автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.01, диссертация на тему:Разработка методов расчета позиционирования плавучих технических средств освоения шельфа в сложных эксплуатационных условиях

»

На правах рукописи

ВАГАНОВ Александр Борисович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПЛАВУЧИХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОСВОЕНИЯ ШЕЛЬФА В СЛОЖНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ

05.08.01 - Теория корабля и строительная механика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Нижний Новгород 2003 г

Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете на кафедре "Теория корабля и гидромеханика"

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Р. В. Борисов

доктор технических наук, профессор Б. П Ионов

доктор технических наук, профессор В. Л. Этин

Ведущая организация: ЦНИИ им. акад. А Н. Крылова г. С. - Петербург.

Защита состоится "_" _ 2003 г. в _часов на заседании

диссертационного совета Д 212. 165 08 при Нижегородском государственном техническом университете по адресу 603600, г Н. Новгород, ГСП-41, ул Минина, 24, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.

Автореферат разослан "_"_ 2003 г.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять на имя ученого секретаря совета

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор „ А. Н. ПОПОВ

2004-4 25468

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Плавучие технические средства освоения шельфа (ПТСОШ) являются уникальными, весьма сложными по конструкции и в управлении, имеют большие размеры и водоизмещение Их эксплуатация осуществляется в сложных морских условиях и сопряжена с риском для жизни людей и экологической опасностью, сопровождающих освоение нефтяных и газовых месторождений

Рассмотрение уже эксплуатирующихся ПТСОШ, а также перспективных технических средств освоения месторождений арктического шельфа показывает, что преобладающее их число относится к классу подвижных плавучих сооружений на шельфе Рабочий резким состоит « занятии корпусом определенной позиции, удержании или целенаправленной смене помции Позиционирование может выполняться как в тихую погоду, так и в штормовых условиях моря

Практика эксплуатации отечественных ПТСОШ показала, что возникает достаточно много затруднений, сбоев и даже аварийных ситуаций по причинам, относящимся к позицио-ни ованию

• - обрыв якорных связей или сползание якоря,

• - смещение установки под действием интенсивно развивающегося шторма и при воздействии шквала ветра;

• - неизбежные ошибки в углах раскладки якорных линий;

• - перегрузка якорных связей от поворотов корпуса по курсу из-за неудачной гидродинамической или аэродинамической компоновки корпуса от течения и ветра,

• - отсутствия резерва удерживающей способности системы позиционирования, гарантирующего от возникновения каскадных критических ситуаций в других связях и в других системах и оборудовании, при обрывах якорных связей,

• - неуправляемость в режиме свободного плавания

Выполненный анализ проблем позиционирования ПТСОШ, проблемы проектирования и эксплуатации технических средств освоения месторождений на шельфе морей обуславливают необходимость создания методов расчета позиционирования ПТСОШ на базе математического моделирования их как сложной технической системы.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка методов расчета характеристик позиционирования различных ПТСОШ в сложных эксплуатационных условиях, в том числе в аварийных ситуациях и при ошибках операторов Работа основывается на создании комплексной математической модели ПТСОШ как сложной технической системы при использовании всех имеющихся научных разработок отечественных и зарубежных авторов, с применением новых фундаментальных методов гидродинамики и методов нелинейного численного анализа напряженно - деформированного состояния гибких связей Методы должны быть универсальными, обладать гибкостью налаживания к изменению состава системы и к изменению ее параметров, а также представлять ПТСОШ как управляемую систему

Методы исследования. В диссертации использованы теоретические методы теории корабля, механики гибких стержней и нитей, динамики судовых комплексов двигатель - движитель, электродинамики приводных электродвигателей, элементов гидроприводов численные методы интегрирования систем дифференциальных уравнений, метод граничных элементов, методы проведения модельных и натурных испытаний судов и обработки данных

На защиту выносятся следующие основные научные положения, имеющие новизну:

1 Математическая модель движения системы ПТСОШ как сложной технической системы при позиционировании, отличающаяся большей полнотой, универсальностью, гибкостью налаживания к изменению состава системы

2 Результаты анализа низкочастотных процессов в морском ветровом волнении

1 Математическая модель для определения гидродинамических характеристик корпуса, базирующиеся на методе граничных элементов, с учетом нелинейностей и изменяющихся во времени параметров посадки

4 Метод расчета воздействия групп волн на корпус и характеристик вызванного группой волн движения корпуса

5 Математическая модель динамики и напряженного состояния якорных связей, включающая метод расчета нагрузок на связь и способ получения решения задачи для сложной связи при наклонном рельефе дна и произвольном движении клюза, отличающиеся учетом пространственного нестационарного нагружения связи, взаимодействия связи с илистым грунтом, наличием амортизаторов, работы якорной лебедки с ручной и автоматической системой управления

6 Математическая модель динамики и напряженного состояния трубы морского стояка и плавучего грунтопровода, содержащая метод расчета нагрузок и способ получения решения задачи при произвольном движении шарниров, отличающаяся от имеющихся решений учетом пространственного нестационарного нагружения стержня в нелинейной постановке

7 Методология проведения крупномасштабного модельного эксперимента в условиях открытого водоема озерного типа и натурного эксперимента в море и результаты испытаний ППБУ.

8 Результаты исследования движения ПТСОШ ППБУ, морского земснаряда, подводного блока управления и энергетики, бурового судна, гравитационной платформы

9 Комплекс критериев оптимальности для отдельных подсистем при синтезе сложной технической системы

Практическая ценность диссертации состоит в создании универсальной методологии для расчета позиционирования ПТСОШ Методология реализована в пакетах прикладных программ для сети ЭВМ и гибко налаживается для конкретного объекта Расчеты, проведенные для ряда спроектированных и построенных ПТСОШ, показали хорошую сходимость с данными экспериментов, проведенных как автором, так и другими исследователями

Реализация работы. Разработанные в диссертации методы внедрялись в ЦКБ "Коралл" при создании проекта KMC (проект 1613), проекта ППБУ "Шельф" (проект 10170), проею-а ППБУ "Север" (проект 10172), в ОАО ЦКБ "Лазурит" при разработке концепции подводных комплексов освоения шельфа (динамика погруженного блока управления и энергетики), в НПО "Судоремонт" и ОАО ЦКБ "Лазурит" при создании проекта морского земснаряда (проект 19000), в ОАО ЦКБ "Лазурит" при создании проекта изделия "ТРИТОН - НН" и проекта рыбопромыслового судна проекта 21280

На кафедре "Теория корабля и гидромеханика" Нижегородского государственного технического университета разработанный автором комплекс программ обеспечивает выполнение расчетов в курсовом и дипломном проектировании по всем разделам теории корабля

Таким образом, в диссертации решена важная проблема по разработке методов расчета позиционирования и напряженного состояния связей плавучих технических средств освоения морских месторождений, позволяющая на стадии проектирования принимать эффективные конструктивные решения, а при эксплуатации ПТСОШ избежать ошибок в управлении

U

Апробация работы проводилась в докладах на следующих конференциях

1 На Всесоюзной научно-технической конференции «Основы проектирования плавучих буровых установок», г Севастополь, 1978 г

2 На Всесоюзной конференции «Технические средства изучения и освоения океана». Ленинград, 1978 г

3 На Крыловских чтениях, г. Одесса, 1980 г

4 На Всесоюзной научно-технической конференции «Технические средства изучения и освоения океана» Океанотехника - 81, г Севастополь, 1981 г

5 На XIII научно-технической конференции «Очередные задачи речного судостроения» г Горький, 1981 г

6 На Всесоюзной научно-технической конференции «Экспериментальные исследования мореходных качеств судов и плавучих технических средств в сложных эксплуатационных условиях» г Калининград, 1982г

7 На XVII Всесоюзной конференции по экспериментальной гидромеханике судов Ленинград, 1984 г.

8 На Всесоюзной научно-технической конференции «Океанотехника-85», Ленинград, 1985.

9 На I Всесоюзной конференции «Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР», Москва. 1986 г

10 На Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы совершенствования комплексных методов прогнозирования мореходных качеств судов» (Крыловские чтения), г Николаев, 1987 г

11 На VI научно-технической конференции «Проблемы создания новой техники для освоения шельфа», г Горький, 1989 г

12 На Всесоюзной научно-технической конференции «Физико-математическое моделирование при решении проблем гидроаэромеханики и динамики судов и средств освоения мирового океана» (XXXIV Крыловские чтения), Ленинград, 1989 г

13 На Всесоюзной научно-технической конференции «Методы прогнозирования и способы повышения мореходных качеств судов и средств освоения океана» (XXXV Крыловские чтения), Ленинград, 1991 г.

14 На международной конференции "Проблемы прочности и эксплуатационной надёжности судов", г Владивосток, 1996 г.

15 На Научно-технической конференции "Современные технологии в кораблестроительном образовании, науке и производстве", г Нижний Новгород. 2002 г

Публикации. Основные результаты выполненных исследований по теме диссертационной работы отражены в 35 публикациях

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, включающего 251 наименование, и приложения Диссертация содержит 215 страниц основного текста, 170 рисунков, 25 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко выполнен анализ проблем позиционирования ПТСОШ, анализ выполненных ранее исследований по данной проблеме отечественными и зарубежными авторами, обосновывается актуальность темы диссертации

Сложность процессов взаимодействия корпуса корабля с волнением и ветром, отсутствие всеобъемлющих теорий и несовершенство теоретических методов изучения динамики ко-

рабля при плавании в штормовых условиях моря обусловили проведение научных исследований по динамике Г1ТСОШ по следующим направлениям

1 Остойчивость

2 Качка.

3 Позиционирование

Общим фундаментом для всех направлений являются гидродинамическая теория волн, гидродинамическая теория взаимодействия потока жидкости с телом и уравнения движения тела в жидкости.

Идеи А Н Крылова получили свое дальнейшее развитие в трудах многих отечественных и зарубежных ученых С.Н Благовещенского, Г Е Павленко, Г А Фирсова, В В Семенова-Тян-Шанского, М Д Хаскинда, В М Лаврентьева, А М Басина, В.Н Анфимова, Ю М Крылова, А И Вознесенского, И К Бородая, В В Луговского, Ю В Ремеза, Ю Л Воробьева, Н Б Севастьянова, А Н Холодилина, В А Мореншильд, А Н Шмырева, Ю И Нечаева, Н Н Рахманина, Ю А Нецветаева, В А Некрасова, Д М Ананьева, А В Герасимова, К Венделя, С Кастнера, Дж Паулинга, С Родена, Дж Робертса, Неймана, Пирсона, Лонге-Хиггинса, О. Грима, Ф Тасаи и других ученых.

Анализ опубликованных работ показывает, что наметилось структурирование исследований по научным направлениям теории корабля, аэрогидромеханики, механики гибких стержней и нитей, судовых приводов, алгоритмов управления движения.

Работы Numata Е., Благовидова Л. Б посвящены исследованию остойчивости ППБУ

В работах Рахманина H.H., Иванова А В , Курова Н В , Suhara Т , Kagemoto, Jiang J., Hooft J приводятся методики определения гидродинамических характеристик корпуса ППБУ, результаты и методы определения возмущающих сил от волн, результаты исследования изолированных видов качки Оценивается влияние якорной системы удержания на параметры качки ППБУ

Работы Борисова Р В., Молодожникова А Б , Дыхты Л М , Большева А С посвящены главным образом решению проблем качки определенных типов ПТСОШ и имеют при этом комплексный характер.

Проблеме позиционирования ППБУ на точке работы посвящены работы Макарычева И К , Марченко Д В , Краснокутского И Д, Фрейдзона И Р , Yamura I, lamada S В этих работах содержатся методики по определению смещения корпуса при маневрировании якорными связями в условиях тихой погоды, методики по определению необходимых для этого длин травления - выборки связей ч

Проблеме определения присоединенных масс и коэффициентов волнового демпфирования посвящены работы Шебалова А Н , Салькаева А 3 , Короткина А И , Михаленко Е Б , Grim и ряда других авторов В указанных работах использовано допущение о малости перемещений корпуса, и распределение особенностей осуществляется по равновесной смоченной поверхности корпуса при плавании в условиях тихой воды Проблеме влияния мелководья и других факторов загромождения потока на гидродинамические характеристики корпуса посвящены работы Воробьёва Ю.Л.

Вопросам теоретического определения вязкостного демпфирования корпуса посвящены работы Фаддеева Ю И., Каменской Е Н . Борисова Р В , Kato Н

Наряду с традиционными для транспортного кораблестроения исследованиями качки, решению проблемы определения возмущающих сил от волн на корпус ППБУ посвящены работы А В Иванова, Куликовой А Н , Капустянского С М , Борисова Р В , Дыхты Л М и Мельника В А В этих работах делается вывод о слабом взаимовлиянии погруженных понтонов и стабилизирующих колонн

Выполнено значительное число рабсп по определению волновых нагрузок на корпуса гидротехнических сооружений на шельфе Это работы Monson JR., Лаппо ДД, Алешкова Ю 3 , Крылова Ю М , Brebbia С , Халфина И Ш , Литонова О Е , Михаленко Е Б и многих

других исследователей В этих работах, несмотря на общую гидродинамическую основу, существует ориентация либо на проницаемые конструкции корпуса, выполненные из тонких удлиненных цилиндров, либо на геометрически простые объемные фигуры, вертикально стоящие на дне моря

Современное состояние теории управляемости судов, достижения в области теоретических и экспериментальных оценок гидродинамических сил на корпусе маневрирующего судна и движительно-рулевого комплекса обеспечены работами Федяевского К К .Фирсова Г А, Першица Р Я , Юдина Е Б , Соболева Г В , Басина А М , Васильева А В , Слижевского Н Б , Павленко В Г, Соларева Н Ф , Гофмана А Д, Мастушкина Ю М , Зайкова В И , Ананьева Д М Определению режимов работы судовых дизелей в качестве приводов движителей при маневрировании судна посвящены работы Небеснова В И , Конакова Г.А , Бурименко Ю И , Ручкина Ю Н Аналогичные исследования для электродвигателя выполнено в работах Фрейд-зона И Р

Характеристикам гидроприводов и режимам их работы, используемых в качестве натя-жителей морского стояка, посвящены работы Пындака В И

Методы расчета пространственных якорных систем различных плавучих объектов на основе уравнения цепной линии и колебаний этих объектов на базе линейной математической модели рассмотрены в работах Кульмача П П В последующем совершенствование методов расчета якорных систем осуществлялось в работах Симакова Г В , Макарычева И К , Марченко Д В , Фертмана Б С , Фрейдзона И Р., Баулина Н В , Алисейчика А А, Борисова Р В и Моло-дожникова А Б , Дыхты Л.М , Салтанова Н В Общая теория гибких стержней и нитей изложена в работах Светлицкого А В

Общим для многих работ является то, что рассматривалась якорная связь, нагруженная только силами тяжести (за вычетом сил плавучести) в вертикальной плоскости, содержащей якорь и клюз Предполагалось, что действие других сил не приводит к заметному изменению осевой линии связи. Сложная динамика поведения ПТСОШ проявляется и в том, что при позиционировании ПТСОШ клюз совершает нестационарное пространственное движение Учет действия сил инерции связи и присоединенной инерции воды, гидродинамических сил сопротивления движению связи, гидродинамических сил от течения на провисающую часть связи, взаимодействие связи с илистым грунтом приводит к необходимости рассматривать пространственное нагружение связи и то обстоятельство, что геометрия осевой линии перед нагруже-нием неизвестна Величина же внешней нагрузки на связь, в свою очередь, во многом определяется нелинейной геометрией осевой линии

Попытки решить проблемы позиционирования ПТСОШ при неполной схеме заякорения, маневрировании якорными связями в штормовых условиях, исследовании аварийных ситуаций при обрыве связей наталкивается на методические сложности Во многих случаях ПТСОШ представляется как пассивный неуправляемый объект, при этом не раскрывается сложная динамика поведения ППБУ, приводящая в ряде случаев к неожиданным для оператора перемещениям корпуса

Кроме якорных многие ПТСОШ имеют связи со скважиной, дном или другим плавучим объектом в виде длинномерных, гибких стержней морской стояк, укладываемая в подводную траншею труба, плавучий грунтопровод и т п Одним концом стержень крепится к корпусу, совершает вместе с ним движение и оказывает на корпус силовое воздействие Параметры напряженного состояния стержня, например морского стояка, в свою очередь служат одними из основных критериев работоспособности для всего ПТСОШ

Проблемам определения напряженного состояния морских стояков ППБУ и БС посвящены работы Пындака В И и Стурова В А , Горбикова Е Н , Егорова П Н , Горбань В А, Королева В И . Салтанова Н В В этих работах стояк представлен выделенной из ПТСОШ конструкцией и расчетные схемы и случаи в определенной степени условны Нам представляется, что морской стояк следует рассматривать геометрически нелинейным, гибким стержнем при

сложном пространственном нагружении Большая часть нагрузок определяется динамикой движения корпуса, и выделение морского стояка и! системы может привести к неправильной оценке напряженного состояния и, соответственно, критериев работоспособности ПТСОШ

Несмотря на значительное число работ, посвященных исследованию динамики отдельных типов плавучих сооружений, на наш взгляд проблема позиционирования ПТСОШ как сложной технической системы в настоящее время не решена

Средства позиционирования должны обеспечивать'

1 Удержание позиции корпуса при воздействии моря в пределах допускаемых технологическим оборудованием перемещений

2 Целенаправленное изменение позиции

3 Восстановление позиции после временного ухода или изменения параметров системы позиционирования, например, штормового отстоя

4 Технологические движения корпусом для выполнения операции

5 Выполнение вспомогательных маневров при подготовке к операции

6 Управляемость в режиме свободного плавания

Качество позиционирования ПТСОШ будет определяться.

• - точностью удержания на точке, на прямой или криволинейной линии,

• - обеспеченностью удержания в поле допускаемых перемещений,

• - выполнением критериев работоспособности якорных и движительных линий средств управления позиционированием,

• - выполнением критериев работоспособности технологического оборудования,

• - гарантированной работоспособностью и безопасностью при регламентированном числе отказов в системе позиционирования или при ошибках операторов,

• - обеспечением экстренного ухода и повторного занятия позиции;

• - минимально достаточным уровнем энергетических затрат на позиционирование,

• - эффективностью систем управления, обеспечивающих оптимальные режимы работы средств позиционирования, технологического и энергетического оборудования

Математическая модель позиционирования ПТСОШ как сложной технической системы должна учитывать.

1 Наличие достаточно большого числа взаимосвязанных между собой подсистем

2 Многообразие природы подсистем, которое характеризуется их различной физической сущностью

3 Многокритериальность, обуславливаемая разнообразием целей отдельных подсистем, а также разнообразием требований, предъявляемых к системе от других систем

4 Многомерность системы из-за большого числа связей между подсистемами

Системный подход характеризуется не усложнением методов анализа, а новой ориентацией всего направления исследования Специфика системного подхода обеспечивает согласовании взаимосвязей между отдельными подсистемами, учет влияния среды, в которой система функционирует, выявляет побочные входы и выходы, которые обуславливают неожиданные или нежелательные свойства системы, что позволяет получить новую информацию об объекте, недоступную при несистемной постановке

При решении различных задач анализа и синтеза сложных систем получило распространение ияштационное моделирование. Оно реализуется в вычислительных экспериментах на математической модели сложной системы

Таким образом, в диссертации в новой постановке решается проблема позиционирования и определения напряженного состояния связей плавучих технических средств освоения морских месторождений

В первой главе сформирована математическая модель системы ПТСОШ как сложной технической системы при позиционировании на точке работы в штормовых условия моря Она является основой для исследования динамики движения корпуса, определения напряженного состояния гибких связей, определения режимов работы элементов энергетического и технологического оборудования

Декомпозиция ПТСОШ на первом уровне представлена подсистемами Подсистема 1 - КОРПУС ПТСОШ Функциональное назначение размещение подсистем, восприятие воздействий моря, обеспечение плавучести, остойчивости, непотопляемости, кинематической и силовой связи между подсистемами

Подсистема 2 - МОРЕ. Это внешняя среда, представленная в качестве подсистемы Подсистема 3 - СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПОЗИЦИЕЙ И ДВИЖЕНИЕМ (СУПиД) корпуса Функциональное назначение стабилизация корпуса в определенной позиции и возможность осуществлять целенаправленное изменение этой позиции

Подсистема 4 - ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ (ЭО) обеспечивает энергией всех потребителей

Подсистема 5 - БУРОВОЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ (БиТО) Функциональное назначение осуществление процесса бурения Эта подсистема определяет целевое предназначение объекта и накладывает ограничения на характеристики движения корпуса

Подсистема 6 - КОМПЛЕКС ГИБКИХ СВЯЗЕЙ и ПОДВОДНОГО УСТЬЕВОГО ОБОРУДОВАНИЯ (КГС и ПУО) Функциональное назначение ограждение бурильной колонны от моря, передача энергии и материалов, трассировка линий управления процессом бурения скважины и работой подводного устьевого оборудования, отвод грунта при разработке траншеи земснарядом Эта подсистема также накладывает ограничения на характеристики движения корпуса.

Синтез системы (создание математической модели позиционирования ПТСОШ) заключается не столько в сведении разных уравнений в одну систему, сколько в создании алгоритмов их совместного решения при сохранении наибольшего числа существенных сип ¡ей. Он осуществлен с учетом востребованности различными специалистами той научной информации, которая может быть получена в процессе моделирования В этой связи декомпозиция системы - ПТСОШ соответствует другой системе - ПРОЕКТНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

Система уравнений движения корпуса По функциональному назначению подсистема КОРПУС является центральной Описание движения корпуса как твердого тела осуществлено в следующих системах координат' С- связанная с корпусом система координат,

- неподвижная система координат, С) - полусвязанная система координат

Все три системы координат ориентированы так, как это соответствует представлениям теории управляемости судов в работах Г В Соболева. А В Васильева Параметрами, определяющими положение корпуса в пространстве, являются линейные перемещения г\. С, вдоль соответствующих осей и углы крена 6, дифферента у и курса х

Пусть {/,} (| =1,2,3) - ортогональный базис, определяющий неподвижную систему координат, а { в1 - ортогональный базис, определяющий связанную систему координат Базисы { } и { в связаны между собой матрицей перехода К. В целях получения компактной записи уравнений движения введем обобщенные обозначения характеристик движения обобщенные линейные перемещения (у =1,2,3), в - обобщенный угол наклонения, V -

обобщенная линейная скорость, Q, - обобщенная угловая скорость, - обобщенное ли-

diï / ,, неиное ускорение, '/j - обобщенное угловое ускорение

Между кинематическими характеристиками движения корпуса имеются соотношения

dt > d\f > dv,

-f^-ZvA . = v =1,2,3 (11)

dt 1 VJ dr , \ dt '

В подвижной системе отсчета уравнения движения твердого тела записываются в виде

^- + [Ох(7]=Л' ; — = [ПхК]+[Кх{7]=:Л7\ (12)

dt dt

где О,К - количество движения и кинетический момент тела; V - скорость начала подвижной

системы отсчета; О -угловая скорость тела; N, M - главный вектор и главный момент внешних сил неинерционной природы

При числовой индексации координат, система уравнений (1 2) принимает вид'

^r+e.ttn,Qtër = N.ë.i (13)

^ëv+ey)tntKtèt =Л, ( v= 1,2,3 ;j = 1,2,3 ; k=l,2,3).

Здесь Evjk - символы Леви-Чивита

Выражение для кинетической энергии Т системы корпус-жидкость будет:

T = 0.5±i(m№+XJvi у, (1.4)

1*1 tel

Здесь Шл - массовые характеристики корпуса; Лл - присоединенная инерция воды . Выражая известным образом компоненты векторов Q и К через кинетическую энергию 7" в виде (1 4) приходим к системе скалярных уравнений

ii.j.k.v-I.2.3,, (.5)

—- =-\м -С -г^П K.-£.vqX (v,j,k= 1,2,3, i = v + 3)

Первые три уравнения описывают поступательные виды движения корпуса, а последующие три уравнения - вращательные виды движений Входящие в систему уравнений (15) величины Qt,Ky,(\ определяются следующими выражениями

(Л = ХКА^ + 0-5(Я„ + ял , (k=l, 2, 3),

= + 0.5(Я„ + ÀJ- v, I , (v=l, 2, 3, k=v+3), i»!

6 dv dm dv

-»i dl dt dt

+ 0.5v,(^-A|-(mu+Àu)^, (k=l,2, ,6),

dt al dt

ел = 1 при / = к, £л = 0 при I £ Ъ,к < 3 , = -I при ; * к,1 >~\к >- 3 Выражения (I 6) составлены в предположении, что тл и Ял зависят от времени

Система (1 5) хорошо обусловлена, так как главные силы инерции (ши + Л,)^зна"

чительно больше остаточных сил С, из-за симметрии корпуса относительно диаметральной плоскости

Во второй части системы дифференциальных уравнений движения корпуса осуществим переход к нег1одвижной системе координат Эта часть уравнений имеет следующий вид

ив

— = + (£2. сое в + С1г*тв)\%у/ , dt

= f2 cos#-n.sin# ; (17)

dt

dy/

~dt

& = —— (С1.сюв + П*тв) ; dt cos iff

drj >

Таким образом, совокупность двенадцати смешанных (в смысле систем координат) уравнений (1 5) и (1.7) представляют математическую модель подсистемы КОРПУС

Математическое описание подсистемы МОРЕ Подсистема МОРЕ представляет внешнюю среду, воздействие которой в главном определяет движение ПТСОШ. На втором уровне декомпозиции МОРЕ разделяется на подсистемы ВОЗДУХ и ВОДА Движение воздушной и водной сред взаимосвязано, это взаимодействие потоков учитывается в форме добавки к спектру ветра Процесс зарождения шквала, его развития и его характеристики отличаются большим многообразием В расчетной практике регламентируются средняя скорость ветра в шквале V;/Wis, время нарастания шквала В случае подвижных объектов на определенном интервале времени, нужна детерминированная модель ветра

ve(/) = v„+AvB(/) (18)

Случайная пульсационная составляющая скорости ветра представляется в двух формах как суперпозиция большого числа гармоник, как случайная последовательность пульсаций

Волновое движение воды по линейной теории описываем потенциалом

9 _ gg Sinl^, COS g + 77, Sing)-gr] , (19)

a ch (kH)

где a - амплитуда волны, a - частота, k - волновое число, - координата покоя

жидкой частицы Система координат показана на рисунке 1 I В линейной теории имеет место линейная зависимость кинематических и динамических характеристик волнового движения жидкости от геометрических характеристик и ан свободной поверхности

Зависимость, связывающую аппликату ¿¡"2 точки жидкого объема и аппликату покоя жидких частиц можно представить так

+-Т7ТТ-ЬгАЬг'Чг*') <||0>

ch кп

Учет этого фактора имеет существенное значение для нелинейных компонентов взаимодействия волн с преградой

0,0-

w

-н

ч,ч2 ' '

Рисунок I 1 Системы координат.

7—1—7—7—//■>■>/

Оо

0.2

1

2

1 2 3 4 V

1 - развитие шторма, 2 - стационарный участок ; 3 - затухание шторма.

Рисунок 1 2 Зависимость дисперсий от порядка спектра V

V 1.2 0.8 0.4 0

у=4 / у=3 у=2 1

№ 1 1 У=1 1 А' Г / у=0 ч / \

• м и 1 Л Гт / Ги /\ / к. -ч

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Рисунок 1 3 Спектры амплитуд порядка V

а, с

В основе спектрального метола описания нерегулярного волнения лежит представление волновой поверхности, как суперпозиции большого числа прогрессивных волн относительно малой амплигуды Недостатком данной модели нерегулярного волнения является трудность моделирования частоты и начальной фазы профиля волн в локальных образованиях нерегулярных волн типа группы, период которых сопоставим со временем выполнения маневра, поэтому используем модель ветрового волнения в виде случайной последовательности прогрессивных волн относительно малой амплитуды

=£/, COS|£, (£,COSi'; + //,Siri£'( ) - СГ, / + ¿>, | , (111)

где £/, £ , <х,, £ i, St - случайные характеристики нерегулярной волны

Для построения математической модели применен случайный процесс такого вида <Z{t) = ztl+7]{t) = zu + Acos(ot + S) (1 12)

Здесь принято zu- случайная постоянная с нулевым матожиданием, значение которой принимается из условия гладкости волнового профиля в экстремумах, А - случайная амплитуда, заданная одномерной плотностью распределения рл(А); <Т- случайная частота, заданная плотностью распределения р„(сг), 8- начальная фаза, которая полагается равномерно распределенной на интервале (0 - 2тг) Величины zlt,A,CT,S полагаются статистически независимыми Функция распределения частоты определяется выражением'

' 1 и

Данный метод моделирования нерегулярного ветрового волнения позволяет более детально учесть групповую структуру, низкочастотные компоненты и другие особенности этого сложного процесса Становится возможным также использовать в математической модели экспериментально измеренные профили волновой поверхности моря, в частности поученные автором (гл S)

Для построения математической модели ветрового нерегулярного волнения принят двухпараметрический спектр А И Вознесенского - Ю А Нецветаева и в продолжение их метода результирующий спектр аппликат волновой поверхности представлен в виде суперпозиции спектров О, I, 2, 3, 4 порядков'

S.(a) = S.0(a) + S,(<7)+ £Д,.(<т), (1 14,

где S0(O") - спектр "видимых" волн, Sy(cr) - низкочастотные спектры порядка v (рисунки I 2 и I 3) Учет низкочастотных компонентов волнения приобретает существенное значение для заякоренных объектов и полупогруженных объектов с малой площадью ватерлинии из-за низких частот свободных колебаний

Свойство автокорреляционной функции периодического сигнала, заключающееся к том, что она сохраняет частотную информацию и теряет фазовую, обусловило необходимость провести исследование фазы волнового профиля, определив его в виде случайной последовательности Физически этот процесс представляет собой закономерность изменения частоты а" профиля чередующихся волн во времени Процесс

(<r't + S") был определен, выделена его периодическая часть и получены автокорреляционная функция (Г) и спектр 5., которые наложены на соответствующие кривые /?(г) и S^ аппликат волнения

Сравнительный анализ показывает, что процессы £2H(t) и (<ymt + д ) волнового профиля происходят на существенно разных частотах Процесс (amt + 5) является низкочас-

ютим по отношению к процессу я Это свидетельствует о том, что частоты профили пе-¡н-гу шрных но.ш, следующих друг ш другом, и ¡меняются меднении на ни ¡кой частоте, как м амплигуды волн в группе Но только два этих процесса сдвинуты относительно друг друга по фазе на 180 градусов Процесс (<т" + 3" ) определяет периодическую часть возмущающих сил на корпусе от волнения и, следовательно, частоты колебаний корпуса Поэтому, ни ¡кочастотные процессы нерегулярного волнения найдут отражение в динамике корпуса Спектральная плотность волновых аппликат трехмерного волнения представлена так

Л;.(о-,а) = .ч;.(о-)Л\(а) (1 15)

Угловой спектр волнения принят по опубликованным рекомендациям Скорости течений медленно изменяются во времени и по поверхности моря, поэтому течение принято стационарным, однородным потоком

Система уравнений движения гибких стержней и нитей Якорные связи, морской стояк, длинные трубопроводы и некоторые элементы бурового оборудования могут быть описаны уравнениями гибких стержней и нитей Не принижая достоинств работ других авторов, необходимо отметить, что исследования В А Светлицкого более подходят для разработки методики расчета сложных конструкций якорных связей, морского стояка и длинномерных трубопроводов Полученная им система дифференциальных уравнений движения гибкого стержня имеет вид

= + <М6>

о1 дя м

8 - дМ __й» ггг

О! ОД 1' I

Уравнение, связывающее внутренние усилия в стержне с его деформациями'

М=А\х-Х?)> (И7)

в котором, вектор характеризует геометрию стержня в ненагруженном состоянии

Решение системы уравнений (1 16) должно быть подчинено начальным и граничным условиям, налагаемым конкретной физической конструкцией стержня

Уравнения динамики комплексов двигатель - исполнительный механизм. Подсистема СУПиД является одним из наиболее крупных потребителей энергии гребные винты, винто-рулевые колонки, якорные лебедки Как правило, для питания потребителей энергии применяется принцип единой электростанции Математическая модель строится для системы рукоятка управления- регулятор-двигатель-исполнительный механизм Электромагнитные процессы по отношению к механическим полагаются быстропротекающими на основании исследований В И Небеснова, И Р Фрейдзона, И Д Краснокутского Движение механической части комплекса описывается следующим дифференциальным уравнением, приведенным к безразмерному виду, рекомендованному В И Небесновым

<1(5 , Г"7 г—7

= М ) (М8)

Математическая модель электропривода представлена системой уравнений по опубликованным данным

Система уравнений гидропривода натяжителей морского стояка и якорных связей. Гидравлический привод имеют натяжители морского стояка и компенсаторы натяжения якорных связей Исполнительные звенья гидроприводов - гидроцилнндры В математической модели фигурируют усилия Г натяжителей, которые представлены в виде

'/•=!('/;„+д'/;). сю)

11

где п - число иатяжителей, Ти - усилие натяжителя в состоянии равновесия ППБУ на тихой

воде, которое будем полагать заданным, АТ - изменение усилия натяжителя, обусловленное движением корпуса ППБУ, воздействием внешней нагрузки на стояк и его прогибом

Изменение усилия определим из двух компонентов, гидравлического Д/| и А/ , типа сухого трения в сальниках гидроиилиндра и телескопического компенсатора Величину Д7'{ определим через изменение давления в гидроцилиндре

Компоновка математической модели и обоснование методов ее реализации на ЭВМ. При анализе сложных систем, как правило, не удается описать строгими математическими зависимостями весь процесс функционирования объекта в целом Чаще оказывается возможным описать лишь элементы сложной системы и взаимодействие этих элементов при функционировании системы

Исходя из этого, приняты следующие основные принципы построения программы динамики ПТСОШ

1 Уравнения движения подсистем ПТСОШ записаны в наиболее полном и общем виде Методы решения этих уравнений отвечают требованию общности

2 В соответствии с методом структурного программирования программа разделяется на блоки и модули по их функциональному назначению.

3 Структура программы содержит цепочку программа - анализ результатов - управление объектом В структуре явно представлены управляющие параметры подсистем (например. травление - выборка ЯС, изменение режима работы движителей, прием балласта и т п ) Математическая модель и программа стратегически отображает ПТСОШ как управляемый объект

$ В программе предусмотрена система сбора информации о движении, напряженном состоянии и ресурсах отдельных подсистем, процедура анализа этой информации и принятия решений

Для большинства подсистем уравнения движения или напряженного состояния представлены в виде задач Коши для системы обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений В сложной математической модели движения ПТСОШ имеются уравнения, алгоритмы и итерационные вычислительные процедуры, для которых важны привязка к параметрам состояния системы на предыдущем временном шаге и условие малости приращений параметров состояния за один шаг В этой связи возникает необходимость разработки такой структуры расчетной системы дифференциальных и связанных с ними уравнений в программе, которая позволяла бы для каждого уравнения обеспечить устойчивость решения и выбор оптимального шага численного интегрирования.

Для ПТСОШ самыми низкими значениями параметров динамичности обладают движения корпуса в горизонтальной плоскости, происходящие под действием СУПиД и ветра, и движения в вертикальной плоскости при изменении нагрузки масс Поэтому дифференциальные уравнения, описывающие данные движения корпуса поместим на первый уровень На второй уровень поместим дифференциальные уравнения качки корпуса, обусловленные воздействием волнения моря На третий уровень поместим дифференциальные уравнения движения механической части комплексов двигатель - исполнительный механизм, а также уравнения гидроприводов иатяжителей На четвертый уровень поместим дифференциальные уравнения электромеханической части электроприводов

Пятому уровню соответствуют дифференциальные уравнения электродинамики электроприводов, устройств и систем управления, но это уже выходит за приемлемые границы ис-

следования движения ПТСОШ в течение длительного промежутка времени, достаточного для получения статистических данных в условиях нерегулярного ветрового волнения

Вычислительный процесс не может быть реализован на однопроцессорной ЭВМ Для сложной системы организуем систему распределенных вычислений Локальные вычислительные сети позволяют технически реализовать подобную систему

Вторая глава посвящена разработке методов расчета аэрогидродинамических сил, которые представляют собой результат взаимодействия подсистем КОРПУС <=> МОРЕ Подсистема КОРПУС подразделяется на погруженную и надводную части, а МОРЕ подразделяется на подсистемы ВОЗДУХ О ВОДА Сложность протекающих при этом физических процессов не позволяет решить задачу определения аэрогидродинамических сил для инженерных целей в системной постановке Поэтому воздействие воды на погруженную часть корпуса и воздействие ветра на надводную часть корпуса рассматривается раздельно по схемам ВЕТЕР => НАДВОДНЫЙ КОРПУС и ВОДА => ПОГРУЖЕННЫЙ КОРПУС

Гидродинамическая задача определения сил потенциальной природы на корпус ПТСОШ иугем априорной линеаризации сводится к линейной граничной задаче Потенциал абсолютного движения жидкости представляется в виде суммы потенциалов

Ф=Ф^+Ф^+Ф4+Фс (2|)

где Фн - потенциал набегающих волн, Ф^- потенциал дифрагированного волнения, Ф4 -потенциал движения жидкости, вызванного качкой корпуса в условиях тихой воды, Фс - потенциал, соответствующий установившемуся течению жидкости при движении корпуса с постоянной скоростью и

При определении силового воздействия на корпус движение жидкости рассматривается в связанной с корпусом системе координат Однако, для неподвижного или квазинеподвижного тела ограничимся гидромеханической системой координат и интегралом Лагранжа - Коши в виде

р=рг-рд<удг)2ру2 • (22)

где р1 - гидростатическое давление в жидкости, определяемое в условиях тихой воды при данной посадке корпуса, V - скорость жидкой частицы

Значения главных вектора К и момента М сил давления в жидкости в связанной с корпусом системе координат выражаются зависимостями

Я =-|/?*,<£» , М =-\ р(г х Я (2 3)

л г

В соответствии с выражениями (2 1) в гидродинамической теории качки судов принят следующий принцип разделения гидродинамических сил на независимые слагаемые

/?=£г + /г4+(£, + £,) , М =М, + М, +(Л7н +М,) (2 4)

В выражениях (2 4) слагаемые представляют Я, , М1 - гидростатические восстанавливающие силу и момент, - инерционно-демпфирующие силу и момент, вызванные камкой корпуса, (Я, + ^ ), (Л/и + М^) - возмущающие силу и момент от набегающих на корпус волн, состоящие из главной и дифракционной частей

Инерционные составляющие гидродинамических сил иМ, в математической модели подсистемы КОРПУС объединены с силами инерции корпуса и представлены в форме присоединенных масс в уравнениях движения Демпфирующие же составляющие этих сил, пропорциональные скоростям движения корпуса, отнесем к категории внешних сил Основываясь на допущении о независимости гидродинамических сил потенциальной и вязкостной природы.

определяемых по разным моделям жидкости, гидродинамические силы, обусловленные воздействием на корпус течения, представим как отдельную разновидность

В итоге примем следующие обозначения и условную классификацию для аэрогидродинамических сил, представляющие определенные удобства для программирования -гидростатические восстанавливающие сила и момент, - гидродинамические сила и момент демпфирования, Л,,Мх - возмущающие гидродинамические силы от волн моря, Нл,М4 - гидродинамические силы от воздействия течения, Ri,Mi - аэродинамические силы от воздействия ветра Перечисленные разновидности аэрогидродинамических сил условно полагаются независимыми

Определение гидростатических сил и моментов. В случаях, когда корпус имеет простую форму, составляющие Як , Ми, М^ определяются выражениями, принятыми в статике

корабля В случаях, когда корпус ПТСОШ характеризуется геометрической сложностью, или наклонения корпуса по крену и дифференту не ограничены, следует отойти от традиционных для статики корабля методов и остановить свой выбор на общих формулах гидромеханики для определения гидростатических сил Расчет гидростатических сил по этим зависимостям осуществим приближенно разбив поверхность корпуса на малые элементы Д8 Гранично-элементная подготовка по корпусу для определения гидростатических сил необходима в дальнейшем для вычисления присоединённых масс, коэффициентов волнового демпфирования и коэффициентов волновых сил Поэтому данный способ расчета гидростатических сил хорошо вписывается в общую методологию определения гидродинамических характеристик корпуса, основывающуюся на применении метода граничных элементов (МГЭ)

Определение инерционных и демпфирующих характеристик корпуса в условиях качки. Приближенное численное решение задачи определения гидродинамических характеристик может быть получено на основе метода распределения гидродинамических особенностей по смоченной поверхности корпуса, приводящего к граничным интегральным уравнениям Численная реализация метода граничных интегральных уравнений получила свое развитие с распространением мощных ЭВМ под названием метода граничных элементов (МГЭ) Потенциал скорости представляется в виде

= (2 5)

Амплитудное значение потенциала определяется в виде суммы потенциала

/7,£") внешнего невозмущенного течения и потенциала возмущенного те-

чения жидкости Потенциал <р3 должен удовлетворять уравнению Лапласа, граничным условиям, а также асимптотическому условию

Ламб и Хаскинд с помощью теоремы Грина показали, что потенциал <р5 можно представить в виде непрерывно распределенных по смоченной поверхности тела 5 волновых источников

<РА£,П,£) = \<РАх*У1=&т1>0-Я(х'У>г)-(1Х (2 6)

л

В этом выражении <рп(х,у, - потенциал единичного волнового источника в

точке (х,у,г) который удовлетворяет всем условиям задачи, за исключением кинематического условия на поверхности в, (¡(х,у,2) - неизвестная плотность источников Выражение (2 6) является исходным для непрямого варианта МГЭ

Для определения <%(х,у,г) использовано граничное интегральное уравнение

]:Ч(4,П,С) = v„(at,y,z) + \q(x,y,z)^-<1S (2 7)

2 * дп

Потенциал единичного источника в жидкости неограниченной глубины, но при наличии свободной поверхности, определяется таким выражением

111 ' е"- " P„=--l- + - + G(£,r/,£,x,y,z)l, ü = 2v f -i,(uR)du (28)

4n Г Г mi) и — V

Для жидкости ограниченной глубины Н при наличии свободной поверхности для потенциала единичного источника применяется выражение, приведенное в работах А А Костюкова, А Я Короля, Джона

Решив граничное интегральное уравнение (2 7) относительно плотности определим функцию Кочина

H(v,0) = JexpMC + cos <9 + 77 sin ö)|} • q(4, tj, Q ■ dS (2 9)

t

и, используя известные формулы M Д Хаскинда, вычислим присоединенные массы Ял и коэффициенты демпфирования Ьл.

Анализ модельных испытаний на моделях ППБУ, проведенных в ЦНИИ им акад А Н Крылова, на крупномасштабной модели ППБУ и на натурной ППБУ "Шельф", проведенные автором, показывают на существенную долю нелинейного демпфирования, которое с достаточной степенью точности можно представить квадратичной зависимостью от скорости Данная форма структурных зависимостей не противоречит имеющей место в исследованиях мореходности судов линеаризации нелинейного демпфирования, но освобождает от необходимости итерационных процедур для учета зависимости коэффициентов демпфирования от амплитуды колебаний

Определение возмущающих сил на корпусе ПТСОШ от волнения. Расчетные методы определения гидродинамических сил воздействия волн на корпус корабля в развитие теории А Н Крылова основываются на исследованиях Н Е Кочина по теории волн и гидродинамической теории качки, созданной М Д Хаскиндом В последующем в работах отечественных и зарубежных ученых сформировалась современная методология определения волновых нагрузок на корпусе транспортного судна, в частности численными методами

Применение метода конечных элементов (МКЭ) успешно проиллюстрировано в книге Н Ф Ершова и Г Г Шахверди для вертикального цилиндра, стоящего на дне моря Применение метода граничных элементов рассматривалось в книгах К Бреббиа, П Бенерджи и Р Баттерфилда и ряде других публикаций

Для сложных поверхностей корпусов ПТСОШ главное преимущество МГЭ заключается в том, что на дискретные элементы делится только поверхность корпуса, а не вся область течения, как этого требует МКЭ По этой причине на МГЭ и остановим свой выбор

Представленные в опубликованных работах алгоритмы МГЭ оказываются малопригодными для сложных в геометрическом плане поверхностей корпусов ПТСОШ Нельзя признать решенными все проблемы применения МГЭ для решения задачи определения возмущающих сил от волн на корпус ПТСОШ

Отметим исходные теоретические положения гидродинамической теории Потенциал набегающего волнового потока и его производная представляются в виде

tag

= ~-ДО-ехр{г|£(£ coss + tj sinf)-crt|} . (2 10)

CT

IK

-- = ——|—cos(/7,z) + icos(n,x)cose + ícos(fl,y)sin¿| X

дп а

х./(ОехРМ*(# COSÍ.+7 sin £■) — crtj} (2 II)

В отличие от М Д Хаскинда, будем брать значения потенциала в точках поверхности S в различные моменты времени, находить гидродинамические давления в этих точках по интегралу Лагранжа-Коши численным дифференцированием и определять возмущающие силу Я, и момент М, путем интегрирования сил давления по мгновенной смоченной поверхности корпуса В этом случае возмущающие силы определяются полностью без разделения на главную и дифракционную части и все шесть компонентов по осям координат одновременно Кроме того, становится возможным учитывать изменение смоченной поверхности корпуса во времени и геометрическую нелинейность задачи

Известно, что граничное интегральное уравнение (2 8) имеет единственное решение для поверхностей, удовлетворяющих условиям Ляпунова По исследованию В И Смирнова, для корректной дискретизации S на граничные элементы AS нужно, чтобы поверхность S вписывалась в многоугольник с внутренними углами в вершинах at Si20"и выполнялось неравенство }|cos<?|/r2 dS <4як Чтобы выполнить эти условия для поверхности корпуса ППБУ на

S

острых скулах понтонов и в местах стыковки колонн с понтоном проводится скругление углов и измельчение сетки

Граничное интегральное уравнение (2 7) представлено системой из N алгебраических уравнений Особенностью МГЭ является то, что матрица коэффициентов не является разреженной Известно, что решение по метода Гаусса требует » N3 операций, а по методу итераций составляет « т ■ N' m - число итераций, которое значительно меньше N Особенно эффективен метод прямой итерации, который требует только (от х N) ресурсов памяти для хранения плотностей источников q Кроме этого итерационный процесс становится хорошо наблюдаемым, что немаловажно для текущей оценки сходимости решения в каждом узле При такой постановке МГЭ становится доступным и для ПЭВМ Число итераций m выбираем по моменту стабилизации qk (т) с приемлемой точностью результата

Отметим, что ввиду большой вычислительной трудоемкости методов МГЭ проблематично включить данные расчеты в математическую модель движения ПТСОШ, если модель реализуется на однопроцессорной ЭВМ Линейная гидродинамическая теория качки позволяет представить возмущающие силу R¡ и момент А/, в следующем структурном виде

R¡( =(■?;■ pgsx-сап-с;:-Р8К, <*ло.

=<Z pkS, -СДО-С «,(') • R,( =("v.Pf!st-CAI)-(Z-РЯК -«»(О ■ (212)

M4 = (Z pzK UO-CZ pxIx -«.(O ■ MVl = í t p ц К ■ С (0 ■- (Z ■ Р g I, ■ а* С) .

Мч =(',: РЯК <Г„(')-С РИ/,-«,</)

В выражениях (2 12) обозначено С*безразмерные коэффициенты составляющих возмущающих силы и момента, зависящие для данного корпуса от частоты и курсового угла распространения волны, а также от параметров посадки.

.S'v ,.S', ,S/, lx, Iy, IV0 - характерные площади, моменты инерции площади и погруженный объем корпуса, £„0)ianO)~ аппликата волновой поверхности, угол волнового склона Предварительные расчеты для формирования базы данных ('" (<т, ¿', проводятся при

вариациях частоты и курсового угла распространения волн, осадки, углов крена и дифферента

В книге К Бреббиа и С Уокер приведены результаты теоретического и экспериментального исследования волновых нагрузок на вертикально стоящий на дне цилиндр Тестирование нашей модели на этой задаче показало, что разработанная технология МГЭ весьма эффективна Экспериментальные исследования модели ППБУ "Шельф" в масштабе 1 50 по методу вынужденных колебаний в гидродинамическом лотке были проведены В Г Симаковым и Е Б Михаленко Для этой же ППБУ по вышеизложенному методу МГЭ были проведены расчеты гидродинамических характеристик корпуса Поверхность корпуса ППБУ была разбита на 2200 постоянных элемента Сравнение результатов расчета и эксперимента показывает на вполне удовлетворительное их совпадение.

В работе Иванова А В приведены данные по воздействию волн на корпус ППБУ типа «Aker», полученные при модельных испытаниях в штормовом бассейне Результаты представлены в форме зависимости коэффициента поперечной силы (\ = /(сг) при курсовом угле волн 90 градусов Для этой ППБУ нами выполнен расчет коэффициентов волновых сил На графике рисунка 2 1 построена зависимость коэффициента ( = / (<т) и нанесены экспериментальные данные

" 1.23 2 а

я \

\

0.4 0.6 0.8 ---- 10/ 1.2

Рисунок 2 1 Сравнительный анализ МГЭ и данных эксперимента

Хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных свидетельствует об эффективности и пригодности созданной методики для выполнения расчетов гидродинамических характеристик корпусов с геометрически сложной формой поверхности

Учет геометрической нелинейности при расчете волновых нагрузок. Проблема учета геометрической нелинейности при определении поперечного восстанавливающего момента судна в условиях продольной качки на волнении была поднята и нашла решение в работах Бо-родая И К , Нечаева Ю И , Ананьева Д М, Мореншильд В А и ряда других исследователей Заливаемость палубы понтона ППБУ в походном положении учитывалась Борисовым Р В

В математической модели позиционирования ПТСОШ учет нелинейных факторов приобретает особую остроту, поскольку выдергивание заклиненной бурильной колонны для ППБУ, задавливание или выдергивание сваи для морского земснаряда, прием груза или затопление от-

сека сопровождаются значительными углами наклонения В ряде случаев это может сопровождаться погружением палубы в воду или оголением днища, то есть будет происходить нарушение допущения о прямостенности обводов В этом случае геометрическая некорректность в распределении давлений приводит к значительной погрешности Гранично-элементная дискретизация смоченной поверхности позволяет учесть геометрические нелинейности в явном виде

Нелинейные компоненты горизонтальных гидродинамических сил имеют второй порядок малости Интегрирование давлений будем вести по мгновенной смоченной поверхности X = S" + ДЛ'(И') Для этого необходимо знать распределение давлений по дополнительной смоченной поверхности , которая расположена как выше ватерлинии тихой воды, так и

ниже ватерлинии Переменные Эйлера, используемые для описания волнового движения жидкости, не позволяют определять давление в жидкости выше уровня спокойной поверхности Поэтому главная часть гидродинамических сил, обусловленная действием гидростатических давлений и волновой добавки давления, может быть геометрически более корректно определена. если использовать при описании волнового движения жидкости переменные Лагранжа (координаты точек покоя жидких частиц)'

дри = pga- ekío - cos|*(£cosí+t]sme)-crt] (2 13)

Рассмотрим положение корпуса ПТСОШ на взволнованной поверхности моря Результирующее давление гидростатического давления и волновой добавки давления по мгновенной смоченной поверхности St будем определять таким выражением

/>=p*fer<6»м)]■ при <Г ¿C

/7 = 0 приГ^С* (2 И)

Здесь £ w , £ ™[1;,7],t}- аппликаты центра элемента и соответствующей точки волновой поверхности над центром граничного элемента Связь между ними задается равенством

(2 15)

Применение выражения (2 14) физически означает, что изменение давления по глубине отсчитывается от волновой поверхности, а не от спокойной поверхности воды

Рассмотрение эпюр давления показывает, что геометрически линейная теория не учитывает давление выше ватерлинии тихой воды WoLo на вершине волны и отрицательное давление ниже ватерлинии W0Lo на подошве волны Это может привести к заметной ошибке

В качестве примера, показывающего влияние угла дифферента на величину возмущающих сил от волн, выполнен расчет волновых нагрузок на прямоугольный понтон длиной 63 метра Курсовой угол набегания волны принят равным 0 градусов, частота волны равна 0 3 с'1 и амплитуда волны принята равной 0 35 метра На рисунке 2 2 приведены зависимости продольной силы R4 {t) при углах дифферента = — 10,0,10 град

На рисунке 2 3 приведены зависимости вертикальной силы /1, (0

Яз?. кН

-■—-г у = 0° у

у = -10° у = 10° Лл.

Рисунок 2 3. Вертикальная сила (()

Рассмотрение указанных зависимостей показывает на существенное влияние угла дифферента на амплитуду и фазу изменения сил во времени Особенно сильное влияние проявилось на величине дифферентующего момента из-за погружения палубы понтона в воду Это показывает на необходимость учета геометрической нелинейности при расчете гидродинамических характеристик корпуса ПТСОШ.

Анализ воздействия групп волн на корпус ПТСОШ. По полученным автором при крупномасштабных модельных и натурных испытаний ППБУ данным в условиях нерегулярного ветрового волнения корпус совершает низкочастотные колебания в горизонтальной плоскости Хсу и Бленкнари, рассмотрев последовательность нерегулярных волн в группе и изменение их параметров во времени, дали объяснение этому явлению как действию низкочастотных сил волнового дрейфа Последующие исследования в этом направлении показали, что более строгим является подход, основанный на учете взаимодействия спектральных составляющих морского волнения В рамках стохастической математической модели И К Бородаем и В А Мо-реншильд разработана методика определения низкочастотных сил волнового дрейфа применительно к транспортному судну Для сложной по геометрическим параметрам формы корпуса ПТСОШ для детерминированной математической модели нами выполнен анализ воздействия группы нерегулярных волн

В спектральном направлении исследования морское нерегулярное волнение представляется как суперпозиция множества прогрессивных волн относительно малой амплитуды Зная результат воздействия на объект отдельной гармонической составляющей и спектральный состав волнения, можно найти воздействие нерегулярного волнения Следуя этой методологии, выполним анализ воздействия группы нерегулярных волн на корпус ППБУ Из имеющихся данных видно, что в группе происходит монотонное медленное изменение амплитуды и частоты чередующихся волн, происходящих в противофазе

Длина группы недостаточна для получения стабильного спектра Поэтому обратимся к упрощенным моделям локального отрезка реализации нерегулярного колебательного процесса Наиболее простой является модель процесса, близкого к синусоиде с случайными амплитудой и фазой, применяемая для узкополосных процессов Отличие реализации от синусоиды частоты о., осуществляется за счет амплитудной и частотной модуляции Реализация процесса имеет вид ¿Г(') = р(1) С05|<Т(11 + фЩI, где р(1)-огибающая, <р(!)- фаза Рассмотрим частный случай амплитудной модуляции в виде

аО = о0»7(0-со8|сг0; + ^„| (2 16)

Здесь ц,, сг„, <р„ - постоянные амплитуда, частота и фаза, равномерно распределенная на интервале (0 , 2я); т](/)- модулирующая функция, являющаяся стационарным, случайным процессом, определяемым спектром Л',(сг) Возьмем случай, когда модулирующая функция является гармоникой с низкой частотой Д<т -< ег„

/7(0 = 10.5-0.5 с<ю(Д<г-0| (2 17)

Функция 440 описывает приближенно группу волн с постоянной частотой и изменяющейся амплитудой, для которой для о„-1 0 м, <т0 = 0.6, Лег = 0.1с , С помощью разложения функции в тригонометрический ряд Фурье процесс £(1) был представлен в виде

С(0 = £а, СО8(<7,/ + <*,) Эти гармоники были введены в программу \VOZMGE и для корпуса ППЕУ «Шельф» выполнен расчет горизонтальной силы ЯД0 и импульса этой силы (2у(1)на интервале прохождения группы Результаты расчета показывают, что амплитуда импульса изменяется пропорционально огибающей с преобладанием в первой половине периода группы положительных значений, а во второй половине с преобладанием отрицательных значений импульса Безусловно, что корпус ППБУ, как осциллятор с низкой частотой свободных колебаний будет реагировать на эти низкочастотные составляющие изменения импульса

Данные спектральные составляющие амплитудно - модулированной группы волн были введены в программу йУ^МЮ-РВи и был выполнен расчет движения корпуса ППБУ при поперечном воздействии последовательности таких групп Выполнена статобработка процесса поперечных перемещений корпуса Спектр амплитуд приведен на рисунке 2 4

Рисунок 2 4 Амплитудно-модулированная группа волн

г

В спектре наблюдаются зоны частот, на которых наблюдаются экстремумы спектральной плотности это зона частоты несущей гармоники, зона частоты модулирующей функции, зона частоты свободных колебаний корпуса Это показывает, что амплитудная модуляция, как проявление нерегулярности волн, вызывает сложные низкочастотные колебания корпуса Эта сложность характеризуется тем, что корпус отфильтровывает низкочастотное изменение импульса внешних сил, а также совершает при этом свободные колебания

Рассмотрим случай частотной модуляции в виде £"(0 = а» ' со5(|сг„ + 7/(01' > + ГР(1)} Функция 1]{1) описывает модуляцию частоты по некоторому медленному по сравнению с несущей частотой случайному закону В качестве расчетного рассмотрим такой пример

£(0 = аи ««[{сх,, + 8а • |1 + с<ю(Дст • 01} •'] (2 18)

В этом выражении 8а= 0 2с'1 - амплитуда частотной модуляции. Дет = 0 1с'1 - частота модуляции, ак = 1.0 м

Процесс (2 18) также был разложен на спектральные составляющие в ряд Фурье Эти гармоники были введены в программу \VOZMGE и выполнен расчет горизонтальной силы (?) и импульса этой силы () (I)на интервале прохождения группы Результаты расчета показывают, что также наблюдается низкочастотное изменение импульса поперечной силы и наличие мощных флуктуаций импульса

Спектральные составляющие частотно - модулированной группы волн были введены в программу РУММ1С-РВи и был выполнен расчет движения корпуса ППБУ при поперечном воздействии последовательности таких групп Выполнена статобработка процесса поперечных перемещений корпуса и спектр приведен на рисунке 2 5

Рисунок 2 5 Частотно-модулированная группа волн

Спектр сдвинут в область низких частот и наблюдаются экстремумы спектральной плотности' это зона частоты низшей гармоники, зона частоты модулирующей функции, зона частоты свободных колебаний Это свидетельствует, что частотная модуляция, как проявление нерегулярности волн, также вызывает низкочастотные колебания корпуса Причем интенсивность низкочастотных колебаний корпуса при модуляции частоты существенно выше, нежели при амплитудной модуляции

Рассмотрим третий случай амплитудно-частотной модуляции в виде

а0 = я„П + 7Л01со8{К+77„(01 + р,,} • (2 19)

представляющем сумму амплитудной и частотной модуляции

Аналогично предыдущим случаям, процесс был разложен на спектральные составляющие, которые были введены в программу \VOZMGE и выполнен расчет горизонтальной силы (/) и импульса этой силы (^у(/)на интервале прохождения группы Результаты расчета показывают наличие низкочастотного изменения импульса поперечной силы и наличие мощных флуктуаций импульса

Спектральные составляющие амплитудно-частотно - модулированной группы волн были введены в программу 0\ТСАМ1С-РВ11 и выполнен расчет движения корпуса ППБУ при по-

перечном воздействии последовательности групп Выполнена статобработка процесса поперечных перемещений корпуса и спектр амплитуд приведен на рисунке 2 6

2.0

1.0

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 а, с"1

Рисунок 2 6 Амплитудно-частотно модулированная группа волн

Спектр существенно сдвинут в область низких частот и наблюдаются зоны частот, на которых наблюдаются экстремумы спектральной плотности' это зона частоты низшей гармоники, зона частоты модулирующих функций, зона частоты свободных колебаний

Таким образом, проведенное исследование показывает, что для ПТСОШ возникновение низкочастотных колебаний корпуса может быть объяснено в рамках линейной гидродинамической теории как низкочастотными компонентами ветрового волнения, так и низкочастотными процессами изменения импульса сил, обусловленных модуляцией амплитуды и частоты волн, следующих друг за другом.

Учет сил волнового дрейфа. Вычисление сил волнового дрейфа производится с точностью до малых второго порядка включительно Созданию соответствующих расчетных методов и учету этих сил в математических моделях посвящены работы Трунина В К , Бородая И К , Карппинена Т Нами используется такие выражения для сил волнового дрейфа

А,^«*]-п=1-2-6 <2 20>

Гидродинамические силы вязкостной природы. К данной категории гидродинамических сил отнесем силы, обусловленные течением моря, а также апериодическими формами движения корпуса при маневрировании ПТСОШ на точке работы Они определяются по экспериментальным данным Для того, чтобы использовать данные эксперимента, полученные в условиях стационарного потока, в математической модели движения корпуса ПТСОШ, примем допущение квазистацнонарностн Вязкостные гидродинамические силы будем определять для корпуса при его движении относительно воды со скоростью ^>Тк , получаемой путем геометрического сложения скоростей течения моря и корпуса Течение при этом будем полагать горизонтальным, однородным потоком, характеризуемым скоростью Ут и углом ут в неподвижной системе координат Составляющие гидродинамических силы и момента М4 определяются в соответствии с методами экспериментальной гидромеханики Гидродинамические коэффициенты С* ,...,('ТКГ/ являются функциями горизонтального, вертикального углов атаки и угловых скоростей вращения корпуса Как и в теории управляемости судов, представим эти коэффициенты в виде суммы позиционных и вращательных компонентов Функцин

1

> у <1 V

С?" (/),а),('"(/3,а,Г1) и являются целью экспериментальных исследований Аппроксимации графических зависимостей СЦ(/3),С'£(/}),СЦВ{/3) вводятся в математическую модель Отметим, что в гидродинамических силах от течения присутствуют переменные компоненты, обусловленные колебаниями корпуса по углу курса Движения корпуса по углу курса, вызванные другими причинами (ветер, волнение, маневрирование якорными связями или подруливающими устройствами) приводят к изменению угла атаки /7 и, следовательно, к изменению гидродинамических сил от течения В итоге происходят дополнительные (косвенные) перемещения корпуса Характер и величина этих косвенных перемещений могут оказаться неожиданными для оператора ПТСОШ и затрудняющими управление движением

Определение аэродинамических сил Наиболее достоверным способом определения этих сил являются продувки моделей в аэродинамических трубах Графики коэффициентов аэродинамических сил и моментов табулируются и вводятся в математическую модель ПТСОШ

Так же, как и в случае с течением, поворот корпуса ПТСОШ по углу курса при маневрировании якорными связями или подруливающими устройствами может служить причиной косвенных перемещений корпуса от аэродинамических сил из-за изменения угла атаки, и эти перемещения могут оказаться неожиданными для оператора

В связи с этим гидроаэродинамическая оптимизация корпуса ПТСОШ весьма актуальна не только с целью снижения нагрузок, но и с целью предотвращения косвенных, нежелательных перемещений или перегрузки якорных связей. ^

Глава 3 посвящена определению сил воздействия на корпус якорных средств позиционирования ПТСОШ Предметом исследования являются цепочки якорных и движительных СУПиД, алгоритмы локального управления цепочками и глобального управления подсистемой СУПиД в задаче математического моделирования движения ПТСОШ В результате исследования осуществляется рациональный выбор типа и основных характеристик, выбирается система управления СУПиД, определяются критерии работоспособности и безопасности при аварийных ситуациях.

Квазистатические методы расчета якорных связей. Цепочка якорной линии содержит следующие элементы' якорь, якорная связь; якорная лебедка; локальная система управления Якорная связь прикреплена одним концом к анкеру А якоря, а другим к клюзу К на корпусе ПТСОШ На ЯС действуют силы тяжести и силы плавучести, сосредоточенные силы от подвешенных массивов или плавучестей, реакция грунта на лежащий на дне участок, гидродинамические силы воздействия течения, гидродинамические силы воздействия волн, гидродинамические силы сопротивления воды, силы инерции массы ЯС и присоединенной инерции воды Полагается, что названные силы независимы, силы тяжести являются преобладающими над другими силами

Введем такие упртцающие допущения якорная связь является абсолютно гибкой, жест- С

кость якорной связи на растяжение велика; перемещения ЯС, вызванные движением клюза, являются малыми по сравнению с длиной связи величинами При данных допущениях система уравнений (I 16) упрощается Согласно принципа Д'Аламбера инерционную нагрузку перенесем в правую часть уравнений В итоге система уравнений движения ЯС может быть пред- в ставлена в форме уравнений статики нерастяжимой нити

Система дифференциальных уравнений (1 16) разрешима только в ограниченном числе случаев Практически важным для нас случаем является равновесие однородной тяжелой нити, закрепленной в крайних точках Интеграл этой системы дифференциальных уравнений в принципе известен - уравнение цепной линии Но, даже однородная ЯС, нагружена пространственным образом гидродинамическими силами от течения, демпфирования, взаимодействия с илистым грунтом, силами инерционной природы от нестационарного движения клюза (рисунок 3 I)

Это заставляет разрабатывать методы расчета, рассматривающие общие случаи сложной конструкции ЯС и её нагрузки Проблемами обобщенной постановки являются' 1) геометрическая нелинейность и зависимость нагрузки </(л-) от геометрии осевой линии ЯС; 2) неопределенность формы в ненагруженном состоянии, 3) сложные граничные условия и неопределенные начальные условия

Разрешение данных проблем и составляет научную новизну предлагаемого ниже метода Основываясь на принятых допущениях, применим метод последовательных нагруже-ний В первом нагружении приложим только силы тяжести интенсивностью г/0 Известное решение дает геометрию однородной ЯС, которая не зависит от величины Во втором и последующих нагружениях будем прикладывать другие компоненты нагрузки Щ, ЛР; силы

тяжести неоднородных участков, гидродинамическую нагрузку, сосредоточенные силы, силы инерции. Эти силы в соответствии с принятыми допущениями должны вызывать малые изменения формы осевой линии ЯС по сравнению с начальной формой

Для нахождения напряженного состояния ЯС использована полученная В А Светлицким по методу малого параметра система дифференциальных уравнений равновесия гибкой нити

при малом нагружении Для учета зависимости нагрузки Дц(.ч) и ) от формы осевой

линии ЯГ между малыми нагружениями образуем цикл итерационных процедур коррекции нагрузки

Интегрирование системы дифференциальных уравнений (3 1) в соответствии с расчетной схемой ЯС, изображенной на рисунке 3 I. подчиним' граничным условиям на якоре: граничным условиям на клюзе, промежуточному условию в точке касания на грунте

Воздействие грунта охарактеризуем реакцией грунта /?„ в плоскости дна Неопределенными величинами являются ДЦ„(0) - приращение осевого усилия у якоря. Г - расстояние от якоря до точки касания фунта, Д 1//(г)-угол поворота связи вокруг вертикальной оси в точке касания грунта Решение будем искать таким способом Положим величины Д{?„,(0), Г, /?е,Д^(г) неизвестными начальными параметрами Задавшись некоторыми их значениями, введем их в систему уравнений связи и, выполнив интегрирование, получим координаты конца связи х,(Ь), Хг(Ь) Вычислим погрешность пробы'

£ = - Х1к |: +1х2(Ц- Хгк I2 + \хАЦ- ХЪк Г (3 1)

Можно считать, что истинными значениями ^(^^{О^г,!^^,^!//^) будут те, при которых обеспечивается попадание правого конца связи в клюз Иначе

гг(Да„,г,Яв,Л^) = 0 (3 2)

При этом отметим, что изменение Д у/(г) и /?в приводят к повороту связи вокруг вертикальной оси в точке касания грунта, и каждый элемент связи перемещается в горизонтальной плоскости Изменение Г и А(?10(0) приводят к перемещениям элементов связи в вертикальной плоскости. Это дает возможность условие (3.2) удовлетворить в два этапа вначале обеспечить попадание правого конца ЯС в вертикальную плоскость, содержащую клюз, а затем, беря пробы Д£}|0(0) и Г, обеспечить попадание в клюз

Из системы уравнений выведем следующее уравнение коррекции, приводящее к попаданию правого конца связи в вертикальную плоскость клюза'

'о="(>■) - сиг)1*;; ~х:[1)] о з>

Это позволяет ограничиться поиском решения только в области двух независимых начальных параметров Д6>„(0), г Учитывая, что нас удовлетворит приближенное решение, условие (3 6) заменим уравнением коррекции (3 3) при взятии проб и задачей минимизации функции е(А()и,, г) в пространстве параметров Д(71О(0) и г Поверхность как

показали пробные расчеты, представляет собой котловину с достаточно крутыми склонами Для таких случаев хорошо зарекомендовал метод покоординатного спуска

Интегрирование системы дифференциальных уравнений (3 1), ввиду их нелинейности и сложной зависимости нагрузки q(s) от формы осевой линии осуществим методом Рунге-Кутта четвертого порядка точности Распределенная нагрузка на ЯС ч(в) изменяется плавно и проблем с дискретизацией этой нагрузки не возникает Сосредоточенную же нагрузку представим локально распределенной в пределах 1-3 дискретных элементов ЯС Л? центром в 5 Шаг

дискретизации составляет (0 001-0 003)Ь.

Дополнительная нагрузка от сил тяжести участка с другим погонным весом в неподвижной системе координат будет равна

ДГ = -1(Р - Л.). V,', = 0, 2 = Нр - р.). = о (3 4)

Осуществляется пересчет в связанную систему координат

Гидродинамические нагрузка от течения при заданных скорости V, , угле уг течения, и нагрузка сопротивления движению связи определяются по методу плоских сечений

Нагрузку от подвешенных к ЯС массивов или плавучестей Р трансформируем в локально распределенную в пределах нескольких элементов

П-Р

Д^и • (35)

ах

Весовой коэффициент п определяет долю сосредоточенной силы Р, приходящуюся на

один элемент связи (например, п =1 для одного &я\ п = 0 25, 0 5,0 25 для трех Д*) Нагрузка инерционными силами определяется выражениями

х х х

Д*?;, = ~(т + ЯХ1 ; ¿ч'Х2 = -(/я + ЛГ2, Ьц^ + (3 6)

Основными проблемами здесь являются определение ускорений элементов связи и обеспечение устойчивости вычислительного процесса Для определения инерционной нагрузки и гидродинамических сил сопротивления движению ЯС требуется вычислять скорости и ускорения элементов связи В рамках квазистатического метода это осуществляется путем численного дифференцирования координат элементов по времени с применением высокочастотного цифрового фильтра для улучшения устойчивости

Для тяжелых провисающих связей, применяемых на ППБУ, оптимальный шаг процедуры численного дифференцирования существенно превышает (в 2-5 раз) величину шага интегрирования системы дифференциальных уравнений подсистемы КОРПУС

Представленный алгоритм реализован в программе ТЕР!" Преимуществом данного алгоритма является возможность определять напряженное состояние сложных якорных СУПиД в произвольных эксплуатационных условиях якорной стоянки ПТСОШ

В качестве примера выполнен расчет движения сложной ЯС, состоящей из двух участков с погонными весами /7, =1.1 кН/м, р2 = 1.4 кН/м и массивом весом 200 кН при наклоне дна ¡3 = -1.5град. Клюз совершает гармоническое колебание с периодом т=10 с и с амплитудой а=5 м в горизонтальной плоскости вдоль связи На графиках рисунка 3 2 приведены зависимости изменения во времени абсциссы клюза и натяжения ЯС в клюзе На начальном участке предусмотрен плавный вход в процесс колебаний по экспоненциальному закону

Рисунок 3 2 Напряженное состояние ЯС с массивом при колебаниях клюза

Можно сделать вывод о том, что вычислительная система входит в стационарный колебательный режим и устойчива Рассмотрение графиков показывает, что учет сил инерции и сопротивления воды движению ЯГ весьма актуален При максимальном смещении клюза расхождение между статическим и динамичёским решениями составляет величину порядка 20 - 25 % При ослаблении ЯС динамический эффект практически незаметен Кривая натяжения ЯС несимметрична при симметричном характере движения юпоэа

Реакция и момент ЯГУПиД определяется как сумма усилий и моментов отдельных ЯС Каждая ЯС работает независимо от других, но вместе с тем они составляют подсистему ЯСУ-ПиД Объединяющими факторами являются закон движения корпуса, к которому ЯС прикрепляются в клюзовых точках, и целенаправленный алгоритм работы якорных лебедок, осуществляющих травление - выборку ЯС

Применение комбинированных систем позиционирования В целях расширения эксплуатационных возможностей ПТСОШ актуальным становится рассмотрение вопроса о применении средств активного позиционирования в сочетании с якорной системой При этом встает задача по выбору стратегии управления движением ПТСОШ, определению необходимой мощности и режима работы подруливающих устройств (ПУ)

Воздействие моря на корпус ПТСОШ таково, что горизонтальные перемещения содержат постоянные и периодические составляющие В этой связи при усилении шторма возможны 3 режима работы комбинированной системы позиционирования 1) включаются ПУ; 2) включаются ПУ и осуществляется маневрирование ЯС; 3) при маневрировании ЯС ПУ работают с переменной тягой.

Расчеты для ППБУ «Шельф» с комбинированной системой позиционирования показали, что на глубинах моря меньше 100 метров более эффективен 3 режим работы САУ, а на глубинах моря более 200 метров более эффективен 1 режим Суммарная тяга ПУ составляет около 700 кН Близкие к нашим величины тяги САУ были даны ЦНИИ им акад А Н Крылова для ППБУ «Север»

Глава 4 посвящена определению напряженного состояния морского стояка и других длинномерных гибких трубопроводов Наибольшее количество простоев ППБУ происходит по причине поломок морского стояка и, главным образом, вследствие заклинивания шаровых компенсаторов при смещении корпуса установки сверх предельно установленных величин относительно устья скважины В этой проблеме воедино увязаны вопросы проектирования корпуса ПТСОШ, системы управления позицией и комплекса морского стояка.

Комплекс морского стояка представлен следующими подсистемами и элементами стержень морского стояка, натяжители, шарниры крепления МС к корпусу и к КПУО, телескопический компенсатор Лимитируют работоспособность комплекса угол поворота в нижнем шарнире, исключающий заклинивание бурильной колонны, а также напряжения в стержне МС и ход телескопического компенсатора Верхний конец МС движется вместе с корпусом ПТСОШ, повторяя траекторию точки крепления верхнего шарнира Натяжители обеспечивают растяжение МС

Расчетная система дифференциальных уравнений. В работе принят квазистатический подход к решению динамической задачи, так как основную нагрузку на стержень стояка дают стационарные силы от течения и силы тяжести массы стержня и бурового раствора, которые определяются медленными перемещениями корпуса Непрерывное изменение граничных условий для стержня, обусловленное движением верхней опоры, органично входит в методологию квазистатического подхода

Расчетная схема и системы координат показаны на рисунке 4 I Локальная неподвижная система координат ü'xt,x,,x начинается в нижнем шарнире и служит для отсчета перемещений стержня, её оси параллельны осям глобальной неподвижной системы координат Связанная с сечением стержня подвижная система координат в ненагруженном со-

стоянии определяется ортогональным базисом {?и} и базисом {<?} в нагруженном состоянии Полагаем, что ненагруженном состоянии стержень МС является прямым и незакрученным Иагружение стержня МС производится гидродинамическими силами от волн </„ , от течения <у, , гидростатическими силами поддержания Ци, силами тяжести конструкции стержня (¡г и бурового раствора Щи, сосредоточенными силами Р и моментами /72 j Отдельно выделим растягивающие силы натяжителей МС -£ Т}

Рисунок 4 1 Расчетная схема морского стояка

Необходимо отметить, что такие внешние нагрузки как С]н , , £7" слабо зависят от геометрии нагруженного состояния МС, в то время как нагрузка силами тяжести Ц,,,ЦЯ и гидростатическими силами поддержания Ц(1 в определяющей степени зависят от геометрии изогнутой линии стержня и величины перемещения верхней опоры

В этой связи задачу будем определять как геометрически нелинейную, в которой внешняя нагрузка не может быть точно определена перед нагружением стержня

Обозначим' - проекции на оси связанной с сечением стержня системы коор-

динат результирующей распределенной нагрузки; Рч, Р21, Р}1 - аналогичные проекции сосредоточенных сил, - проекции результирующей распределенной нагрузки моментами, т!] , ГЯ2] , тЗ^ - проекции сосредоточенных моментов, - проекции внут-

ренних сил в сечении стержня; М^ М2, Мк- проекции внутренних моментов, - проекции вектора характеризующего кривизну изогнутой оси стержня

Расчетная система дифференциальных уравнений равновесия гибкого стержня, вытекает из векторных уравнений (I 16) и решение системы подчинено граничным условиям нижней и верхней опор.

Ход телескопического компенсатора и его натяжение определим по таким выражениям А/, Ч] = 7Ь +Д7'ДД/), (4.1)

в которых Ь- длина стержня МС, Х1А - координата крайней верхней точки А стержня, -

вертикальное перемещение верхней опоры В на корпусе ПТСОШ, То1 - усилие натяжителя

при не отклоненном от вертикали МС в условиях тихой воды; Д- характеристика

комплекса компенсатор - натяжитель - гидропривод

Гибкий стержень занимает промежуточное положение между жестким стержнем и нитью Облегчающим условием является то, что изогнутое состояние МС не может быть большим по условию прохождения бурового инструмента в скважину, и углы изгиба не превышают 10 -15 градусов Это дает основание считать нелинейность уравнений (1.16) слабой и применять метод итераций и суперпозицию решений.

Рассмотрим вначале метод, исходящий из концепции жесткого стержня, нагруженного поперечной внешней нагрузкой и растянутого осевым усилием В целях получения монотонного приближения к решению задачи применим метод последовательных нагружений В начальный момент изгибная жесткость стержня увеличена настолько, чтобы стержень можно было считать жестким и было бы известным аналитическое решение.

В качестве первого нагружения приложим постоянные по длине стержня гидродинамические силы от течения, поперечные составляющие силы тяжести, вычисляемые по прямому стержню, и растягивающее усилие натяжителей Во втором и последующих нагружениях прикладываются другие оставшиеся виды нагрузки, которые вычисляются уже по изогнутому состоянию стержня, определенному в результате предыдущего нагружения Далее организуется итерационный цикл монотонного понижения жесткости до истинного ее значения А)]»Ад,, удовлетворения граничных условий, учета нелинейности при вычислениии внешней нагрузки, зависящей от геометрии изогнутой оси стержня Для этого требуется неоднократное интегрирование системы дифференциальных уравнений (1 16)

Система дифференциальных уравнений равновесия гибкого стержня с начальными условиями интегрируется по методу Рунге-Кутта Устойчивость решения обеспечивается растягивающим усилием В соответствии с данной методологией разработана программа МСТСМ, которая может функционировать как самостоятельно, так и в составе глобальной программной системы динамики ПТСОШ

Результаты расчета по разработанному методу сравнивались с данными измерений на крупномасштабной модели морского стояка, с результатами расчета по программе "МОЯВШ-Г, применяемой в ПО "Баррикады" при проектировании морских стояков Получено вполне удовлетворительное совпадение данных расчета и эксперимента на крупномасштабной модели комплекса ППБУ-МС

Методика расчета плавучего грунтопровода. По ориентации в пространстве грунтопровод занимает в отличие от морского стояка преимущественно горизонтальное положение на поверхности воды Изогнутая линия определяется в главном действием гидродинамических сил от течения Грунтопровод подвергается растяжению натяжителем, который находится на заякоренном понтоне Методика расчета такая же, как для МС с тем отличием, что относительная длина грунтопровода больше и первое приближение делается по модели гибкой нити В на-

грушах дополнительно учитываются центробежные силы от перекачиваемой пульпы и силы давления.

В качестве примера по программе ИЕРШХЖ выполнен расчет напряженного состояния грунтопровода длиной Ь=1000 м, погонной массой стержня т«=0 36 т/м, погонной массой пульпы Ш1=0 24 т/м, изгибной жесткостью А^АцИ) 154 104 кН м2, X -950 м , X = -50 м , при скорости течения Уг =1 5 м/с, ут =45 град., при высоте волны Л„=2 0 м , <Т =1 2 с'1, Е =90 град Предварительное натяжение грунтопровода на тихой воде принято равным 450 кН По длине грунтопровод был разбит на 500 элементов На рисунке 4 2 приведены зависимость угла наклона элементов стержня и геометрия изогнутого состояния стержня грунтопровода в условиях волнения

Х|, М X], м

1

/ /

/ г

в" 800 ■Т

600 \

400

200 / )

А / /

-30 О 30 У, град. -60 0 60 х> м

Рисунок 4 2 Напряженное состояние грунтопровода на волнении

Рассмотрение этих графиков показывает на значительные величины деформации стержня, подтверждающие необходимость постановки задачи как геометрически нелинейной Влияние волнения моря на напряженное состояние стержня грунтопровода также велико Это видим из сравнения графиков угла наклона и осевой линии стержня

На волнении был выполнен расчет напряженного состояния стержня и реакции в шарнирном креплении к корпусу земснаряда на протяжении периода волны Данный грунтопровод оказывает сильное воздействие на корпус Среднее значение усилия составляет 660 кН при амплитуде изменения 230 кН Это равносильно воздействию двух якорных связей земснаряда, что свидетельствует о необходимости выполнении расчета напряженного состояния грунтопровода и его воздействия на корпус при позиционировании

Глава 5 посвящена экспериментальному исследованию динамики ППБУ Исследования выполнялись испытательской партией кафедры «Теория корабля и гидромеханика» НГТУ в 1977 - 1983 г Автор диссертации являлся ответственным исполнителем этих работ

ДОС. НЛШМЖЛЛЬНАЯ] КНБЛИОТСКА ]

« ш - --Й

Экспериментальные исследования динамики ППБУ на крупномасштабной модели в открытом водоеме. Крупномасштабный модельный эксперимент был осуществлен на модели одного из проектных вариантов ППБУ «Шельф», выполненной в масштабе 1 ■ 10 на Горьков-ском водохранилище Система позиционирования состояла из 8 якорных линий калибр цепей с1 = 8 мм. длина цепей Ь=110 м Также модель была оборудована 4 поворотными винтовыми колонками для исследования эффективности применения комбинированных систем позиционирования Модель ППБУ была оборудована системой управления и измерений, специально разработанной автором диссертации для проведения подобных испытаний Полигон для испытаний представляли участки Горьковского водохранилища в I 5 км от берега с глубинами 8-19 метров с ровным дном Полигон открыт ветрам и волнам северного и южного направлений с минимальным разгоном для волн 10 км При этом структура нерегулярного ветрового волнения, статистические и спектральные характеристики достаточно близки к морскому ветровому волнению с учетом масштаба модели.

В условиях открытого водоема на тихой воде и при шторме осуществлялись измерения характеристик ветра, волнения моря, линейные и угловые перемещения корпуса модели, натяжения в якорных связях, напряжения в конструкции стержня морского стояка Результаты измерений обрабатывались методами теории вероятности и математической статистики в приложении к задачам мореходности судов

Определение жесткостных характеристик якорной системы позиционирования показало, что заиливание цепи приводит к увеличению жесткости якорной системы Это необходимо принимать во внимание в математической модели якорной связи.

Исследование динамики модели при обрыве цепей показало, что движение корпуса носит сложный пространственный характер и представляет реальную опасность для конструкции морского стояка и других якорных связей Эта ситуация должна быть включена в математическую модель ПТСОШ

Опыт свободных колебаний модели Опыт свободных колебаний выполнялся на тихой воде для свободной и заякоренной модели Целью испытаний являлось определение частот свободных колебаний и коэффициентов присоединенной инерции и коэффициентов демпфирования. Установлено, что частоты свободных колебаний ППБУ являются низкими и находятся в пределах 0 07 - 0 22 с"1. Получены записи свободного движения корпуса, выведенного из состояния равновесия, необходимые при тестовых испытаниях математической модели

Исследование динамики комплекса ППБУ - МС на волнении осуществлялось при вариации глубин моря, схем раскладки цепей, величины предварительного натяжения ЛС, курсовых углов ветра и волнения моря, а также изменялся состав комплекса

Проведенные исследования показали, что динамика подобных объектов на нерегулярном ветровом волнении имеет особенности в спектрах углов крена, дифферента и вертикальных перемещений имеется существенная доля, а в спектрах горизонтальных перемещений являются преимущественными низкочастотные процессы, находящиеся вне «видимого» спектра волн Корпус совершает пространственное движение по траекториям циклического вида, обуславливая в свою очередь сложное пространственно-временное нагружение якорных связей и морского стояка

Характерным для модели комплекса ППБУ - МС является определяющее воздействие группы волн Воздействие группы приводит к интенсивному росту амплитуд колебаний, определенной регуляризации движения и воспринимается как целостное мощное воздействие

Экспериментальное исследование динамики ППБУ, оборудованной комбинированной системой позиционирования, показало, что работа ПВК на постоянных оборотах действительно уменьшает постоянную составляющую горизонтальных перемещений При управлении тягой ПВК в зависимости от величины горизонтального перемещения и от мгновенной скорости ветра амплитуды низкочастотных горизонтальных перемещений уменьшаются на 50 - 60 %

Проведение натурных испытаний ППБУ "ШЕЛЬФ-1". Программа испытаний включала разделы 1) исследование динамики корпуса ППБУ при ветро-волновых воздействиях во время шторма, 2) измерение усилий натяжения якорных связей ППБУ во время шторма синхронно с измерениями перемещений корпуса, 3) измерение параметров движения натяжителя морского стояка В соответствии с программой испытаний были выполнены измерения на волнении разной силы и направления В работе приведены спектры амплитуд волнения, пульсаций скорости ветра, перемещений корпуса установки, переменной составляющей натяжения наветренных ЯС, хода натяжителя МС

Подтверждаются полученные при крупномасштабном модельном эксперименте данные об определяющем воздействии группы волн При прохождении групп волн с сильной модуляцией частоты и амплитуды наблюдаются динамические колебания натяжения наветренных ЯС на частоте волн Это происходит на фоне низкочастотного процесса натяжения ЯС Пример такого напряженного состояния ЯС приведен на рисунке 5 I

Анализ динамики ППБУ при прохождении группы волн показывает, что для задач тпи-ционщювания ПТСОШ оценка воздействия группы волн имеет такое же важное мочение, какое имеет оценка воздействия шквала ветра в задаче остойчивости корабля.

Проверка адекватности математической модели Проведенные испытания крупномасштабной модели позволяют осуществить проверку адекватности математической модели

Вначале была осуществлена проверка математической модели на опыте свободных колебаний Рассмотрение результатов сопоставительного расчета и эксперимента на хорошее качественное и вполне удовлетворительное количественное их совпадение Это относится и к проявившемуся взаимовлиянию различных видов движения При статических наклонениях корпуса по крену и дифференту возникают побочные, из-за влияния якорных связей, горизонтальные поперечное и продольное смещения При освобождении модели происходит сложное пространственное движение корпуса Характер свободного движения корпуса при этом отличается от аналогичного движения линейного объекта с одной степенью свободы При вызванных свободных перемещениях в горизонтальной плоскости возникают побочные угловые колебания по крену и дифференту Очевиден переход энергии из одного вида колебаний в другой В работе приведены периоды свободных колебаний заякоренной модели по видам колебаний и сделана сравнительная оценка В последующем был выполнен расчет динамики модели при обрыве якорной связи на тихой воде Начальные условия в расчете были приняты такими же.

Рисунок 5.1 Воздействие группы волн на ППБУ (Ьз%=3.5м)

как и в эксперименте Сравнение экспериментальных и расчетных графиков показывает на удовлетворительное совпадение

Динамика модели в условиях вет/мшого полпенни На данном этапе отладки математической модели было принято целесообразным осуществить расчет при тех же ветре и волнении, которые были зарегистрированы при испытаниях Для этого были взяты осциллограммы записей ветра и волнения и введены в подпрограммы определения гидродинамических сил от волнения и аэродинамических сил от ветра Математические модели ветра и волнения приняты как случайные последовательности амплитуд

Анализируя графики спектральных плотностей параметров движения модели при действии только волнения, приходим к выводу, что нерегулярное волнение с групповой структурой вызывает колебания корпуса в широком диапазоне частот бг б (0.09 -г 6.0) с"' Это полностью соответствует результатам эксперимента и можно утверждать, что низкочастотные колебания установки имеют и гидродинамическую причину Постановка на тихой воде при действии порывистого ветра показывает, что колебания от ветра происходят лишь в области низких частот <г е (0.09 - 1.0)с"' Результаты расчета совместного действия волнения и ветра показывают, что спектры углов крена, дифферента и вертикальных перемещений имеют две ярко выраженных области область высоких частот, совпадающую с частотами «видимого» спектра волн, область низких частот, совпадающую с частотами огибающей по вершинам волн и спектром пульсаций скорости ветра Для этих видов движения корпуса основная энергия колебаний приходится на высокие частоты Спектр угла курса и продольного и поперечного перемещений также широк, но энергия низкочастотных колебаний возрастает и сопоставима с энергией высокочастотных колебаний

Численное расхождение между экспериментом и расчетом амплитуд угловых перемещений не превышает 0 25 градуса и для линейных перемещений не превышает 0 05 метра Выполненные расчеты по предложенным алгоритмам и разработанной математической модели позволяют сделать вывод - математическая модель адекватно отображает реальный объект -ПТСОШ. Упрощающие допущения, принятые при разработке математической модели не привели к существенному расхождению результатов расчета и эксперимента Качественное и количественное соответствие спектров перемещений установки свидетельствует о достоверных уровнях внешнего воздействия моря, восстанавливающих и демпфирующих характеристик корпуса, якорной системы позиционирования, определенных по созданным в диссертационной работе методам

В главе 6 рассмотрены приложения математической модели позиционирования различных типов ПТСОШ

Исследование динамики плавучих попупогружных буровых установок па глубоководных месторождениях. Осуществлено определение гидродинамических характеристик корпуса ППБУ по разработанным автором методикам и программам РЯКМСЕ и \VOZMGE

Анализ результатов расчета гидродинамических характеристик корпуса показывает на относительно слабое влияние частоты колебаний на величину коэффициентов присоединенных масс, что объясняется заглублением водоизмещающих понтонов На коэффициенты демпфирования, наоборот, влияние частоты колебаний существенно

Применительно к ППБУ разработана программа ОУ^М1С-РВ11 Структура программы позволяет выполнить исследование динамики ППБУ в самых различных ситуациях I) при позиционировании на тихой воде с помощью маневрирования якорными связями. 2) при режиме бурения в условиях ветра и волнения моря, 3) при переходе от режима бурения к штормовому отстою, 4) при аварийных отказах в якорных или движительных линиях в системе позиционирования, 5) при восстановлении позиции бурения после штормового отстоя или аварии в системе позиционирования

В рамках этой программы можно проводить исследование на регулярном, нерегулярном трехмерном волнении Работа с программой ПШАМ1С - РВ11 построена в диалоговом режиме с дружественным для пользователя интерфейсом ПЭВМ Данная информация полезна как конструктору при решении проектных задач, так и обслуживающему персоналу установка в качестве тренажера Полученная информация о движении корпуса ППБУ, напряженном состоянии ЯС и МС в случае нерегулярного волнения направляется на статистическую обработку Результаты обработки результатов расчета выдаются на анализ и принятие решения о травлении - выборке ЯС и упоров ПУ

Были выполнены расчеты удержания установки при спецификационных условиях' глубина моря Н=350 м , средняя скорость ветра Уср=18 м /с , высота волны 3% - й обеспеченности

//,.Л = 6 0 м , скорость течения Ут=0 75 м /с Курсовые углы ветра, волнения и течения приняты одинаковыми и равными 60 градусов, являющимися наиболее неблагоприятными для установки и якорной системы Калибр цепей был принят 81 мм Главное внимание уделялось изучению следующих параметров движения относительный радиус смещения корпуса относительно устья скважины г , вертикальные перемещения корпуса £ , углы крена в , дифферента V)/ и курса х , натяжения наиболее нагруженных якорных цепей И На рисунке 6 1 приведены спектры амплитуд перемещений корпуса ППБУ и натяжения ЯС № 6

—— - относительное смещение , — — — - натяжение ЯС.

Рисунок 6 1 Спектры перемещения ППБУ и натяжения ЯС

Рассмотрение данных результатов расчета показывает на техническую возможность модернизированной ППБУ " Шельф " осуществлять процесс бурения на глубинах 350 метров при указанных погодных условиях и при условии, что все якорные линии системы удержания полностью работоспособны

Исследование поведения ППБУ в аварийных ситуациях в системе патронирования При эксплуатации ППБУ в системе позиционирования возможны следующие аварийные ситуации обрыв якорной связи, сползание и потеря держащей силы якорем, срыв тормоза якорной лебедки Эти ситуации представляют опасность для ППБУ перемещениями корпуса, выходящими за пределы радиуса допустимого круга и, следовательно, аварийной ситуацией в системе морского стояка и подводного устьевого оборудования Большие смещения и угол закручивания от динамично потерянной реакции ЯС могут вызвать перенапряжения или даже каскадный обрыв других ЯС

В программе йУ^М1С-РВИ предусмотрена, по выбору пользователя программы, возможность имитировать обрыв одной или двух любых связей в определенные моменты времени Эта процедура вычислительного эксперимента позволяет оценить последствия аварии и, приняв контрмеры, например, переориентировав работу ПУ, попытаться избежать катастрофических последствий

Таким гарантирующим от катастрофических последствий решением может быть принятие 12-якорной схемы раскладки якорей вместо 8 В данной системе ЯС № 9 - №12 являются резервными, имеют малое натяжение на тихой воде Но по мере развития шторма выбираются и натягиваются наветренные резервные связи Как показывают расчеты, такал якорная система приобретает гарантирующие свойства в отличие от рискованных качеств традиционной 8-ми якорной схемы

Применение средств активного позиционирования В качестве примера, иллюстрирующего эффективность постановки ПВК, выполнены расчет удержания ППБУ в более суровых условиях шторма (высота волны =7 0 м и V ветр=30 м/с) и расчет восстановления позиции для режима бурения с одной оборванной связью. Установлено, что при наличии ПВК буровую установку можно вернуть в допускаемый для режима бурения круг г = 5% Н и удерживать ее в этом круге до восстановления основной системы позиционирования

Динамика ППБУ при воздействии шквала ветра. В качестве примера для оценки опасности воздействия шквала ветра на остойчивость, на горизонтальные перемещения корпуса и как последствия на систему позиционирования и комплекс МС было проведено исследование на математической модели в режиме бурения Условия работы' глубина моря Н=350 м , средняя скорость ветра Ув=19 м /с, высота волны 3% - й обеспеченности =6 0 м , скорость течения УТ =0 75 м /с Скорость ветра в шквале условно принята предельной 57 м/с Направление

Рисунок 6 2 Динамика ППБУ при воздействии шквала ветра

Динамический угол крена «от ветра» составил 0 057 рад через 14 секунд после приложения этой нагрузки Обращает внимание появление второго динамического наклонения через 46

секунд «на ветер», большего по величине, чем первое Причиной этого является восстанавливающее действие якорной системы позиционирования в момент наибольшего (38 м ) поперечного горизонтального перемещения установки Результатом данного исследования является вывод о том, что воздействие шквала ветра для ППБУ и других подобных ПТСОШ представляет реальную опасность не только в отношении остойчивости корпуса, но и для системы позиционирования, комплекса морского стояка, сваи судна-земснаряда и других важных подсистем и связей

Определение условий удержания судна- кмснаряда на оси траншеи в штормовых условиях моря Земснаряд не может изменить свою ориентацию по отношению к вектору внешней нагрузки, выбирая наиболее выгодное положение Поэтому якорная система позиционирования должна удерживать судно в технологической позиции при любых направлениях ветра, волнения и течения в штормовых условиях определенной интенсивности

В процессе исследования по программе определены углы раскладки якорных линий для различных комбинаций направления ветра, волнения и течения Определена жесткость заколь-ной сваи Проверена эффективность автоматической системы контроля и управления натяжением якорных связей.

Исследование позиционирования бурового судна Буровые суда, как тип ПТСОШ, имеют свои особенности. Средства активного позиционирования, система автоматического управления положением бурового судна позволяет поставить его вразрез ветру и волнению, когда внешние воздействия от них оказываются минимальными

По программе были выполнены сопоставительные расчеты с ППБУ и расчет позиционирования БС при внезапном отключении одного из кормовых ПУ в режиме бурения, установлено, что положение корпуса БС изменилось незначительно, система управления скомпенсировала потерю упора путем увеличения нагрузки на оставшиеся работоспособными ПУ Это свидетельствует о более высокой защищенности БС от аварийных ситуаций в системе позиционирования

Позиционирование подводного блока управления и энергетики. Блок управления и энергетики (БУЭ) предназначен для размещения на нем персонала, комплексных систем управления подводным промыслом и энергетических установок Блок представляет собой соединение трех горизонтальных, прочных цилиндров, соединенных между собой, и вертикальной прочной шахты, служащей для связи БУЭ с поверхностью моря Удержание и позиционирование БУЭ осуществляется системой становых и маневровых якорей. Гибкие трубопроводы и шланги соединяют блок управления с другими подводными объектами

Выполнены расчеты эффективности разных вариантов якорной системы Анализ результатов расчета показал, что в наибольшей степени подходит восьмиякорная схема из однородных связей с углом раскладки 15 градусов и предварительным натяжением 1000 кН Эта схема дает близкую к круговой форму жесткостной диаграммы

Позиционирование буровой платформы типа «МоЧкрщп при постановке на точку работы. Мобильная ледостойкая буровая платформа «Molikpaq» представляет кольцеобразную конструкцию, на верхнем торце которой смонтированы вышка, буровые и вспомогательные механизмы, а нижним торцем платформа садится на подготовленное грунтовое основание Перед погружением установка находится в плавучем состоянии Постановка на точку работы представляет достаточно длительный процесс и необходимо удерживать платформу над точкой работы от действия течения, ветра и волн Позиционирование платформы осуществляется при помощи якорной системы, состоящей из 4-8 якорных линий

Задача исследования заключалась в определении необходимого числа и калибра, длин якорных связей системы позиционирования, необходимых для обеспечения удержания платформы над точкой работы в пределах установленного допуска

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертации решена проблема позиционирования плавучих технических средств освоения шельфа в сложных эксплуатационных условиях при выполнении техноло! ических работ

1 Выполнен анализ проблем позиционирования ПТСОШ, обоснована необходимость создания уточненных методов расчета позиционирования ПТСОШ на базе математическою моделирования их как сложной технической системы

2 На основе системного подхода, определен состав системы ПТСОШ, осуществлено математическое описание подсистем, разработан алгоритм функционирования математической модели для сети ЭВМ

3 Уточнена расчетная система нелинейных дифференциальных уравнений движения подсистемы КОРПУС с разделением движения на «медленные» от действия средств управления позицией и «быстрые» от действия волн, построена схема каскадного интегрирования полученной системы

4 Выполнен анализ низкочастотных процессов в морском ветровом волнении Создана методика моделирования нерегулярного ветрового волнения с учетом низкочастотных составляющих Установлено, что изменения во времени амплитуды и частоты профиля взволнованной поверхности моря в группе волн являются одной из причин возбуждения низкочастотных перемещений корпуса ПТСОШ

5 Разработана технология определения присоединенных масс и коэффициентов демпфирования волновой природы, базирующаяся на методе граничных элементов В схеме распределенных вычислений гидродинамические характеристики могут определяться с учетом изменения посадки корпуса Выполнены расчеты гидродинамических характеристик корпуса ППБУ и полученные результаты сопоставлены с опубликованными расчетными и экспериментальными данными других авторов Получено вполне удовлетворительное их совпадение

6 Разработана методология определения возмущающих сил от волн, базирующаяся на методе граничных элементов с учетом геометрических нелинейностей и изменяющихся во времени параметров посадки корпуса Выполнены расчеты коэффициентов возмущающих сил на корпус ППБУ и полученные результаты сопоставлены с опубликованными данными эксперимента на модели Также получено вполне удовлетворительное их совпадение Разработанный метод определения волновых нагрузок позволяет осуществлять расчет при произвольных курсовых углах волн, в том числе и для несимметричных форм корпуса, корпусов с малым удлинением, поверхностных, полупогруженных и полностью погруженных в воду корпусов

7 Разработан метод расчета воздействия групп волн на корпус и характеристик вызванного группой волн движения корпуса Группа волн на поверхности моря представлена как локальное нерегулярное образование с амплитудной и частотной модуляцией, вызывающей изменение возмущающих сил с частотой модуляции Выполнены расчеты, результаты которых согласуются с экспериментами

8 Определена расчетная система дифференциальных уравнений напряженного состояния якорных связей сложной конструкции и нагруженных пространственным образом с учетом динамики движения связи Разработаны метод расчета нагрузок на связь и способ получения решения задачи для сложной связи при произвольном движении клюза, работе якорных лебедок, с учетом действия амортизаторов и автоматической системы контроля и управления

9 Определена расчетная система дифференциальных уравнений напряженною состояния трубы морского стояка и плавучего грунтопровода с учетом действия течения, волн и нл-тяжителей Разработаны метод расчета нагрузок и способ получения решения задачи при произвольном движении шарниров

10 Разработана методология проведения крупномасштабного модельного жсперимента в условиях открытого водоема озерного типа и натурного эксперимента в море и получены данные о реальной динамике ППБУ в штормовых условиях

11 Проведены систематизированные теоретические исследования движения ПТСОШ при позиционировании ППБУ, морского земснаряда, подводного блока управления, бурового судна, буровой платформы типа «Molikpaq» при постановке на грунтовое основание Определен ряд характерных расчетных ситуаций для проверки работоспособности ПТСОШ и безопасности при аварийных ситуациях Определен комплекс критериев и направлений оптимизации для отдельных подсистем

Методология реализована в пакетах прикладных программ для сети ЭВМ и гибко налаживается для конкретного типа ПТСОШ Таким образом, в диссертации решена важная проблема по разработке методов расчета позиционирования плавучих технических средств освоения морских месторождений в сложных условиях эксплуатации. Эта работа позволяет на стадии проектирования принимать эффективные конструктивные решения, а при эксплуатации ПТСОШ избежать ошибок в управлении

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Ваганов А.Б., Каннвец В.И. Канал судового подруливающего устройства Авторское свидетельство № 552243, 1976 г

2 Ваганов А.Б. К вопросу о влиянии клиренса на маневренные качества катамарана Депонирована в ЦНИИ «Румб» БСИ «Судостроение», выл 8, 1977, серия 2, реф 662

3 Ваганов А.Б. Экспериментально - теоретическое исследование управляемости катамаранов Материалы по обмену опытом НТО СП им акад А Н Крылова Вып 265 Л, Судостроение, 1977, 4 с

4 Ваганов А.Б. Методика расчета управляемости и обоснование характеристик движи-тельно-рулевого комплекса катамарана Республиканский межведомственный научно-технический сборник'«Судостроение», вып 27 Киев-Одесса, 1978,8 с

5 Ваганов А.Б., Васильев A.B., Волков М.М., Пындак В.И., Стуров В.А Модель плавучей буровой установки Авторское свидетельство № 881287, 1981 г

6 Ваганов А.Б. Расчет плавучести и остойчивости корабля на ЭЦВМ Учебное пособие Горький 1981 74 с

7 Ваганов А.Б., Краснокутскнй И.Д. Особенности динамики полупогружной буровой установки с комбинированной системой позиционирования Тезисы докладов Всесоюзной научно - технической конференции "Проблемы совершенствования комплексных методов прогнозирования мореходных качеств судов" НТО СП им акад А Н Крылова Л , Судостроение, 1982, с 91-93

8 Ваганов А.Б., Краснокутскнй И.Д., Гуров П.В. Оценка переменной составляющей натяжения якорных связей полупогружной буровой установки на волнении Материалы III научной конференции молодых ученых Горьковский политехнический институт. Горький 1982, с2- 16 Депонирована в ВИНИТИ, №5156-82

9 Ваганов А.Б., Краснокутскнй И.Д., Бабкин А.Р.,Гуров П.В. Математическая модель динамики полупогружной буровой установки Материалы HI научной конференции молодых ученых Горьковский политехнический институт. Горький. 1982, с 17-40 Депонирована в ВИНИТИ, №5156-82

10 Ваганов A.B., Горбиков E.H. Результаты экспериментального исследования динамики комплекса «Полупогружная буровая установка - морской стояк» на крупномасштабной модели в открытом водоеме Материалы III научной конференции мололых ученых Горьковский политехнический институт. Горький, 1982, с 55 - 60 Депонирована в ВИНИТИ №51 ">6-82

11 Ваганов А.Б. Экспериментальное исследование низкочастотных составляющих морского нерегулярного волнения Материалы о передовом научно - техническом опыте Новые технические средства для освоения континентального шельфа Волжско - Камское межобластное правление НТО СП им акад АН Крылова Горький, 1987, с 8-18

12 Ваганов А.Б. Динамика плавучей полупогружной установки в аварийных ситуациях в системе позиционирования на точке бурения в штормовых условиях моря. Тезисы докладов Всесоюзной научно - технической конференции "Проблемы совершенствования комплексных методов прогнозирования мореходных качеств судов" НТО СП им акад А Н Крылова Л , Судостроение, 1987. с 90-91

13 Ваганов А.Б. Решение задач управляемости судов на ЭВМ Глава 13 в кн А В Васильева «Управляемость судов» Л , Судостроение, 1989, с 313-319

14 Ваганов А.Б. Определение воздействия волн на конструкции корпуса плавучей буровой установки по методу граничных элементов Тезисы докладов на Всесоюзной конференции «Физико-математическое моделирование при решении проблем гидромеханики и динамики судов и средств освоения мирового океана» (XXXIV Крыловские чтения 1989 г ) ВСНТО им акад. А.Н Крылова Л , Судостроение, 1989. с 104-105

15. Ваганов А.Б. Определение гидродинамических характеристик качки корпусов плавучих буровых установок по методу граничных элементов Тезисы докладов на Всесоюзной конференции «Методы прогнозирования и способы повышения мореходных качеств судов и средств освоения мирового океана» (XXXV Крыловские чтения 1989 г) ВСНТО им. акад. А Н. Крылова. Л, Судостроение, 1991 с 77-78

16 Ваганов А.Б. Проблемы гидродинамики катамаранов в создании техники освоения океана Тезисы докладов III научно - технической конференции "Алферьевские чтения" Волжско-Камское межобластное правление НТО СП им акад А Н Крылова Нижний Новгород, 1990, с 8 - 10

17 Ваганов А.Б., Мель В.Д., Краснокутский И.Д. Модернизация системы позиционирования отечественных полупогружных буровых установок Материалы о передовом научно - техническом опыте Часть 2 НТО СП им акад А Н Крылова, Волжско-Камское межобластное правление. Нижний Новгород, 1991, с 16-19

18 Ваганов А.Б. Численное моделирование движения буровых установок в штормовых условиях моря Межвузовский сборник научных трудов "Технические средства освоения шельфа" Нижегородский политехнический институт Нижний Новгород, 1991, с 23-39

19 Ваганов А.Б. Расчёт посадки ППБУ при выполнении грузовых, балластировочных и технологических операций на точке бурения в море Материалы III научно - технической конференции "Алферьевские чтения" Волжско - Камское межобластное правление НТО СП им акад АН Крылова Нижний Новгород, 1991, с 14-26

20 Ваганов А.Б. Вопросы стабилизации плавучих технических средств освоения океана на точке работ в море Проектирование, теория и прочность судов, плавающих во льдах Межвузовский сборник научных трудов Нижегородский политехнический институт Нижний Новгород, 1992, с 99-105

21 Ваганов А.Б. Определение условий удержания судна - земснаряда на оси траншеи при работе в штормовых условиях моря Межвузовский сборник научных трудов Вып 2 НГТУ Нижний Новгород, 1995. с 35 - 53

22 Ваганов А.Б., Краснокутский И.Д. Экспериментальное определение компонентов волновых гидродинамических сил на корпусе полупогружной установки Труды международной конференции "Проблемы прочности и эксплуатационной надёжности судов" ДВГТУ, Владивосток, 1996, с 62 -66

23 Ваганов А.Б. Расчет якорных систем плавучих технических средств освоения шельфа Технические средства освоения шельфа Сборник научных трудов Вып 3 НГТУ Нижний Новгород 2001 с 11-16

24 Васильев A.B., Алисейчик A.A., Ваганов А.Б., Чеботаев В.Ф., Панов Ю.Л Экспериментально-теоретическое исследование ППБП Тезисы докладов на II Всесоюзной конференции "Технические средства изучения и освоения океана", Т I, Л , 1478, с 120-128

25 Васильев A.B., Ваганов А.Б., Краснокутский И.Д. Теоретические основы динамики полупогружной буровой установки при различных режимах её эксплуатации Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Технические средства изучения и освоения океана" Севастополь, 1981, с 46

26 Васильев A.B., Ваганов А.Б., Бабкин А.Р., Гуров П.В., Кряснокутский И.Д Натурные испытания плавучей полупогружной установки "Шельф - Г' Тезисы докладов Всесоюзной научно - технической конференции "Экспериментальные методы исследования способов активного воздействия на мореходные качества судов" НТО СП им акад А Н Крылова Л , Судостроение, 1984, с 117 -118

27 Отчет по НИР "Проведение испытаний динамики полупогружной буровой установки на крупномасштабной модели" Научный руководитель Васильев A.B. Отв исполнитель Ваганов А.Б. ВИНИТИ Номер госрегисграции 0182 4054300 Инв номер 0282 4044156

В трех томах Горьковский политехнический институт Горький, 1982 Т 1-342с,Т 2- 178с, ТЗ- 138 с

28 Отчёт по НИР "Экспериментальное исследование динамики и напряженного состояния морского стояка и смежных с ним систем комплекса подводного устьевого оборудования плавучих полупогружных буровых установок". Научный руководитель Васильев А.В Отв исполнители Ваганов А.Б., Егоров П.Н. ВИНИТИ Номер госрегистрации 0182 4054300 Инв №0282 0060463 Горьковский политехнический институт, 1982,312 с

29 Отчет по НИР "Проведение натурных испытаний плавучей полупогружной буровой установки на Каспийском море" Научный руководитель Васильев А. В. Отв исполнитель Ваганов А.Б. ВИНИТИ Номер госрегистрации 0182 4054300 , инв номер 0284 0070876 Горьковский политехнический институт Горький, 1984 88 с

30 Отчёт по НИР "Исследование поведения ППБУ с комбинированной системой удержания на взволнованном море" Научный руководитель Ваганов А.Б Отв исполнитель Кряснокутский И.Д ВИНИТИ Номер госрегистрации 0182 4054300 Инв № 0287 0030226 Горький, 1986,223 с

31 Отчет по НИР "Исследование динамики плавучей полупогружной буровой установки в нормальных и экстремальных условиях эксплуатации " Научный руководитель Ваганов А.Б. Отв исполнитель Краснокутский И.Д ВИНИТИ Номер госрегистрации 0182 4054300 Горьковский политехнический институт Горький, 1988, 436 с

32 Отчёт по НИР "Математическое моделирование воздействия внешних нагрузок на погруженное сооружение и выработка рекомендаций по его параметрам и системам стабилизации" Научный руководитель Васильев A.B. Отв исполнитель Ваганов А.Б. НГТУ Нижний Новгород, 1992, 56 с.

33 Отчет по НИР "Исследование динамики и внешних нагрузок на судно - земснаряд при разработке грунта" Научный руководитель Вягаиов А.Б. НГТУ Нижний Новгород, 1993, 166 с

34 Отчет по г/б НИР «Проведение фундаментальных исследований с целью создания эффективной техники для освоения арктического шельфа» Часть 5 Обоснование эффективных добывающих комплексов для мелководного нефтяного месторождения Научный руководитель Васильев А.В Отв исполнитель Ваганов А.Б. НП У Нижний Новгород, 1993, 344 с

35 Отчет по г/б НИР «Проведение фундаментальных исследований с целью создания эффективной техники для освоения шельфа» Научный руководитель Васильев A.B., Попов А.Н. Отв исполнитель Ваганов А.Б. ВНТИЦ № Гос регистрации 01870021067, инв № 02 9 80 003880 НГТУ Нижний Новгород, 1998, 239 с

Р- -584

РНБ Русский фонд

2004-4 25468

Подписано в печать 08.01.03. Формат 60x84 '/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 2.

Нижегородский государственный технический университет. Типография НГТУ. 603600, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

Введение.

1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ ПЛАВУЧИХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ, ЯКОРНЫХ СВЯЗЕЙ И ДЛИННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

1.1. Основные принципы построения математической модели.

1.2. Система уравнений движения корпуса.

1.3. Математическое описание подсистемы МОРЕ.

1.4. Система уравнений движения гибких стержней и нитей.

1.5. Уравнения динамики комплексов двигатель-исполнительный механизм.

1.6. Система уравнений нагруженного состояния гидропривода натяжителей морского стояка и якорных связей.

1.7. Компоновка математической модели и обоснование методов ее реализации на ПЭВМ.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЭРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОРПУС ПТСОШ

2.1. Общая характеристика сил.

2.2. Определение гидростатических восстанавливающих сил и моментов.

2.3. Определение инерционных и демпфирующих характеристик корпуса.

2.4. Определение возмущающих сил на корпусе ПТСОШ от волнения.

2.5. Технология применения МГЭ для определения гидродинамических характеристик качки корпуса ПТСОШ.

2.6. Учет геометрической нелинейности и групп волн при расчете взаимодействия корпуса с волновым потоком.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЯКОРНЫХ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ ПОЗИЦИЕЙ ПТСОШ

3.1. Классификация средств управления позицией.

3.2. Квазистатические методы расчета якорных связей.

3.3. Расчет однородных якорных связей, нагруженных силами тяжести .'.

3.4. Влияние инерционных нагрузок на напряженное состояние тяжелых якорных связей.

3.5. Построение математической модели якорных СУПиД и управление позицией ПТСОШ.

3.6. Применение комбинированных систем позиционирования.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МОРСКОГО СТОЯКА И ДЛИННОМЕРНЫХ ГИБКИХ ТРУБОПРОВОДОВ

4.1. Характеристика комплекса морского стояка для бурения в глубоководных акваториях.

4.2. Расчетная система дифференциальных уравнений статики комплекса морского стояка.

4.3. Характеристика и методы определения внешних сил, действующих на конструкцию морского стояка.

4.4. Квазистатический подход к учету инерционной нагрузки на стержень МС.

4.5. Сопоставительные исследования напряженного состояния морского стояка.

4.6. Методика расчета плавучего грунтопровода.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ПЛАВУЧИХ ПОЛУПОГРУЖНЫХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

5.1. Экспериментальные исследования динамики ППБУ на крупномасштабной модели в открытом водоеме.

5.2. Проведение натурных испытаний ППБУ Шельф

5.3. Проверка адекватности математической модели.

Освоение континентального шельфа, вызванное необходимостью решения сырьевой, энергетической, продовольственной, транспортной и других проблем, привело к созданию нового класса морских плавучих сооружений: буровых судов, установок и платформ, а также разнообразных технических средств обслуживания и проведения подготовительных и вспомогательных операций. Новые сооружения имеют принципиальные отличия от традиционных объектов судостроения. Это заставляет проводить обширные исследования, в том числе в области их мореходных качеств.

Рассмотрим основные типы плавучих технических средств освоения шельфа, нашедшие применение в практике освоения морских месторождений нефти и газа.

Буровые суда (БС) предназначаются для бурения поисково-разведочных скважин. Современное буровое судно имеет водоизмещение 10-16 тысяч тонн, длину 100-140 метров, систему позиционирования над устьем подводной скважины, комплекс морского стояка, осуществляющий связь с подводным устьевым оборудованием на дне моря. Система позиционирования БС может быть якорной, динамической или комбинированной. Допуск на удержание над устьем скважины составляет 4 - 5 % от глубины моря и определяется конструкцией морского стояка и бурового оборудования. Управление позицией БС в штормовых условиях моря представляет весьма сложный процесс и осуществляется бортовым компьютером.

Краново-монтажные суда (KMC) предназначаются для доставки, установки и монтажа элементов стационарных сооружений на морском шельфе. KMC отличается значительной по размерам палубой, позволяющей размещать на ней крупногабаритные элементы и мощным крановым оборудованием для монтажа из этих элементов буровых оснований. KMC должно обладать хорошей управляемостью, иметь высокие мореходные качества. KMC оборудовано якорной или комбинированной системой позиционирования. Длина корпуса составляет 100 - 200 м, ширина - 30 - 40 метров. Корпус KMC чаще всего имеет форму катамарана.

Суда - трубоукладчики предназначены для укладки труб в траншею на дне моря. Современные трубоукладчики имеют двухкорпусную полупогруженную конструкцию длиной до 140 метров и водоизмещением до 30 тысяч тонн. Эти суда имеют мощную якорную систему позиционирования для удержания на оси траншеи и продвижения вдоль оси траншеи. Судно обладает высокой мореходностью для обеспечения рабочего процесса в штормовых условиях моря до 6 баллов.

Судно - земснаряд применяется для прокладки траншеи подводного трубопровода и дноуглубления акватории на мелководных участках, в частности для прохождения судна - трубоукладчика. Для удержания земснаряда и обеспечения технологического процесса судно оборудуется якорной системой позиционирования, состоящей из 6 - 7 якорных линий. Некоторые земснаряды оборудуются свайсвайным аппаратом. При этом число якорных линий уменьшается. Земснаряды в процессе дноуглубления совершают целенаправленные продольные и поперечные движения корпусом по отношению к прорези. Перемещения обеспечиваются находящимися на судне лебедками, которые выбирают или травят определённые якорные канаты. Управление системой лебедок осуществляется с центрального поста. В ходе работ производится снятие и перестановка якорей. Система позиционирования должна обеспечивать выполнение рабочего процесса и в штормовых условиях моря.

Полупогружные плавучие буровые установки (ППБУ) предназначены в основном для разведочного бурения на шельфе. Процессы транспортировки и эксплуатации происходят на плаву, поэтому ППБУ должны обладать высокими мореходными качествами. Водоизмещение составляет 17 - 30 тысяч тонн. Размеры в плане - 100 х 80 метров. Практика строительства и эксплуатации ППБУ выявила тенденцию к катамаранному типу корпуса с двумя параллельными водоиз-мещающими понтонами и 6 - 8 стабилизирующими колоннами. Система позиционирования - якорная или комбинированная. ППБУ последних проектов являются самоходными. Особенностью ППБУ, влияющей на выбор базовых параметров корпуса и системы позиционирования, является способность выдерживать предельно возможные для данного района моря штормовые условия, не уходя при этом с точки работы. Якорная система позиционирования включает корабельные якоря, якорные связи и якорные механизмы. В качестве якорных связей применяют цепи калибром 76 - 90 мм. и длиной до 1600 метров. Число якорных линий составляет 6 - 12. В некоторых случаях на ППБУ применяются якорные канаты калибром 63 - 75 мм. На больших глубинах моря применяют комбинацию якорный канат - цепь, а также в якорную линию включают дополнительно плавучесть. Система динамического позиционирования применяется на ППБУ наряду с якорной системой и включает движительные комплексы мощностью до 2500 квт. Число движительных комплексов чаше всего равно 4. Комплекс морского стояка соединяет корпус ППБУ с устьем подводной скважины. Смещение ППБУ относительно устья скважины жестко ограничено параметрами напряженного состояния стержня морского стояка.

Рассмотренные выше плавучие технические средства освоения шельфа (ПТС01П) являются уникальными, весьма сложными по конструкции и в управлении, имеют большие размеры и водоизмещение. Их эксплуатация осуществляется в сложных морских условиях и сопряжена с риском для жизни людей и экологической опасностью, сопровождающих освоение нефтяных и газовых месторождений.

Аварии при освоении Мирового океана - явление неизбежное, как при всяком внедрении новых конструкций или технологических методов. Анализ аварий показывает, что значительная их доля связана с ошибками при эксплуатации, т.е. в режимах, где система задействована в полном составе. Для ПТСОШ наибольшее число аварий связаны с выходом установки за пределы допускаемого круга в результате воздействия ветра, волнения и течения моря, а также при неправильных действиях операторов. Нередки случаи отказов в системе позиционирования. Наименее надежными элементами являются якорные связи и морской стояк.

Отмеченные выше основные типы ПТСОШ нашли применение при освоении нефтегазовых месторождений на шельфе незамерзающих морей или при длительном безледовом периоде.

В последние годы /123/ осуществляется поиск методов и технических средств освоения природных углеводородных ресурсов месторождений, расположенных на шельфе арктических морей. В недрах арктических морей сосредоточено до 90% потенциальных ресурсов углеводородного сырья Российского шельфа. Арктические шельфы имеют все возможности для создания на них крупных нефтегазодобывающих районов. На акваториях Баренцева, Печорского и Карского морей уже открыты ряд месторождений нефти и газа, на которых разведано более 4 млрд. тонн условного топлива. Всего на шельфе указанных морей известно более 40 перспективных структур.

Концепция создания подводных комплексов разрабатывается в ОАО ЦКБ "Лазурит" и основывается на применении оборудования, материалов, конструктивных и технологических решений, отработанных при создании подводного флота, а также создании бурового и эксплуатационного оборудования, приспособленного для работы в специальных прочных, герметичных помещениях, на основе отечественного машиностроения и опыта зарубежных фирм / 58, 59 /.

Применительно к Русановскому месторождению предлагается следующий состав перспективных технических средств: Наименование технических средств

Ориентировочные характеристики технических средств

Строительно-монтажные работы

1. Земснаряд для разработ- Глубина использования до ки траншеи при выходе 35 - 50 метров, трубопровода на берег. Класс Регистра КМ*УЛА2

2. Трубоукладочное судно. Глубина использования до 400 метров. Диаметр труб 1220 мм.

3. Трубозаглубитель. Глубина использования до 150 м.

4. Судно-трубовоз. Грузоподъемность до 3000 т.

5. Подводное судно для под- Глубина использования до 400 м. водно-технических работ.

6. Подводное судно для укладки гибких трубопроводов и кабелей.

7. Буксир-завозчик якорей.

Глубина использования до 400 м. Диаметр труб до 400 мм.

Класс Регистра КМ*УЛА2.

8. Ледостойкая плавучая Глубина бурения до 3500 м. буровая установка для бурения куста скважин с подводным заканчивани-ем при глубине моря до 200 м .

9. Подводное буровое судно.

10. Подводное судно снабжения.

11. Подводный блок управления и энергетики.

Глубина моря до 400 м. Глубина бурения до 3500 м.

Глубина моря до 400 м.

Глубина моря до 400 м.

12. Подводный блок промысловой обработки.

Проведенное рассмотрение уже эксплуатирующихся ПТСОШ, а также перспективных технических средств освоения месторождений арктического шельфа показывает, что преобладающее их число относится к классу подвижных плавучих сооружений на шельфе. Рабочий режим состоит в занятии корпусом определенной позиции, удержании или целенаправленной смене позиции. Позиционирование может выполняться как в тихую погоду, так и при штормовых воздействиях моря. Для таких объектов, как земснаряд и трубоукладчик, должны выполняться циклические движения корпусом при разработке траншеи и при укладке труб. Для обеспечения рабочего режима ПТСОШ оборудованы средствами позиционирования. Характеристики движения данных ПТСОШ определяют эф-т' фективность эксплуатации, оказывают влияние на выбор формы и размеров корпуса, а также на параметры средств позиционирования при проектировании.

Глубина моря до 400 м. Производительность 25 млрд. куб. м. газа в год.

В последующем термины управляемость корабля и позиционирование

ПТСОШ будем полагать сходственными по смысловому содержанию.

Определение движения - традиционно актуальная проблема кораблестроения как транспортной системы. Сложность процессов взаимодействия корпуса корабля с волнением и ветром, отсутствие всеобъемлющих теорий и несовершенство теоретических методов изучения динамики корабля при плавании в штормовых условиях моря обусловили проведение научных исследований по следующим направлениям:

1. Остойчивость корабля на волнении.

2. Качка корабля.

3. Мореходность и стабилизация корабля на волнении.

4. Управляемость корабля на волнении.

Каждое из этих научных направлений решает в определенной степени свой локальный круг проблем динамики корабля на волнении. В каждом направлении выработаны подходы, методы и приемы для решения научных и проектных задач. Общим фундаментом для всех направлений являются: гидродинамическая теория волн, гидродинамическая теория взаимодействия потока жидкости с телом и уравнения движения тела в жидкости.

Идеи А.Н. Крылова получили свое дальнейшее развитие по указанным трем направлениям в трудах многих отечественных и зарубежных ученых: С.Н. Благовещенского, Г.Е. Павленко, Г.А. Фирсова, В.В. Семенова-Тян-Шанского, М.Д. Хаскинда, В.М. Лаврентьева, A.M. Басина, В.Н. Анфимова, Ю.М. Крылова, А.И. Вознесенского, И.К. Бородая, В.В. Луговского, Ю.В. Ремеза, Ю.Л. Воробьева, Н.Б. Севастьянова, А.Н. Холодилина, В.А. Мореншильд, А.Н. Шмырева, Ю.И. Нечаева, H.H. Рахманина, Ю.А. Нецветаева, В.А. Некрасова, Д.М. Ананьева, A.B. Герасимова, К. Венделя, С. Кастнера, Дж. Паулинга, С. Родена, Дж. Робертса, Неймана, Пирсона, Лонге-Хиггинса, О. Грима, Ф.Тасаи и других ученых.

Теория управляемости корабля разрабатывалась позднее теории качки и первоначально для случая движения судна в условиях тихой воды. Основы современной теории управляемости корабля созданы научными трудами В.М. Лаврентьева, И.Г. Хановича, К. Давидсона и Л. Шиффа, A.M. Басина, Р.Я. Першица, К.К. Федяевского, Г.А. Фирсова, Г.В. Соболева, Е.Б. Юдина, A.B. Васильева, Н.Б. Сли-жевского, В.Г. Павленко, В.Н. Зайкова, А.Д. Гофмана, Ю.М. Мастушкина, М.А. Гречина, Л.М. Рыжова, Н.Ф. Соларева, В.Н. Небеснова.

В последующем в работах А.Ш. Афремова, Д.М. Ананьева, Г.В. Соболева, Ю.М. Мастушкина, В.Ю. Ремеза и других ученых рассматривались вопросы управляемости корабля на волнении и взаимосвязь рыскания и бортовой качки. Таким образом, осуществлено теоретическое соединение выше указанных направлений динамики корабля на волнении.

ПТСОШ являются ветвью кораблестроения с присущими ей проблемами безопасного плавания и эффективной работы в море. Основными факторами, влияющими на экономические показатели ПТСОШ и безопасность технологических работ в море, являются штормовые условия, недостаточно эффективные кон' структивные решения проектантов, сложная динамика поведения объекта и ошибки операторов. Создание ПТСОШ ведется индивидуально, под вновь разрабатываемый проект освоения морского месторождения и в сжатые сроки. Применяемое или требуемое вновь оборудование является предельным по своим параметрам (калибры якорных связей, мощности подруливающих устройств и т.п.) и не производится серийно.

Обзор работ по динамике ПТСОШ. К настоящему времени выполнено значительное количество теоретических и экспериментальных исследований, посвященных вопросам динамики различных конструктивных типов ПТСОШ. Работы Numata Е. / 225 /, Благовидова JT. Б. /13, 14 / посвящены исследованию остойчивости ППБУ.

В работах Иванова A.B., Курова Н.В., Рахманина H.H. / 96 /, Siihara Т. / 229 /, Kagemoto /221 /, Jiang J. / 220 /, Hooft J. / 219 / приводятся методики определения гидродинамических характеристик корпуса ППБУ, результаты и методы определения возмущающих сил от волн, результаты исследования изолированных I, видов качки. Оценивается влияние якорной системы удержания на параметры качки ППБУ. В работе Denis / 214 / отмечается существенное влияние нелинейных факторов: вязкостного сопротивления качке, нелинейного восстанавливающего момента, упругости якорных связей, геометрической нелинейности из-за изменяющейся во времени смоченной поверхности, нелинейности волн.

Работы Борисова Р.В. /23, 18, 19, 20, 21, 22 /, Молодожникова А.Б. / 143 /, Дыхты JIM. / 82, 83, 84 /, Болынева A.C. / 15 / посвящены главным образом решению проблем качки определенных типов ПТСОШ и имеют при этом комплексный характер:

1. Определение гидродинамических сил.

2. Определение реакции системы заякорения и ее влияние на качку.

3. Определение возмущающих сил от волн и от ветра. г 4. Оценка взаимовлияния отдельных блоков и элементов конструкции корпуса на гидродинамические характеристики (расчет ГДХ ведется путем расчленения корпуса на отдельные блоки и элементы).

5. Оценка взаимодействия различных видов качки.

Работы выполнены в традиционном для научного направления «качка корабля» стиле. В них отсутствует расчет напряженного состояния такого важного элемента конструкции ППБУ - морского стояка, который жестко лимитирует величину горизонтальных перемещений корпуса главным образом по величине угла поворота в нижнем шарнире. Попытки решить проблемы позиционирования ПТСОШ (позиционирование при неполной схеме заякорения, маневрирование Ф якорными связями в штормовых условиях, исследование аварийных ситуаций при обрыве связей) наталкивается на методические сложности. В работе / 84 / обосновывается для этого разделение движений корпуса на «медленные» под действием, например, шквала ветра и «быстрые» от действия волн. ППБУ представляется ' как пассивный неуправляемый объект. В данных работах не в полной мере раскрывается сложная динамика поведения ППБУ, приводящая в ряде случаев к неожиданным для оператора перемещениям корпуса. Это касается также анализа причин возникновения низкочастотных колебаний корпуса на нерегулярном ветровом волнении и практических методик учета этого явления. В рамках одного научного направления выполнить всеобъемлющее исследование динамики ПТСОШ, очевидно, не представляется возможным.

Работы Ваганова А.Б. / 33, 35, 38, 155 /, а также Краснокутского И.Д. / 112, 155 /, посвященные исследованию динамики движения и эффективности применения комбинированной системы удержания ППБУ можно отнести к другому направлению исследования движения ПТСОШ - позиционирование на точке работы. Маневрирование якорными связями и подруливающими устройствами для удержания или изменения позиции корпуса требуют привлечения методов теории управляемости корабля.

Проблеме позиционирования ППБУ на точке работы также посвящены ра~ I боты Макарычева И.К., Марченко Д.В. /131, 135 /, Фрейдзона И.Р. /199 /, Yamura

I, lamada S. / 231 /. В этих работах содержатся методики по определению смещения корпуса при маневрировании якорными связями в условиях тихой погоды, а также методики по определению необходимых для этого длин травления - выборки связей. При этом динамике движения корпуса уделяется второстепенное внимание, поскольку она в данной постановке не влияет на конечный результат.

Выполнено большое число исследований посвященных решению отдельных проблем динамики ПТСОШ.

Проблеме определения присоединенных масс и коэффициентов волнового демпфирования посвящены работы Хаскинда М.Д. / 202, 203 /, Шебалова А.Н., Салькаева А.З., Ремеза Ю.В. / 12, 56, 178 /, Михаленко Е.Б. /141 /, Короткина А.И. / 108 /, Grim / 216 / и ряда других авторов. Теоретические решения и эксперимен-' тальные данные получены для тел простейшей геометрии, для удлиненных тел с геометрически регулярной поверхностью применяется метод плоских сечений. В случае сложной формы корпуса, особенно если корпус представляет комбинацию тел и при геометрически нерегулярной поверхности, возникают вычислительные препятствия применения разработанных методов. Проблема еще более усложняется в случае загромождения потока наличием границ (мелководье, канал, присутствие рядом других тел и т.п.). Кроме того, распределение гидродинамических особенностей необходимо осуществлять по мгновенной смоченной поверхности корпуса, положение которой заранее неизвестно. В указанных работах использовано допущение о малости перемещений корпуса, и распределение особенностей Ф осуществляется по равновесной смоченной поверхности корпуса при плавании в условиях тихой воды.

Вопросам теоретического определения вязкостного демпфирования корпуса посвящены работы Фаддеева Ю.И. / 198 /, Каменской E.H. / 102 /, Борисова Р.В. / > 21, 22 /, Kato Н. / 223 /. Ввиду большой сложности этой проблемы в практических расчетах динамики ПТСОШ с геометрически сложной формой корпуса приходится ориентироваться на применение модельного эксперимента.

Определение гидростатических восстанавливающих сил и моментов для ПТСОШ с геометрически простой формой корпуса осуществляется методами статики корабля. Эти силы представлены характеристиками начальной остойчивости, либо диаграммами остойчивости / 63 /. Борисовым Р.В. / 23 / разработан метод, основывающийся на представлении сложного корпуса ППБУ как комбинации из тел простейшей формы (цилиндров, призм, параллепипедов и т.п.). Однако этот прием не во всех случаях может быть реализован.

Наряду с традиционными для транспортного кораблестроения исследованиями качки, решению проблемы определения возмущающих сил от волн на корпус ППБУ посвящены работы A.B. Иванова / 96, 99 /, Куликовой А.Н. /118 /, Ка-пустянского С.М. / 103 /, Борисова Р.В. / 23 /, Дыхты JIM. и Мельника В.А. / 82, 83 /. В этих работах делается вывод о слабом взаимовлиянии погруженных понтонов и стабилизирующих колонн. Допускается возможность разбиения корпуса на отдельные простые объемные элементы, определения воздействия волн на элемент и последующего суммирование этих сил для корпуса в целом. Опубликовано значительное число работ по определению волновых нагрузок на корпуса гидротехнических сооружений на шельфе. Это работы Morison J.R. / 28 /, Jlanno Д.Д. / 122 /, Алешкова Ю.З. /1 /, Крылова Ю.М. /116 /, Brebbia С. / 27 /, Халфина И.Ш. / 201 /, Литонова O.E. / 124 /, Михаленко Е.Б. / 141, 142 /, и многих других исследователей. В этих работах, не смотря на общую гидродинамическую основу, существует ориентация либо на проницаемые конструкции корпуса, выполненные из тонких удлиненных цилиндров, либо на геометрически простые объемные фигуры, вертикально стоящие на дне моря.

Хотя к настоящему времени опубликовано большое число работ по данной проблеме, ее нельзя считать окончательно решенной. Геометрическая сложность и нерегулярность поверхности корпуса ПТСОШ, изменчивость положения корпуса и смоченной поверхности во времени под действием внешних сил при выполнении технологических работ заставляют продолжать поиск других более эффективных и более универсальных методик расчета по определению силового воздействия волн.

Задача определения гидродинамических сил на корпусе судна неинерционной природы (при движениях корпуса по поверхности моря под действием сил средств управления и при наличии течения) решается в теории управляемости судов и является чрезвычайно сложной, так как применяется модель вязкой жидко-ф' сти, и главными здесь являются силы вязкостной природы. