трьох аспектів:

- розробка моделей поведінки судна під впливом заданого управління і зовнішніх збурень;

- розробка моделей прийняття оптимальних рішень при завданих динамічних характеристиках судна;

- розробка нових технічних систем управління, що дозволяють реалізувати ефективніші стратегії управління суднами.

Багато публікацій присвячено питанням моделювання руху судна в стислих умовах і виконання ним різних маневрів, що сприяє ефективнішому і безпечнішому плаванню судна в обмежених районах. До них відносяться метод розрахунку приєднаних мас суден, спосіб моделювання та імітації руху суден для підвищення безпеки і ефективності судноплавства на вузьких водяних шляхах з змінною течією, інтенсивним судновим потоком і підвищеною небезпекою аварій, а також задачі оптимізації параметрів водних шляхів і характеристик судна.

Точний аспект проблеми забезпечення безпеки судноводіння в стислих умовах вирішується шляхом розробки, використовування і дослідження диференційних супутникових систем, розробки кореляційних навігаційних систем, а останнім часом також почалася розробка зворотних навігаційних систем, які забезпечують високу точність визначення поточного місця судна. Ведуться наукові дослідження присвячені оцінці навігаційної безпеки судноводіння, яка значною мірою залежить від точності контролю місця судна, а її показники носять імовірнісний характер.

Проведено аналіз проблем безпеки судноводіння в обмежених водах, на основі якого розглянуті можливі напрями її підвищення. Значні зусилля докладені для урахування впливу людського чинника на безпеку судноводіння.

Питання урахування інерційних характеристик судна при виконанні повороту, як для розходження суден, так і при його проходженні програмною траєкторією, є актуальним напрямом наукових досліджень. При цьому детально досліджуються різні моделі обертального руху судна, припускаючи, що перекладання пера керма відбувається миттєво. Проте в даній проблемі забезпечення безпеки судноводіння в обмежених районах недостатньо висвітлений напрям розробки моделі реалізації криволінійних ділянок програмної траєкторії руху судна у вузькостях, коли істотним стає час перекладання пера керма, розташування і форма меж навігаційних перешкод в районі повороту судна, а також кількісна оцінка безпеки виконання повороту з урахуванням вказаних чинників. Вказаний напрям складає тематику даної дисертаційної роботи.

У другому розділі роботи представлені обґрунтування вибору теми дисертації, методологічне забезпечення дисертаційного дослідження, а також приведено короткий виклад методики виконання дисертаційних досліджень. Визначена мета і головна задача дисертаційного дослідження, а також здійснено коректний вибір методів її рішення, одержана робоча гіпотеза дисертаційного дослідження. Структура методологічного забезпечення дисертації представлена у вигляді технологічної карти. Для вирішення головної задачі її було розділено на чотири окремі складові задачі, рішення кожної з яких є окремим науковим результатом. Визначені практична значимість і наукова цінність дисертації, які досягаються одержаними теоретичними результатами і проведеним імітаційним моделюванням. На завершення розділу було сформульоване наукове положення дисертаційної роботи, як узагальнення одержаних теоретичних результатів.

У третьому розділі одержана модель урахування характеристик поворотності судна при плаванні у вузькості, для чого розглянута програмна реалізація криволінійної ділянки траєкторії судна при повороті, проведений аналіз динамічних моделей, що описують поворот судна і запропонована процедура врахування часу перекладання пера керма при виконанні повороту.

При повороті судна з однієї ділянки програмної траєкторії руху на іншу момент часу початку повороту t_n слід вибрати таким чином, щоб судно з урахуванням динаміки, зробивши зміну курсу на задану величину, опинилося на новій ділянці траєкторії. При цьому поворот судна здійснюється шляхом перекладання пера керма на завданий кут b_j, який утримується деякий інтервал часу , а потім кермо перекладається в протилежному напрямі на той же кут b_o для того, щоб погасити інерцію судна. Протягом інтервалу часу перо керма утримується в такому положенні, а потім приводиться в діаметральну площину судна. При даній стратегії виконання повороту судна також враховується час перекладання пера керма, причому інтервали часу необхідні для кожного перекладання позначені відповідно через , і . Процес перекладання пера керма з моменту початку t_n до кінця t_k повороту показано на рис. за допомогою діаграми А. На другій діаграмі В того ж рис. показана еквівалентна стратегія перекладань пера керма, де тривалість перехідних процесів перекладань враховується, але вважається, що положення пера керма змінюється миттєво. Причому величини:

Де:

- швидкість перекладання керма. У роботі показано, що момент часу початку повороту судна t_n визначається виразом:

Де:

- відповідно початкові координати судна і координати точки, що сполучає першу і другу ділянки траєкторії;

і - початковий і кінцевий курси повороту судна;

() и () - прирости координат судна за час повороту ;

Де:

V - швидкість судна.

Аналітичні вирази для розрахунку і прирости координат судна () і (), що враховують інерційність судна, визначаються видом математичних моделей, які описують динаміку руху суден при повороті. Тому в дисертаційній роботі розглянуті три моделі поворотності судна: перша модель, - спрощена, яка описує поворот судна з незмінною кутовою швидкістю, а друга і третя моделі враховують наявність постійних часу, які характеризують динаміку судна при обертальному русі.

Доцільність розгляду першої моделі визначається тим, що вона дає початкове наближення при ітераційному рішенні моделей повороту судна вищого порядку. Для кожної моделі поворотності судна в роботі одержані аналітичні вирази величин , , () і (), за допомогою яких можна досліджувати вплив ступеня урахування динаміки судна при поворотах на навігаційну безпеку плавання судна у вузькостях. Оскільки згадані моделі достатньо детально розглядалися і іншими авторами, то тут, виходячи з того, що дані моделі обертального руху судна є базовими для отримання ще двох типів моделей, що враховують час перекладання керма, приводяться тільки залежності поточного курсу від часу. Для першого типу моделі поворотності судна одержана залежність поточного курсу від часу t:

=t

Тривалість повороту:

=К/

Де:

- кутова швидкість повороту.

Друга модель руху судна при повороті характеризується зміною курсу судна під дією керма, і описується ця зміна неоднорідним лінійним диференціальним рівнянням з постійними коефіцієнтами, що має вигляд:

Де:

- постійна часу, інерційні властивості судна при повороті;

- коефіцієнт ефективності;

- кут перекладки керма.

У роботі показано, що на першому етапі повороту поточне значення курсу визначається виразом:

+{t-[1-]}

А на другому:

=+{

Третя модель, що описує зміну курсу судна при його повороті, представлена неоднорідним лінійним диференціальним рівнянням третього порядку з постійними коефіцієнтами:

Де:

і - постійні часу, які характеризують інерційні властивості судна.

Залежність поточного курсу судна від кута кладки пера керма на першому і другому етапах повороту для даної моделі мають вигляд:

=

У роботі детально досліджено вплив часу перекладання пера керма на величину поточного значення курсу судна. При цьому передбачається, що перекладання пера керма виконується деякий час зі швидкістю і до кінця процесу кут перекладання пера досягає сталого значення рівного . У першому наближенні приймається, що кут перекладання змінюється лінійно протягом інтервалу, тобто:

= * t

При даному допущенні в роботі розглянута друга модель повороту судна, яка описується за допомогою диференціального рівняння:



=*

Надалі ця модель іменується моделлю обертального руху судна четвертого типу. У роботі показано, що в цьому випадку поточне значення курсу судна на першому етапі визначається виразом:

= +{-}

=()+

()+{-}

Одержаний вираз утрудняє розрахунок тривалості етапів повороту судна і , а також приріст його координат за час повороту, тому було введено поняття еквівалентних інтервалів перекладання пера керма і . Причому початок еквівалентного перекладання приймається у момент часу -, тобто за інтервал часу до початку повороту, розрахованого в припущенні миттєвого перекладання пера керма. Інтервал вибирається так, щоб реальний приріст курсу судна () до кінця інтервалу часу рівнявся еквівалентному приросту курсу за інтервал часу -, тобто еквівалентний інтервал часу шукається з рівняння:

У роботі для моделі четвертого типу обертального руху судна отримано наступний вираз обчислення :

= -()/-{1-}

Який щодо змінної розв'язується методом простих ітерацій.

Використовуючи третю модель, яка описує значення курсу судна при його повороті диференціальним рівнянням третього порядку, і враховуючи тривалість перекладання пера керма, поточний курс судна на першому етапі повороту описується виразом:

= +-{[ -(t + ) ] - [ - (t + ) ]}

= () +

Де:

() виражається таким чином:

() = + - { [ - ( + ) ] - [ - ( + ) ]}

Причому:

s =

Модель, що враховує еквівалентний інтервал часу для цього випадку надалі називається моделлю обертального руху судна п'ятого типу. В роботі показано, що:

=-*

Причому рішення знаходиться за допомогою методу простих ітерацій.

