Сравнительный анализ методов расчета гидродинамических характеристик корпуса судна

На основе результатов модельных экспериментов исследованы возможности их использования в конкретных математических моделях судна с учетом того, что одним из важнейших элементов математической модели судна является описание силовой нагрузки на корпус судна при его управляемом движении, рассматриваемом в виде зависимости безразмерных гидродинамических характеристик от различных безразмерных кинематических параметров движения судна. Отмечается, что в практике прикладных научных исследований, выполняемых с использованием математической модели судна, предпочтение отдается двум вариантам расчетных методов определения гидродинамических характеристик корпуса судна, отличительной особенностью которых является определенное сочетание кинематических параметров движения судна в безразмерной форме: в первом варианте это угол дрейфа и угловая скорость, во втором — поперечная составляющая линейной скорости судна и угловая скорость. При этом зависимости безразмерных гидродинамических характеристик корпуса судна от безразмерных кинематических параметров движения представляются в полиномиальной форме в виде произведений коэффициентов разложения, т. е. первых и последующих частных производных по кинематическим параметрам движения, на соответствующие параметры движения. Модельные эксперименты проводятся с использованием метода гармонических колебаний преимущественно на планарных механизмах (Planar Motion Mechanism — PMM) в опытовых бассейнах. Результатами таких экспериментов являются значения частных производных гидродинамических характеристик. В работе исследована возможность совокупного использования результатов модельных экспериментов для получения расчетных формул вне зависимости от рассматриваемых в них кинематических параметров движения судна. Приведены результаты сравнительного анализа использования ряда расчетных методов определения безразмерных гидродинамических характеристик в зависимости от различных безразмерных кинематических параметров движения судна. Для оценки адекватности расчетных методов использованы результаты натурных экспериментов на судах различного водоизмещения и с различной конфигурацией конструкции корпуса. Симуляции управляемого движения рассматриваемых судов выполнены с использованием их математических моделей с учетом воздействия внешних факторов при проведении морских испытаний.

1. Дыда А. А. Построение модели динамики безэкипажного судна по курсу на основе экспериментальных данных / А. А. Дыда, К. Н. Пляшешник, И. И. Пушкарев // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2020. — Т. 12. — № 4. — С. 716–725. DOI: 10.21821/2309-5180-2020-12-4-716-725. — EDN KVHSLE.

2. Смоленцев С. В. Простая аналитическая модель движения судна / С. В. Смоленцев, Д. В. Исаков // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2019. — Т. 11. — № 1. — С. 7–21. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-1-7-21. — EDN NSMBPQ.

3. Юдин Ю. И. Метод расчета гидродинамических характеристик корпуса судна в условиях мелководья / Ю. И. Юдин // Эксплуатация морского транспорта. — 2024. — № 3(112). — С. 27–38. DOI: 10.34046/aumsuomtll2/5. — EDN URXYEJ.

4. Aoki I. On the Prediction Method for Maneuverability of a Full Scale Ship / I. Aoki, K. Kijima, Y. Furukawa, Y. Nakiri // Journal of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers. — 2006. — Vol. 3. — Pp. 157–165. DOI: 10.2534/jjasnaoe.3.157.

5. Yoshimura Y. Mathematical Model for Manoeuvring Ship Motion (MMG Model). / Y. Yoshimura // Workshop on Mathematical Models for Operations involving Ship-Ship Interaction. — Tokyo, 2005. — Pp. 1–6.

6. Kim D. J. Tune of hydrodynamic coefficients based on empirical formula by using manoeuvring performance indices of a ship / D. J. Kim, Y. G. Kim // Journal of the Society of Naval Architects of Korea. — 2020. — Vol. 57. — Is. 6. — Pp. 331–344. DOI: 10.3744/snak.2020.57.6.331.

7. Kijima K. On the manoeuvring performance of a ship with theparameter of loading condition / K. Kijima, T. Katsuno, Y. Nakiri, Y. Furukawa // Journal of the society of naval architects of Japan. — 1990. — Vol. 1990. — Is. 168. — Pp. 141–148. DOI: 10.2534/jjasnaoe1968.1990.168_141.

8. Li M. Simulation calculation and comprehensive assessment on ship maneuverabilities in wind, wave, current and shallow water / M. Li // Proceedings of MARSIM and ICSM’90, Tokyo. — 1990. — Vol. 403. — Pp. 459–465.

9. Muhammad A. H. Characteristics of Turning Circle and Zig-Zag Manoeuvres of An Indonesian Ferry Ship in Shallow Water / A. H. Muhammad, D. Paroka, S. Rahman, M. R. Firmansyah, T. P. Putra // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2021. — Vol. 1052. — Is. 1. — Pp. 012036. DOI: 10.1088/1757-899X/1052/1/012036.

10. The Specialist Committee on Esso Osaka. Final Report and Recommendations to the 23rd ITTC. / The Specialist Committee on Esso Osaka // 23rd International Towing Tank Conference. Proceedings of the 23rd ITTC. — Vol. II. — Zürich: ITTC, 2002. — Pp. 581–617.

11. Yasukawa H. Introduction of MMG standard method for ship maneuvering predictions / H. Yasukawa, Y. Yoshimura // Journal of Marine Science and Technology. — 2015. — Vol. 20. — Is. 1. — Pp. 37–52.