автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.01, диссертация на тему:Разработка и реализация методов экспериментального исследования мореходных качеств крупномасштабных моделей и натурных судов в условиях реального волнения с помощью автоматизированной системы

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА

кораблестроительный институт

МОРОЗОВ Валерий Дмитриевич

А

На правах рукописи УДК 629.12:532.59.041

РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ МОРЕХОДНЫХ КАЧЕСТВ КРУПНОМАСШТАБНЫХ МОДЕЛЕЙ И НАТУРНЫХ СУДОВ В УСЛОВИЯХ РЕАЛЬНОГО ВОЛНЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

(05.08.01 — теория корабля)

А втореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград — 1991

Работа выполнена в Ленинградском ордена Ленина кораблестроительном институте. \

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Б. В. МИРОХИН.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ю. И. КУЗНЕЦОВ; кандидат технических наук В. к. ТРУНИН.

Ведущая организация — Центральный научно-исследовательский институт имени академика А. Н. Крылова.

Защута состоится «¿*£» 1992 г. в /

часов

в ауд. я'/И^! заседании специализированного совета К053.23.03

в Ленинградском кораблестроительном институте (190008, г. Ленинград,

ул. Лоцманская, 3).'

\ -С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ленинградского кораблестроительного института. ,

Автореферат разослан «С^О,-, с^^

1992 г.

Учений секретарь специализированного совета К.053.23,03 кандидат технических наук, доцент А. (Д. К.РАСНИЦКИЙ

- 3 -

общая характеристика работы

Актуальность. Несмотря на значительные увпэхи, достигнутые в современной судостроительной науке теоретическая! методами, экспериментальные исследования остаются важным этапом научного процесса. Надбшшо оцзнки мореходности не могут быть получены Саз обширных экспэримвнгальнЕХ исследований, проводимых практически на всех втапах создания судна и вызвавши игашттвль--ной сложностью реальных гидродинамических процессов. Практика показывает, что наибольшие достижения в современной судостроительной науке были получены прежде всего на основе экспериментальных методов.

В области мореходности экспериментальные методы исследования в основном базируются на традиционных модельных экспериментах. Возникавший при этом масштабный ейекг снижают путем увеличения размеров модели. Исследования таких моделей необходимы для получения наиболее надежных экспериментальных данных. Особую ценность представляют испытания крупномасштабных моделей и натурных судов в реальных условиях волнения, когда оценивается мореходность то отклику на реальные воздействия и обеспечивается максимально возкокпая адекватность условий эксперимента условиям гхсплуатации судов.

В экспериментах с крупномасштабными моделями и натурными судами имеются общие особенности информационно-измерительного обеспечения, ослолнящие их проведение:

- большая трудоемкость подготовки и проведения экспериментов, связаяпая с увеличением количества измеряемых параметров и интенсивности их регистрации;

- повышенные требования к достоверности результатов в связи с уникальностью и большой стоимостью исходных данных;

- сложность и объемность алгоритмов математической обработки, вызванная случайным характером реальных процессов.

К настоящему времени традиционные мечоды проведения экспериментальных работ в области мореходности уже исчерпали свои возможности и актуальней задачей становится внедрение принципиально новых методов.

Цель работы. Основной цель» работы является разработка и внедрение автоматизированных методов экспериментального иссле-

дованжя короходности крупномасштабных кодэлой л натурных судов в условиях реального волнения, получение на этой основе новых в вадзишх розультотоз для практики судостроения, освобоцценгэ пссхэдоватвля, о псг-шцьа автоматлаяравашгай системы, от выпол-вэшя трудоеггиас с ругшшх опэраций.

Научная воагзна. В процессе роботы разработаны г реалкзова-ш штода автоцатизвщш научных исследований с новшш, по от-нозашг в градоцЕокшы, нжонюстяан проведения экспериментов с хрупгоиасзтЕбпгаа шделями и натурнькн суд«¡¿а в условиях реального ЕШЕ8Н2Я.

Сродстсагэ берзгового козяхлзкеа автоыатйШфавБаноа систем ишагшгл исслодосз!aia кораходаосст нрушома езт е бкой кодояг с Еотрадкцюнныыи оЗеоде^л на рааньша юлшнинп. Получены вкс- ■ пзрп^затслышэ даиные о когфХшщанто дагэт^ровдндя бортовок

1шчк2 eä tszc2 е0дз в позеципшзу и подводном шлогэняях, оц0е-

ка отсгесютэсшх с спектральных характеристик процессов трох-кэрного волнении в основных видов начет, а тахгэ юс ашлитуд-но-частотные хврактерпотикп пря различных шшзаэшах относн-тельцо волнения и поверхности. В настоящее вреая подобные результаты лабо впиаодгчны, лабо вообще отсутствует, а теорети-чзссао штода во позволят получать их достаточно надегно.

(ЗредстЕагш Сортового л берегового кс&згяаксов вшголнеш исследования процессов назучегося волнешш и мореходности натурного судна ups деюэнеи с различные курсагяа. Предварительно получены екешргвгонтальшго данные о характере дотгтфнроваиля Оортсьой качки на техой водо ща дгеяикэтп с различными скоростями, ш сошадасрх) с сузцэствущпги првдетавлепшаш. Впервые аолучеш экшаршзвтальшэ оцэшш законов распределения для процессов Евауцогося волнения п выявлены особенности трансфор-шцег оценок спектральных плотностей процессов трехмерного еолшшыз к киеэвой качки в звбеказости от курса. Получены екс-юрпхгэнзальша оцанкп сгяыштудао-частотных характеристик килевой г бортовой качки пра различных курсах относительно трех-шрпого еолневия.

НаучЕо-црактзчаская ценность. Достоинства автоматизированной сзстеггы, созданной для проведения массовых, экспериментов ш научена» ыорехбдаости моделей: и судов на реальном волнении,

захлзчавтся в практически реализованных иэтодах исслэдовапня, снажагцих трудоемкость, гоншпагцих достоверность результатов е учитывающих случайный характер иаучаегяа процессов.

Актуальншш является результата, связанные с корэходаостьв на реальном волнвпзпг крушомасатабяоЗ кодэ.тя тз яоззцпалнга п подводном пологепшп и натурного судна, щи дезезпйн с различными курсами, полученные средствами берегового и б_ортового

КО?ОТЛвКСОВ.

Эксперименталъгааэ двнеш о гидродинамических характеристиках бортовой качки модели с нвтрадицасипдгн обводаея на тихой воде, статистические и спектральные оценки рвальнкх процессов трехмерного волнения и осноеных видов качки, а такгэ их вксда-риивнтальныв шаиштудао-частотша характеристики с луза г основой для расчета и прогнозирования качка при различных положениях относительно волнаная н поверхности.

Даншэ о двгязфзроааняа бортовой качки натурного судна позволяют более кадэгно оценить ее при двзхэшш с раадкчнша скоростями. Получэшэ глспертаопт алыкэ оценки законов рсспроделения процессов каауг.егося волнения и еншшзпнш особенности трансформации спектральных характеристик рэальпого волнзппя, килевой и бортовой качни в зависимости от курса судна явяеттся основой для создания и уточнения катодов расчета качки прл двиаенот с различными курсс.а относительно трехмерного Еолна-ния.

Реализация я внедрение результатов. ПродстазлоЕнигв в работа метода вксшршэнтальвого иссыюдования мореходных, качеств реализованы в рамках автоматизированной система научных исследований в виде бортового к берегового коаплексоз.

На основе втой систеш были выполнены научно-нсоледоватэль-ские работы кафедрой теории корабля но темам: "Взаимодействие трансформированного мелководьем волнения с, маломерными судами", "Гидродинамические исследования поведения судов на мелководном заилении", "Исследование вероятностных характеристик реального волнения и его действия на плаващие инженерные сооружения". О использованием предложенных катодов проведена ис-следоЕвния моделей судов и других инженерных сооружений совместно о ЦНИИ имени академика А. Н. Крылова и ЦКШГ "Рубин".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы

докладывались и обсуждались на XVI Всэ сошной конференции по экспериментальной гидромеханике судна (Калининград. 1982 г.), 7 Всэ сошной конференции "Технические средства изучения и ос-воошш океша " (Ленинград, 1985 г.). МэкотраслэЕой научно-технической конференции "Применение ЭВМ в проведении научных исследований при создании сложных технических объектов в судостроении "АСНИ-85" (Ленинград, 1Э85 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Совершенствовагнэ средств и методов экспериментальной гидромеханики судна для развития научного прогресса в судостроении" (Николаев, 1980 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Повыаение эффективности экспе-ргаентальных исследований гидромеханики судна для решения проблемных задач в судостроении" (Калининград, 1Э90 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изло-гэна на 176 стр. машинописного текста, иллюстрируется рисунками и таблицами аа 40 стр. и состоит иа введения, 5 глав, заключения и списка литературы из 115 наименований.

Основные полояения, представляемые к защите. К защите представляются оладушке положения:

- структура и состав разработанной и реализованной автоматизированной системы научных исследований мореходности крупкомасатабных коделей а натурных судов, состоящэй из технических и программных средств;

- метода повышения достоверности результатов обработки бкс-першэнтальных даьннх за счет оценки динамических характеристик измерительных каналов волнения и качки трансформированным случайным сигналом;

- катода и результаты исследования на береговом комплексе автоматизированной система характеристик реального вол-Панна и мореходных качеств крупномасштабной модели в позиционном и подводном положениях;

- метода и результаты исследования с помощь» Сортового комплекса характеристик реального волнения и мореходных качеств натурного судна при движении с различными курсовыми углам!.'

_ 7 -

СОДЕГГЛШПГ РАБОТУ

лвтс"лт;э1т0в«"ия скопил ШУЧКЕ ширдсашкп шрещщюсти

изкагвиатИ сф?з::т с? шэдрглшя ОЕТСматозгрозаяш огстем таучпах псслэдопзнгй в судострсмгаа достетпэтсл ирг пппболеэ ПОЛНО?« учэтз в отрук^фо ГЭХЕПЧЗСПЕХ срэдстБ п глэтодах обработки дашшх осоСотгсоствЗ проводжзх вхспэряггэнтотз.

Характер прозодазг рсбот по кссл-здовк:гя мореходности г.тэ-долзй и судов спродолхгл структурное строэтаэ созданной остона-гганропапзсЗ едете*;! в рлдо бер9Г0Е0Г0 и бортового ис: лг.эксс^.

Эжстааркептгшлжэ исследования хфуготаакггвбяак »'эдэ.пей просолятся на рээльпс:? г'орпсе:! еояевепя й ярэдэлах проводной связи с бзрэгсм. Еорэговса когшязкс являзтся частью автомати-кфоввгшоЗ стстс-"!, па пэрхном урогг.:з ютороЗ располагается !,:сгдая &ЕУ 1X3-1045, оЗэсеэ'птгщзя фушя^п хронзпгга, основной обработка п доаугаетпронвная роаул&татоя. Нз среднем урони расшдспэп! два кзпа-2Е1 С1-4 дяя сбора, ^г.етзоа обребатка я пэрэдата из вчргвлЯ уропзпь гся-'зрзтзльЕсй жг&зр^гщип.