Четвертий розділ дисертації присвячено дослідженню залежності безпеки повороту судна від траєкторної похибки, при цьому розглянуті питання точності проводки судна по криволінійній ділянці траєкторії під час виконання повороту, траєкторної похибки прогнозу криволінійної ділянки і її аналізу, а також оцінки навігаційної безпеки повороту судна в обмеженому районі плавання.

Оцінка рівня навігаційної безпеки проводки судна необхідна лише в стислих умовах плавання, і вона залежить від точності визначення місця судна, яка характеризується векторіальною похибкою , траєкторною похибкою прогнозу руху судна на криволінійних траєкторіях переходу з однієї ділянки програмної траєкторії на іншу, а також від ступеня стислості району плавання, що характеризується межею безпечної області у вигляді масивів координат.

Похибка є випадковою векторіальною похибкою, що включає похибки обсервації і числення місця судна, і її повною характеристикою є двовимірна щільність розподілу. Траєкторну похибку прогнозу руху судна характеризує розбіжність прогнозованої криволінійної ділянки руху судна при повороті з тою, що реалізувалася. Ця похибка в роботі розглядається як методична і аналітичний вираз для її розрахунку однозначно визначається моделями, що описують реальну і прогнозовану зміну курсу судна в процесі його повороту.

Оцінка траєкторної похибки проводиться шляхом порівняння кінцевих точок повороту розрахованих по реальній моделі і прогнозованої, причому по прогнозованій моделі розраховується момент початку і тривалості повороту, потім ці величини підставляються в реальну модель і розраховуються координати прогнозованої кінцевої точки повороту. З розглянутих моделей обертального руху судна найбільш адекватною реальному процесу є модель третього порядку з урахуванням часу перекладання пера керма, яку доцільно вибрати для опису реального процесу зміни курсу . Моделювання криволінійної ділянки руху судна при його повороті для отримання значень приросту координат пов'язане з обчисленням тривалості маневру, яка є сумою п'яти складових. Три складові , і є інтервалами часу необхідного для кожного перекладання пера керма в описаній стратегії виконання повороту судном, значення яких відомі. Інтервали часу і , протягом яких кермо утримується у відхиленому стані з постійним кутом повинні бути розраховані, виходячи з умови, яка формалізує вимогу повороту судна на заданий приріст курсу K і перетворення в нуль кутової швидкості на момент часу його виходу на новий завданий курс. Згідно першій вимозі цієї умови необхідно знайти аналітичні вирази для поточного значення курсу на кожному з п'яти інтервалів і розрахувати його приріст. Друга вимога передбачає рівність нулю виразу, що описує кутову швидкість на останньому етапі повороту. У роботі одержані вирази кутової швидкості і курсу для всіх п'яти етапів повороту судна. Вираз для поточного значення курсу судна в математичній моделі, прийнятій для опису його реального руху, враховуючи прийняту стратегію перекладання пера керма і наявність п'яти етапів реалізації повороту, має наступний вигляд:

= = +-{[ -(t + )]

[-(t+)]}

==() +

==()+-+{[1-]-[1-

{[-( +)][ -( +)]}

==()+

()++

{[ -( + )] -[ -( +)]}-

=

s =

=

[-]

За допомогою одержаних виразів можна знайти рівняння для пошуку тривалості другого і четвертого етапів повороту, тобто і , маючи в своєму розпорядженні відомі інтервали перекладання керма , і :

=-=() = 0

Або в розгорненому вигляді:

Після підстановки виразів для складових приросту курсу судна на різних етапах повороту і, використовуючи формулу для , в роботі одержані шукані рівняння в розгорненому вигляді.

Їх рішення дає можливість провести розрахунок координат місця судна на момент часу закінчення його повороту.

На закінчення четвертого розділу розроблено спосіб оцінки навігаційної безпеки повороту судна при його плаванні в стислому районі. При цьому повинна бути задана безпечна в навігаційному відношенні область плавання судна , яка є водною акваторією з глибинами, що дозволяють судну безпечно плавати. Аналітично безпечна область плавання судна характеризується двома межами, які є ізобатами, що відділяють безпечну область від навігаційних небезпек. Поворот є безпечним, якщо криволінійна траєкторія судна при повороті належить безпечній області . У першому наближенні це означає, що початок і кінець криволінійної траєкторії належать області . Тому імовірність належності криволінійної траєкторії до безпечної області (імовірність безпечного повороту) є добутком імовірності належності її початку і кінця і тій же області:

= *

У роботі показано, що імовірність і визначаються за допомогою щільності розподілу імовірності початкової f_o і кінцевої f_e точок криволінійної траєкторії руху судна при повороті, а також аналітичним описом безпечної області S_b:

Межі безпечної області S_b в роботі пропонується описати лінійною апроксимацією, представляючи S_b у вигляді складових, і використовуючи наступні співвідношення:

Причому розбиття області на складові для обох інтегралів є однаковим.

