АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ВЫБОР И АНАЛИЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
КАЧКОЙ КОРАБЛЯ 7
1.1 Качка корабля. Виды качки, ее последствия 7
1.2 Выбор успокоителя качки 11
2МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
БОРТОВОЙ КАЧКОЙ КОРАБЛЯ 25
2.1 Математическая модель качки судна 25
2.2 Математическая модель гироскопического датчика угловой
скорости 32
2.3 Математическая модель электромагнитного клапана 36
2.4 Математическая модель успокоительных цистерн 41
2.5 Математическая модель САУ качкой корабля 46
3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УСПОКОИТЕЛЯ БОРТОВОЙ КАЧКИ
КОРАБЛЯ 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 61
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 62
ПРИЛОЖЕНИЕ А 64
Первые суда появились около 10 000 лет назад в виде плотов, бревен из бамбука, связок тростника, наполненных воздухом шкур животных и покрытых смолой корзин с целью пресечения небольших водоемов. Корабли, с которыми мы сталкиваемся в настоящее время, представляют собой большие, прочные и самоходные суда, которые используются для круизов, путешествий, перевозки грузов через моря и океаны [1].
Мировой флот насчитывает в настоящее время свыше 30 млн. судов. Он выполняет чрезвычайно важные функции: перевозит до 90 процентов всех внешнеторговых грузов мира и многие миллионы пассажиров, добывает свыше 80 процентов потребляемой человечеством рыбы, морского зверя и морепродуктов осуществляет в недрах Мирового океана добычу нефти, газа и иных полезных ископаемых, проводит важные научные исследования, в том числе гидрометеорологических факторов и чрезвычайных природных явлений, осуществляет охрану морской среды [2], обеспечивает проведение морских буксировок, ледокольных и лоцманских проводок, морского туризма, водного спорта и других видов деятельности в Мировом океане.
Каждое судно должно обладать комплексом мореходных и эксплуатационных качеств. К эксплуатационным качествам относятся грузоподъемность, маневренность, скорость, дальность плавания, автономность и обитаемость судна. Одним из важнейших эксплуатационных качеств является прочность, которая обеспечивает безопасность плавания, как и мореходные качества [3]. Под мореходными качествами принято понимать качества корабля, которые обеспечивают безопасного плавание и выполнение всех соответствующих его назначению задач [4]. К мореходным качествам относят плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость, плавность качки и управляемость.
На мореходные качества судна, а в последствии и на безопасность плавания, существенно влияет такое негативное явление как качка судна. Вследствие влияния качки на судно возникают неблагоприятные, а иногда катастрофические последствия. Экстремальная качка может привести к авариям различного характера [4]. Из анализа материалов Европейского морского агентства по безопасности за 2010-2019 г. [5] следует, что среднее число морских аварий в год составляет 253, из них 54 аварии происходят вследствие потери остойчивости, вызванной качкой судна.
Вследствие выше сказанного можно с уверенностью сказать, что тема выпускной квалификационной работы является весьма актуальной.
Целью работы является разработка системы автоматического управления (САУ) бортовой качкой грузопассажирского корабля.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
1) анализ существующих решений по успокоению качки;
2) выбор схемного решения САУ бортовой качки корабля;
3) подбор необходимого оборудования САУ;
4) разработка функциональной схемы, математической модели и структурной схемы автоматической системы успокоения бортовой качки корабля;
5) моделирование процессов успокоения бортовой качки корабля.
В результате проведенной работы была разработана система автоматического управления успокоителя бортовой качки кораблямс помощью жидкостный цистерн. При выполнении ВКР были решены все поставленные задачи:
1) проведен анализ существующих решений по успокоению качки;
2) выбрано схемное решение САУ бортовой качки корабля;
3) подобрано необходимое оборудование САУ;
4) разработана функциональная схема, математическая модель и структурная схема автоматической системы успокоения бортовой качки корабля;
5) проведено моделирование процессов успокоения бортовой качки корабля.
При проведении численного моделирования мы убедились в эффективности разработанной системы: первоначальный угол крена бортовой качки корабля был равен 4°, стабилизирующий момент, созданный переливанием жидкости в цистернах, уменьшил значение данного угла до 0,57°, что соответствует уменьшению бортовой качки судна на 85,75%.