еслду схожее услэсгЗ сксплуатЕцкз па каготарнах судах, бортовоЗ и&зизго аппаратуры рззгетсвгя 1:« кгярзхелыю-рэ-гпетрзрунцая слстсиа с зсписьп зпфоркцЕа нп кзгаатпув гзшу н восЕфопзЕэдэш!э:1 ов па барогоЕом кскхпзксо.

Отсутствие сгЕПДзртшх устройств лвгарояия пврслзтров волнения н качка, удовлэтворяз^х требаЕепляп ввтокатпапропвпшх акспэрзтнтов в рэалышх условЕях, постпезло задачу разработка необходимых срадсгв.

Для исследования волнения внедрен "трехточечный" струнный волнограф. Кзкэрэннне вы возвшенпя вззолюзвнаой поверхности преобразуются в три параметра (еоззнеэнхго поверхности и углы волнового склона в двух перпендикулярных направлениях), которые полностью характеризуют трохк&рное волнение в точке. Для исследования бортовой и килевой качки приманена гироскопическая вертикаль на простом кардвяовом подвеса. Предлогоняый метод измерения вертикальной качки свободен от недостатка, при-сувдго распространенным методам двойного интегрирования сигналов акселерометров. Орнова ого в регистрации изменения давления связанным с ¡.юдолью датчиком, опущенным на гибкой

- а -

csasi в ЕЭЕОзмущзЕнув область падкости.

Дня ecos перэчаслакаых средств измерений разработаны и ш-шш«>ш устройства электрического согласования их с пзаери-тодышка жшая&до автаиаяшзровашой системы.

в цроцэссэ создавая спстеш разработаны программные сродства да шишатазацва основных втапов экспериментальных иссле-довазЕй. Для срэднзго уровня они обеспечивают проведенные изг-ролэшчесной сцэшга гзетрлтелышх каналов, сбор экспериментальных даншш: с одновременной даскретизацаей, квантованном и посладуг;;э2 передачей пх на верхний уровонь. На верхнем уровне uporpsssio реализована катода статистической, корреляционной и спектральной обработки записей процоссов реального волнения и качка. СрзЕшгашЕгз аналззои установлено, что автоиатизиро-ванаиэ кэтода позволяла значительно снизить трудоемкость г врзшекюсть провода^ах Ессяэдоззппа шрэходности.

■ Ерг^анэнпэ нестандартных средств потребовало особо тщательного прогретого кэтрологаческого обеспоченпя намерений, вы-пэлаэного с напольвованпсы разработанных авторе:.! и зарегистрированных а Государственно« фонде алгоритмов и прогреби драйверов цзстандартных устройств.

Отстичаскиа оцешш метрологическая характеристик имеют ограниченное значение, поскольку нэ учитывают реакцию измерительных каналов на динамический сигнал. В вкспер2&ентально.м псследовваия реального волнения и качки это когвт правести к цшшз&шх) оценок фазовых спектров, спектральных плотностей и пх иогантов различных порядков, гаэщих большое значение для кояпэстванннх характерного:: процессов.

Априорное прзаятгв дз£сггзт8ЛЬЕоЗ IНсК^)] гшплнтудао-час-тотыоа характерастшси \Hd(t¿) | = приводит к

озкбкв в. оценке iíc^ghteux характеристик hit порядка 2 , вычисляемых чороз спзктральауэ плотность $у(ь>)на выходе измерительного ясзала

~ (í¥Mswu" J \Нс

МЫЛ. W ^ . .

I г ::ус: ( Sy^lcjW-i (I)

lJltíd<o>)li(údCú J ¡Hc(o>)lz W I

дзуз ваэрательннх каналов на величину

С (CJ) - .

При экспериментальном исследовании динамических характерно-1 так реальных пзаарптельпых каналов случайным сигналом выявле-

ш, что пэучет их приводит, в некоторых случаях, к оночитэль-1шм псгреаностпм в оцзнках фазовых харякторзсгсгк, саоктрплышх плотностей и днспэрсий, суг.остсэктго уконьетть которое н, следовательно, погнсглть дсстоеорлость рЭ^уЛ1/ТаТОВ, ПОСЕОЛЯвТ предлогошпгЗ автором котод коррекция росулътатоз через их ена-литичзскео глпро;;скчацга.

Опит проведенных к настоящему прешли ; гогочгста! лшх онгагэ-ртэнталышх работ га кпученны трэходгсси; с щгглэюпягм ав-жатизированноа сгггтеш показал, что осеор'шэ цэдя ш сипго-няв трудоемкости, покгзэист достоверности результатов и обеспечении наиболее информзтишзгла алторггмЕкз обработгсп Сшп! достглгпуты.

ИОШЩДОа&ШШ МОРЕХОДНОСТИ ГОтаО^'АСОТАЕЖЙ МОДЕЛИ НА БЕРЕГОВОМ кошдексе

С использованием средств берегового ккяхлэкса проведена исследования гореходаости круппскзаптабзоЗ подоля "Лоцман" (длина корпуса - 17,0 и, ширтша корпуса - 2,32 к, висота корпуса -1,65 м) з позтцокко:.) и подаодточ пзхс™бпях 2 условиях реального волнения.

Ценность таких исаледаЕскпй состоит, продце всего, в експэ-римэнтвльннх гидродчяЕгдгабсккх г.г.ри.ктерлстг.нпх годэ.тз о нэтрадациоягаг-.'-т обводами корпуса в поззцясинсм и подвощен по-яогениях ввиду отсутствия но:.:огрг:.'~ч! нла других систематизированных источников для их оценки. Для прогнозирования качка и уточнения методов расчета особую важность представляют результаты совместной обработки вкспериментальных записей процессов волнения и осноеных видов качки в позяциопкем положении и бортовой качки в подводном пологеггки.

На тихой водэ катодом свободных затухвщих колебаний, гопле обработки вк.спэртганталышх данных прогретая берегового юллшекса, получены результата, которые свидетельствуют, что с погруженном модели период бортовой качка возрастает, зависимость коэффициента демпфирования от среднего угла п скорости становится более линейной, а величина коэффициента в пределах исследованных углов умонавется.

Метода автоматизированного экспериментального исследования затухающих колебаний значительно сократила (до несколыатх ча-

соз) шгя врэил огопэргзжта к позволили получать саалзга-таскгэ ьпярогаазгщз! коеС^лияло язьл^ироикаи, нрггодазо для Еспосрэдспзошлго прохр^акзго расчета бортевой качпсд.

В хиоцэсрэ Есагвдасшгя качкц круннсмасптабноа кодала в ус-гзгаяк усхо^чэихо вокгзйза проведена 1С шавиангЗ ( 4 в тоаи-«гоааса иакеэша: лаагш, 2 вразрез Есшонза в 4 в подаодпоы созхаага гггс^ к погэрхаостпоглу голнешэ). Установка модели па еэдтхт.зхЗ дэплрп оЗоспэчзв&за слободу угговнх колэбаша бьо дгз^л юдзсг по 1фгау, да££эрвзту п ыртаеахьнаы .гара^цонаял з юг^цг;сн£1сл шшхгэех* к Сортовая кал-збаве* в вдцгодаза шло-сзгша. ДгыехьЕссгь рогпохргцаа аа ке^ол исаатаааз состсшапз из иоезе 10 изззгг, сбзспачд^гя трзбусыуз стагяс'ппзетзга надог-к;о'Хь ^оддалялвд ойраЗана содчагнас процессов. к пэеацзоншк: рзгсетраро^йггсь сроцосга трэгэрпого попззгпоотного здсахш п ссют-.та вдов качки при иэскйкыхэ лаге:« и

Е-рлиссз зх^ез^-л, в годводзоа шл^зеи - процесса ссшэршоот-г^то еклзнея к йортопоЗ качка 1дп волэгэягз .члгсгл.

стагкстичаской обраоотш Сало далучзпио дал всох за-регазтрзрсшжгд: лроцассов оцхш дяспорсжй, шв$52Цгээтов аа'^глахраа 2 й;{сц:>сов, тсйкгчгаго с гргйзчэсзого ефедстазлэеш сцэес;; д=£5вуойц,тньшго в гаеогральшго пеканов распрздэлэ-гпл. ?саг2и20вазг:з цшда шсег^нзащх позволила Еод/тагъ ра-бтаьч-аза ад егуяг^сзрлсозаггсгзу Пйрсггзтр? чэрзз 8 г--:-

щ? Сирг.йо'г«:!, обосаэчглад с^г-'^рзз^з пордракшуз срэдавквэд-рзяящтз сг^йз? н,о бохез 0,03, «о яаггэхсл юредш разульга-"лз йрйзжкз Е^сэрг^ота.

11-1 оста» в рсСого г^Лигаак н гр^^чосгиг сца-

пал сссг. Етх^есоз б^жсоть зшаш рагарэдзлыся

и-.'гк^аагх гаочохт?. п сзрхлыа&зг. Бта результаты шашш» сад^гло с^л^зть, по Епсоояпи соотпопандяа, основгыо газражгерзстазк сэрэгулярлого еойшйшя и качкн.

• Д^л вроде асов ордз.'з? е уг-гажз кшшш б гвЕэрадьвсм пап-рзшзлж г хпз о^заавасм и пгл готровоа кшшют откачена ста-тьсхачэокг уотсС~ахпи ссг;,;;атр-1я, саязвашш о рэааь-

еого косгзшз? (нодаэ^фогвгй еххен . болоэ хрукй), что согласует е.": а аизлогш21й.а садзЕйаа в работ океанографов для р^Лояов коря. Тв!сэ согласуются с подобней резуль-тшает усий'шаЗ отрпцоаэльшй вксдесо для ординат, характер-пай дла р^ьльгого 'еолпянця и отра^зпчра больпеа разнообразие

Посхолшу стотзогиосж® херахтаргстяка ЕЭ"рог.ого п с*азеп~

~ОТО ПОЛНОТЕЯ, ПОЛуЧОЕПЭ 3 païens I-CEÜTCTÍÍ, :r."ÎBT С^ОЛОТЗЗ О 2Щ53ЯТ91.'ХСГ2Ий,.*Я ЕЭрЗруЛГрЯГО ГОЛНКПЯ 3 /фУТЯХ p:i;íonax, го содугонп» дзпшэ о гюрэжодяоега гхггут бять яо-шльгеагга щп npornocspoaassa титла а рг.пр~ботгз нагодез рэс-тята для рзпяьпах г:орс;"ах услсг~Л.

Иоррэля^ашаая сСр-Сакса пгэлз сдоьп еЗзсгз'-сггь гп"лз*гтя ецэгзез хю^одгл^ажлЕ Çysap!t для гензявяр??! егхтрзятгвй обработка и жрргаагрезд для зрэдеэратэлгпого crsrzca сссбзгяоо-тоа ггзучЕогзях црзцзееоз я шборз пз »тез осеоеэ сбьозстаэк пзрелзтрэз сгзхиралктаЗ ейрзбегхх.

Рэагзгсяззшзгэ л рейото пэго;?! сЗргботаз а

гэшпв 15 тешут для zßjx процессов сЗэспэтгжш? хоязгчзгпо сцогсгс евго п eoessix ворралгарсвшг со срэд2схгз.гра-

•zrrzcl га^арозстгоЗ caaöxoüt пэ'со.ггэ 0,С28 з пгэдгнгзг rjsrrra srasasraessa 1/10 г (Т - врега рзак^сцта).

:;тда коррэ^огрхкч гсзгс^етгЛ и «югегаз Ess-ïssrj, по---у-зпгпет гссатсгяаз, везегал, что пз сспо-э стгГ'Ота^гтя:

скпрсастг.'^цд*! пздз

(t)^Dcc- г<*р{- mij-coàfir

•аото гэтосгого гаетеггз л

к« а/.Я« m i 1

н)

(3)

л.™я ечпазаэго пояжпя, а врэдэгаа пр."эпя пгса^тстгя ергу-г'эота I/I5 - I/I7 Т, Есзгкзза sç^usm сцзЕка гфЕст-зрз гоггя-пая л сбхэжкзгкЗ птйор яжз уезтатпп я гзссэ-згз o:sa ,г,~я сп-?.:;зааа сггятрзлказЗ сбрсбоЕн, обзсготпасг^зз: мрг.г.1лг.чг» ттзотгдг? /рпзрзтогшзх азщгэдаз спзвзрадьшх ецэггз, гззшуп ^.тепзрегэ ciyîrœt сапагрзлкхЛ ягэтаоота (сглго П^ряспа) а бодь-гтэ рпгрззегзуо crrcccfccsrb по частота дал сказгяго гзпяпгя (ста Зх'ттпгз).

Для керргжгрг?! гроцэссоа tarera кодэла joteajarcra, что sa ¡¡яязаяса УЧ2СТГЛ (до гараого сгтй5г~гй), газ а дйя

лрсцэсссз Еэгрссэго вошэвзя, хцгг-^зга саояатошсгаз^Еочгссз-syesaa еш^ешкгэдя! (2), что гозволяэт еэстл спзктральпуз об-paöoxity прсцэссоз гзчза о сбссяонаЕЕ^а спощфзкоЯ процзссса Ti3.pc-'STpí-.';í п доствто'шо падзгпо сцспзиать пгябогза япоргепэ-

сущую частоту в случайной процессе качки, близкую ш зпачаниа к пвре::эгру f¡> (2).

Цольы спектральной обработки было получение спектральных, представлений их анализ и вычисление мокантов основных статистических характеристик процессов нерегулярного волнэнпя к качки. Реализованные в работе автоматизированные катода обработки иосволлхт за 30 шшут, с Езобходэюй для практики точностьп, получать тбйлешио е графзчэскнэ оценки двух nspai-згров.

Дяалзз полученных при испытании издали "Лощзн" спектрограмм taasan ссойошгоспг зарагастрароазттагх роалышх гфоцоссов ХЛЛЩНПЯ.

При чисто ветровом волнении спектрографы плотности уклонов шлпошш в генеральши н перпендикулярном ему направлениях екзю? одаоеэрзешай характер с бдпанеш аначсншши частоты Kcsc^jra п шпйе: значонилгш статпсткческой связи в зона ыаксвдуков иецду ординатам и purnsíi волнения.

В зарзгЕстргрованшх случаях дврзякаюкеитного ссаавнЕого волнения спектральная структура ординат волнения содержит низкочастотный (волна зыби) н высокочастотный (вэтровш составля-Щ2Э) кшссицукы, с распрэдаланшан кагду нее шачешжа общей дисперсии процесса. Реализованные в работе катода обработки Еаявила различную степень статистической связи процессов орда-наг с процессами уклонов волнения в зонах какстауков -гагактрог-ракм.

Совместный анализ полученных 'спектрограмм основных видов качки и трехкэрного еолпзшея позволил выявить вагине особенности качки модели в псзициаяпо.м и подводног,: положениях. Для бортовой качки лагом ясно выраженные максимумы спектрогракзл присутствуют вблизи частот свободных колебаний для позиционного (fíq =1,4 рад/с) и для подводного голоданий { Ид = 0,7 рад/с), независимо от частоты ыахсвдутв уклонов волнений в генеральное направлении. Опектрогра^зы килевой и вертикальной качки при полого пил вразрез волнению пкзют ыаксигдуш вблизи ыакгазауков спектрограки возыущаицзх факторов - уклонов и возвышений поверхностного волнэшя.

Посла совместной обработки зарегистрированных процессов волнения и качки получены качественные и количественные результаты о влиянии трехмерного реального Еолнения на бортовую качку модели при положении вразрез волне и килевую качку в по-

лэ-опш! лагсм. Экспериментально подтверждено, что оспсгпая онэргия бортовой качка на нерегулярном волнения, незскзсга.'о от его спектрального состава и палогвния нодвлх атаосатвлыго волнения и поверхности, сосрэдоточонв в области частот собственна*. колебаний на ютой водэ.

Прл метрологической оценке плмзритэлыплс' каналов автоматизированной систе;ды показано, что поучет действительного вида сг,?тхпитудао-частотЕоа: харготертегга шээт протеста к знзчп-тельныи спнбкич в спектральных п статистических зарантерзстз-ках. Применительно к рэальш»! процессам пра пгаштаяст цодэла "Лоцман" получены корректируемо коэффициенты для десперсий (ординаты волнения - 1,42, уклоны волнапая - 1,35, бортовая качка - 1,03, килевая качка - 1,27) которые правильно учзтнва-от особэнноста распределения шаргая колебапай по частотам п характер аяыстудно-частотгай характеристик! соотззтстзукцжх измерительных каналов и пошаявэт достоверность окончательных результатов.

Методика определенна гяюттудао-частотннх характеристик лянайкой качка рважгозава з работе чараз известное соотпсгв-

пнэ

/Фж,** (ы)\=[)/Ъсс1 (ш)] (4)

где ЕндекгаЗО я ЗГ? соотЕэтствупт входнс;«у процессу болнэеяя и

еыходно!1у процессу КВЧКЯ соотвэтстсэено.

Эясгоргдэдталышэ оценка АЧХ С-ортовой ::атгн легом з позицп-опнем и подводном полозэниях имэпт четко шраггапный реЗСНЕНС-пый характер с максимумами оценок вблизи частот собственных колебаний в соотвэтствухдах поле палиях.

Оценки АЧХ килзвой и вертикальной качка при гшояэнш вразрез волнения т.:олт частоты кэяекмушв АЧХ качки блнзккгш к частотам, где располо=ены максимума возцущашрпс факторов.

Еатшаша исследования с крупяомасатабной моделью в усло-стях ралыгого волнения яодтвзрздазт возможности бэргового комплекса созданной автоматизированной систем! з шлучоткзл гл-формативных данных о процессах, позволящзх судить о хвракторе основных видов качки л результатов, которые ггегут слушать основой для уточнения методик расчета нерегулярной качки.

шмэдовше мореходности натурного суда с шшцыв

ВОРГОЗОГО ШЯШЕЮОА

Цзлыэ ег.агюрп^оятов с Сатурна судам "1йшульс" (водоизкэ-српиз - 28 i, длина со ватершк - 19 ы, сирина - 3,8 к), ирсьадезшас с использованиси бортового коьамэкса автоглатизнро-ешной кстзгги бнлэ исследование статистических и спэктраяьшх гаршт&раотшг трэхгзржго кшешя и кориодаоми судка при aro дагэниа с раэ-шчншш кзроesi. Актуальность ткет иасдддо-шп£ обьйепяахоя той, что задача о влиянии скорости года с курса судшз на aro качку пвлязтся весылэ сложной, ев гаащэоЕ нсч8ТШ2£йцэго теэракиосюго роЕэшш до наетояцаго времени.

При ирогадзиЕ: оксазрглоЕта Сшга Бгпюлпона регистрация Сор-ící&u шлшксеу процессов вмеэзир., бортовой к кшшой 'качки на пяте гуроах. В работе прадстеалзны результаты обработки береговом коавнжсза дсесых, полученных на встречном и шлутеом к волеэнпз курсах.

ЦрэдеарительЕО било прозодэно опредаланиэ гадроданйсяэгашх характеристик бортовой качки катодом аатухокзях колебаний при двзгзнЕи прягышаСно с рашачншгк снаростяш на тихой воде. Аналитические шхсксика&даи шссгоракштаяькых данных показывают, что с увеличенной! скорости хода судна происходит езмзнэео валачины и характера зависимости ковф|ецЕэнтз дошфлрованпя от сраднэго угт колзбашЕ. При нулевой скорости он е-/.зэт градационную Еэлйнэйзую аавист-ость от среднего угла колебаний, ггр увеличении скорости до 7 ус-чов (рг -- 0,26) зависимость приближается к линейной.

Экспериментальные результата отличаются от. принятой в практике расчетов скоростной надбавки к коаф^пцшиту демпфирования, определяемой чэрез эмпирические формулы и номогражы, полученные, главным образом, при исштании серий насакоходных буксируемых кода лей. Влияние скорости хода в них сводится к учету подъемной силы на корпусе или других выступающих частях, которые создают не зависящую от средпаго угла надбавку.

Существуют к другие экспериментальные данные, когда при некоторых числах йруда (ft*0,2) наблвдается снижение спротивле-ния бортовой качке, по сравнению с его величиной при отсутствии ходв. Существуют работа, где такая особенность в сопро-

сяецонкз каксаауиа спектральной плотности в более шсокиа частота и распределении энергии в более широкой полосе частот. При попутном курсе просходит концентрация анергии в виде узкого низкочастотного пика с крутой высокочастотной ветвы).

В работе показано, что особенности трансформации экспериментальных данных согласуется о существующими результатами аналитического исслэдоешго! при представлении спектральной плотности процессов в форме Барлинга

$Си>)= Лео"5 е*р(-Ьсо") (5)

в функцяя частоты встречи.

Спектрограммы боровой качки свидетельствуют, что при движения на трехморнон волнении на вотрочных и попутных курсах судно испытывает бортовую качку, основнне частоты которой легат в области, близкой к частоте собственных бортовых колебаний.

По предлогенной автором методике для экспериментальных данных выношена коррекция оценок спектральных плотностей и моментов с использованием аналитических аппроксимаций АЧХ измерительных каналов. Во личин а корректирущих шогатэлей для оценок дисперсий при встречном курса (смещение оценок спектральной плотности в сторону высоких частот) для уклонов волнения и килевой качки составляет от 1,15 до 1,29. При попутаем курсе (смацввиэ в сторону низких частот) от 1,04 до 1,09. Такие значения коррокции согласуются с особенностями регистрируемых процессов и характером АЯХ изберите льдах каналов.

Выполнение в работе сшгронпне записи процессов волнения и качки позволили получить амплитудно-частотные характеристики килевой и бортовой качки реального судна на ходу, отражающие его основные мореходные свойства и являющиеся, наиболее полной динамической характеристикой и важным элементом расчета качки на нерегулярной волнении.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

I. Как покаэыввт практика, наибольшие достижения в современной судостроительной науке были получены на основе экспериментальных методов. К настоящему времени традиционные (неавтоматизированные) метода проведения экспериментальных работ в области мореходаости узя исчерпали свои возможности. Иыещийся

тивленш бортовой качке на ходу объясняется взаимодействием волновых систем поступательного дзвхэния судна и волновой системы, образупдэйся при болтовой качке, а такте дешфпруэдин действием гребных винтов.

Полученные в работе результаты свидетельствуют о существовании неучитываемых в настоящее врэхя особенностей в сопротивлении бортовым колебаниям на ходу г необходимости дальнейших целенаправленных исследований.

Для регистрации ординат и уклонов волнения вблизи корпуса на ходу судна "трехточечный" струнный волнограф закреплялся на бушприте. При такой установка регистрируеине ем суммарные сигналы определятся волнением и качкой. Предложенная в работе методика позволила приЕвстп парЕКэтры волнения к используемой в теории и практике расчетов качни первой подвитой системе координат.

Табличные и графические результаты статической обработки на встречном и попутном курсах приведенных процессов волнения свидетельствует, что в уторенных условиях волнения мгновенные значения возмущащих. факторов распре да левы по близкому к нормальному закону. Такой результат является паяным экспериментальным подтверждением прашаюемо® в расчетах качки гипотезы о нормальности распределения вогнущахщах факторов при ходе судна.

Корреляционная обработка записей процессов волнения и качки позволила установить, что в пределах времени запаздывания 1/10 Т корреяограмын обесточиваю достоверный анализ их особенностей. Характер коррелограш позволяет утвэрздать, что они могут быть таксе хорошо аппроксимировании аналитической зава-симостьв (2), используемой для процессов, зарегистрированных без хода и выбора на втой основе объективных парыетров спектральной обработки и предварительного анализа особенностей процессов.

Наиболее информативные результаты о мореходных свойствах натурного судна на ходу получены в виде результатов совместной спектральной обработки записей процессов волнения п качки в функции частоты встречи

Для процессов волнения и утлоз килевой качки встречное и попутное движение судна оказывает существенное влияние на вид спектрограмм. Эти изменения, общие для ординат, уклонов, волнения и углов килевой квчки, состоят, при встречном курсе, в

/

опыт позволяет упзерздать, что наиболее вффэктшшни сродством для снЕ^ЗЕИя трудоемкости, нокшотя качества и достоверности результатов вксперикэнтального исследования является хоглплекс-иая автоматизация всех его этапов на осноеэ автоматизированных систем научных исследований.

2. В предотавлязкой работе рассмотрена основололагащпо гртщртм технического и програ-^лного строения бортового и берегового комплексов, позволящие рационально распрэдолять ресурсы снстеш при исследования шэрэходностз. Бортовой комплекс практически реализован как лзмэрительно-рогистрируищая система, в береговой как иерархическая разноуровневая изшритольно-пачлслительная система на основе ЭРЛ стандартного исполнения. Програгггннй комплекс, расширенный пакетами прикладных прсг-ра!.?л, библиотекам математических функций я разработанная автором драйверш-я, позволяет реализовать ввод н обработку ёкс-перпментальных данных по данболэе информативным в настоязэе вре:гя алгоритмам, которые учитывают вероятностный характер роальЕых процессов волнения и качки.

3. В процессе создания састеет автором проведена оценка продельных функциональных воаиогностей аппаратно-программного коивяокса. Установлено, что реализованная техническая система п разработанное прогребшее обеспечение удовлэтвор.ют требования! проводила в настоящее вроет эксперсмнтвльшх Есслодоза-шЗ мореходности. На оиювэ предложенного автором в работе метода спектрального анализа даншатесасих харсктористхкс шявлв-но, что в реализованной систем при обработке вкснеримекталь-кнх детых необходим учет действительного езда частотах характеристик измерительных каналов. Показано, что прадоюгэнный метод коррекции оценок спектральных плотностей позволяет в некоторых случаях на 20 - 30 процентов снизить погрешность в но-личэствэннах адэнках исследуемых процессов.

4. С целью получения вксперккантальннх сценок основных ш-реходшх качеств крупномасштабной модели с нетрадиционны;.® обводами на береговом комплексе проводеш га. исследования з условиях тихой вода и реального волнения при различных полозешг-ях модели относительна волнения и поверхности.

5. Получение двнныэ о гидродинамических характеристиках бортовой качки крупномасштабной модели с нетрадиционными обводами на тихой воде в позиционном и подводном полояениях явля-

ются актуальными, так как отражают особенности коэффициента демпфирования и собственной частоты колебаний для различных положений и представляют интерес для прогнозирования и расчета качки ввиду малого масштабного эффекта и отсутствия систематизированных данных для подобных моделей.

6. В работе установлено, что полученные екснеримэнтальные статистические оценки для процессов ветрового и смешанного волнения в районе испытаний имеет общие свойства с подобными оценками нерегулярного волнэния в других районах. Следовательно, результата исследования мореходности на акватории имеют обций характер и могут служить надежной основой для суждения о поведении судов на реальном волнении

7. Вероятностные оценки и гистограммы процессоз волнения, а а таксе основных видов качки в умеренных условиях в позиционном и бортовой качки в подводном положениях свидетельствуют о близким к нормальному законов распределения их мгновенных значений. Это является вааним фактом при оценке основных статистических характеристик изучаемых процессов.

8. На основе спектральных оценок рассмотрены количественные и качественные характеристики зарегистрированных в испытаниях процессов вэтрового и скатанного волнения, различных, видов качки в позиционном и подводном положениях. Выявлены существенные особенности качки на трехмерном волнении и получены оцэяки амплитудно-частотных характеристик бортовой, килевой и вертикальной качки, отракащие наиболее полные и важные динамические свойства модели. Проведанный анализ свидетельствует, что реализованный в работе метод коррекции оценок спектральных плотностей с учетом аналитических аппроксимаций амплитудно-частотных характеристик измерительных каналов позволяет, в некоторых случаях, снизить значительные количественные погрешности в вычисляемых счвтастических оценках.

9. С цельо получения экспериментальных данных о реальном трехмерном волнении и качке на нем натурного судна, движущегося с различными курсами, с помощью берегового и бортового комплексов автоматизированной системы проведены исследования указанных процессов.

10. Црадварительно полученные аналитические аппроксимации для данных бортоных колебаний натурного судна на тихой воде при наличии хода свидетельствуют о существовании особенностей,

-IDeo учитываема з современных представлениях о псстогшпсЯ скоростной надбавхз к коофЕзцяепту де:?£зров8ння. Вняялешо пп:.:э-еэппя характера coirpcгталззля бортотоЭ нгзтаэ в зевяспкостп от скорости судна, от>:ачэншэ и в ¡кшпврглгггаяьвмх работах других авторов, могут слугять для более падежей оцепа качки судна при разлттгпл услсгллх плавания.

11. Прадставлэпн результаты обработки берсготггм кс;пг.зкссм данных о роплтлзсч трэх:*с-ргсч еолнэпш, COPTCE-Oi И югэеоя качке, зарэгистрирозапша Сорте™" i ксдхггясоя нз псслвдоватэль-сг:см судно прз двнгзпин Ергороз л попутно волпэннл. Особая ценность втих результатов в топ, тто спя получена на патурзх:.! судпэ. Результаты статистической сбрэбоиси пзучпокых процессов сездэтольствувт, -что при дпигэнзн в укзрзшнх условиях на ре-альпси волнении судна находится под всздзйстапои процессов, законы распределения когорта близки к порг:альЕ?:м, что является npartmecCT не вссдэдаваним, но суцэствэишп Фактсм прп оценка статистически характеристик и рзсработкэ гятодзк рзсчэта качки.

12. Полученные п результате обработки дагшпэ о спектральной плотности волнения п качки позволяет провести качественный и голзчэстезпжЗ агалга взшпгадэствзя реальных процзссов и ва-лгтгь осоСзепсстп тртасТсрггацпи пх спэктрпльп:« характеристик при ходе судна. При атом подтзэргдапо, что притакэштэ продло-гзнпоД автором з работо програг.:аоЛ корр-зхции ордзпат оцекск сггзитрдлгьгоЗ плотности чарэз гишрокс:пзци:1 с-житудпо-чсстот-ных характеристик ислэрзтольпых йапалоз повышает достоверность окончательных результатов. Получений нас рдзулмат взатглюго спектрального анализа, оценки вплптудпо-частотных хзрактерис-тзя бортовой и гсшэшй качни представляют собой вазше зкога-рикэнталькна донеш по динамике судпа в условиях движения па реальном трэхкернсм волкэпзл. Особая ценность втих результатов в тем, что они получены при испытаиии натурного судна.

список работ, спуепишанкых со те® дкссертащш

1. 'tapoxrai Б. В., !■!срозов В. Д. Дз:<гф1рспа1пга бертокк колебаний судной с греблами впитетш. Л.: ЛИ, 1ГЗЭ.

2. ?£трохин Б. В., Морозов В. Д., Муравьев Е. В., Солетянс-кая Т.Н. Применение мяне-ЗВМ С"!-4 при экспериментальном изу-

чэееи реального е0л2энш и иореходаостп су.ПО а. Доклада XIII ШО гЕДро:лаюнйси судаа. Тон I. Варна,НРБ, 1584. •

3. Мзрахин В. В., Морозов Б. Д., Щульц В. С. Прззлепекпэ сродотв ЕБХОМЗТЕПаЩЗ! ВКСтрИМЭЕТаЛЪВЫХ исследований при изу-121X211 кореходзостз судов п ш. моделей. Всесоюзная научно-техпгчэскал конфэрошрш. Л.: Судостроение, 1Э88.

4. Морозов В. Д. Дксковся операционная система общего назначения. Драйверы устройства ввода аналоговых сигналов УВАС-1. ГООШ1, рэг. £ П006473.

Б. Морозов В. Д. Дисковая операционная система общего назначения. ДраЛвэры устройства ввода аналоговых сигналов УВАС-2. ГОСгАП, рэг. £ П002472.

С. Морозов Е. Д. Дисковая оперэцЕэпнвя система обдэго назначения. Драйверы устройства ввода п енбодз дпср&тных сигналов УШЛО. ГОССЛП, рог. £ ПООв4'71.

7. Морозов В. Д., Цуровьзз Е. В., Оолокянскпя Т. Н. 1вго«а-ткзацля кослгдавЕяай морэходаых качеств судов в натурных условиях. XXI Всесоюзная конференция по експержэнталыкЖ гидроггэ-хвника судна. Калшащгрзд, 1932.

8. Морозов В. Д., Скат аров А. В., Сояокякскнй В. В. Автоматизирований; ЕыфорлацЕоапо-ЕЗиар^тэльньй кошзлэкс для научно-исследовательских работ в морских услошях. У Всесоюзная коп-ферзЕцня Техначаскиэ средства изучения и освоения океепа." Л.: Судостроение, 1535.

9. Морозов В. Д., Щульц В. В. Натурные шрэходныэ испытекея суда^, В сборнике: Проблемы гидродинелякл и безопасности плавания. Л.: Л01, 1338.

10. Морозов В. Д., Шульц Б. Б., Црков Н. Н. Исслэдоаанио килевой качки судна на реальной волнении. Оборшп: научных трудов Л.: ЛШ, 1586.

Зак.Р-81. Тир.90, Уч.-изд.лЛ. 26.12.91. Бесплатно. ППО "Пегас". Лоцманская, 10.