П'ятий розділ дисертаційної роботи містить експериментальні результати дисертації: натурні спостереження поворотності судна і їх обробку та імітаційне моделювання, підтверджуюче достовірність основних результатів роботи.

Для балкера “Sheila Ann” в реальних умовах експлуатації були зібрані експериментальні матеріали по його поворотності, які визначали ступінь впливу часу перекладання пера керма на величину траєкторної похибки. Натурні спостереження проводилися наступним чином. Перед перекладанням пера керма за допомогою DGPS починався процес реєстрації координат поточного місця судна з інтервалом 23 с. Потім фіксувався момент початку і тривалість перекладання пера керма, а також величина кута перекладання, як на початку повороту, так і при одержуванні судна. Траєкторія повороту судна представлена не менше сотнею точок. Були одержані матеріали по трьом траєкторіям повороту судна, відомості про які поміщені в табл. 1. У таблиці приводяться значення початкового і кінцевого заданих курсів судна і число точок траєкторії .

Таблиця 1. - Характеристики експериментальних траєкторій:

Траєкторії				Кермо
1	298	339	100	5
2	297	1	120	5
3	150	88	100	10

Маючи в своєму розпорядженні високоточні місця судна, формувався масив його послідовних курсів, які містили похибки, залежні від позиційних похибок. Враховувалося, що для отримання коректних початкових даних по поворотності судна належить враховувати дві фази його повороту при виконанні маневру. Для динамічних моделей обертального руху судна другого і четвертого типу з експериментальних даних методом найменших квадратів визначали значення параметра , а моделей третього і п'ятого типу - значення параметрів і , приймаючи відомим значення сталої кутової швидкості повороту судна . При цьому нелінійні нормальні рівняння розв'язувалися методом Ньютона.

Кожна з трьох одержаних експериментальних траєкторій зіставлялася з теоретичними траєкторіями, одержаними по всіх п'яти типах математичних моделей. Причому розраховувалося середнє квадратичне відхилення L модельної траєкторії від експериментальної і величину траєкторної похибки S у момент закінчення повороту (табл. 2).

Таблиця 2. - Точні характеристики моделей (м):

Траєкторії	Мод.1	Мод.2	Мод.3	Мод.4	Мод.5
1	54 64	55 52	57 53	28 27	27 27
2	85 112	71 69	75 71	35 36	35 35
3	92 162	55 51	62 64	36 39	35 37

Аналіз приведеної таблиці показує, що найкраща відповідність з експериментальною траєкторією повороту судна досягається для п'ятого типу моделі, хоча четвертий тип по своїх характеристиках відрізняється від п'ятого всього на 12 м. Відзначимо, що саме моделі четвертого і п'ятого типів враховують тривалість перекладання пера керма.

Моделі перших трьох типів мають набагато нижчі точні характеристики, у яких середнє квадратичне відхилення і траєкторна похибка в 24 рази більші, ніж у моделі п'ятого типу, тобто більші на 27125 м.

При обробці експериментального матеріалу розглядалося розсівання експериментальних точок траєкторії щодо найточнішої модельної траєкторії п'ятого типу, визначалися математичне очікування M і дисперсія D для кожної з трьох експериментальних траєкторій. Також були побудовані гістограми нормованих і центрованих похибок, з яких виходить, що траєкторні похибки розподілені згідно із законом, відмінним від прийнятих в судноводінні, оскільки гістограми мають дві моди, а діапазон значень погрішностей в основному менше трьох с. к. в.

Імовірно, траєкторні похибки є композицією складових похибок, що мають різні закони розподілу.

У роботі було розглянуте імітаційне моделювання повороту контейнеровоза “Oxford” з розрахунком величини траєкторної похибки на момент часу завершення маневру. Як базова модель, що характеризує реальний рух судна, була прийнята найточніша модель п'ятого типу, яка описує поточний курс судна диференціальним рівнянням третього порядку з урахуванням часу перекладання керма. Значення траєкторної похибки у момент завершення повороту на заданий приріст курсу розраховувалося як дистанція між точкою базової траєкторії і модельованої. Оскільки четвертий і п'ятий типи моделі дають близькі результати, то траєкторні похибки розраховувалися для перших трьох типів. Моделювання проводилося для приростів курсу від 30 до 90 через 15. В результаті імітаційного моделювання було встановлено, що при використовуванні для прогнозу криволінійної ділянки математичної моделі першого типу траєкторна похибка склала 150200 м, для другого типу моделі ця величина склала 3540 м, а для третього - 2530 м. В роботі приведені результати перевірки достовірності запропонованого способу керування судна в стислих вода. В реальних умовах експлуатації для двох випадків були розраховані параметри поворотів судна і виконані повороти. Контроль місця судна під час поворотів виконувався DGPS з високою точністю. Виявилося, що траєкторна похибка після виконання повороту рівнялась 31 і 38 метрів.

ВИСНОВКИ

У дисертації одержано теоретичне узагальнення і нове рішення задачі зниження аварійності суден при плаванні в стислих умовах. Це рішення полягає в розробці методу високоточного управління судном при плаванні в стислих районах, який відрізняється тим, що забезпечує зниження траєкторної похибки повороту судна і дає змогу оцінити навігаційну безпеку його виконання, враховуючи обмеженість вузькості в районі повороту і тривалість перекладання пера керма.

В результаті проведеного дисертаційного дослідження одержані наступні основні наукові результати:

- вперше отримано математичну модель впливу часу перекладання пера керма на обертальний рух судна, яка дає змогу способом розрахунку еквівалентних відрізків часу встановити особливості повороту судна для різних моделей його поворотності;

- вперше отримано спосіб врахування тривалості перекладання пера керма при виконанні повороту судна, що дозволяє розрахувати інтервали часу упередження початку повороту, підвищуючи точність виходу судна на новий прямолінійний відрізок програмної траєкторії;

- вдосконалена процедура оцінки траєкторної похибки, що виникає після завершення повороту судна, за рахунок використання найбільш адекватних моделей поворотності судна з урахуванням часу перекладання пера керма;

- одержав подальший розвиток метод оцінки навігаційної безпеки повороту судна в обмеженому районі плавання з врахуванням суттєвих чинників, основними з яких є межа безпечної області в районі повороту і двовимірна щільність розподілу ймовірностей траєкторної похибки.

Практична значущість виконаної роботи визначається тим, що одержаний в результаті проведеного дослідження метод управління судном може бути використаний не тільки для безпечного плавання у вузькості, але і при інших операціях, що вимагають високоточної реалізації криволінійної траєкторії руху судна.

Практична цінність роботи визначається тим, що результати дисертації (алгоритми, програмне забезпечення і імітаційна модель) можуть бути використані і упроваджені на судах при плаванні у вузькостях, при розробці автоматичних засобів управління судном, при вдосконаленні методів судноводіння в обмежених умовах, а також в учбовому процесі.

Основні результати дисертаційного дослідження впроваджені в Одеському морському торгівельному порту - програмний пакет врахування динаміки судна при керуванні для забезпечення безаварійних проводок суден, на суднах компанії V. Ships - рекомендації для підвищення точності керування судном в стислих умовах, а також використані в лекційному курсі і в лабораторних роботах дисципліни “Забезпечення навігаційної безпеки плавання” в розділі “Плавання в складних умовах” кафедри „Судноводіння” ОНМА, про що маються відповідні акти впровадження.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Чапчай Е.П. Учет времени перекладки пера руля при повороте судна // Судовождение: Сб. научн. трудов. / ОНМА. - 2005. - № 9. - С. 110-113.

2. Чапчай Е.П. Уточнение продолжительности перекладки пера руля введением временной поправки // Автоматизация судовых технических средств. - 2005. - № 10. - С. 102-104. судноводіння траєкторний кермо

3. Чапчай Е.П. Количественная оценка навигационной безопасности поворота судна в стесненных условиях плавания // Судовождение: Сб. научн. трудов. / ОНМА. - 2005. - № 10. - С. 148-152.

4. Чапчай Е.П. Экспериментальное исследование моделей поворотливости судна // Судовождение: Сб. научн. трудов./ ОНМА. - 2006. - № 11. - С. 139-142.

Размещено на Allbest.ru

...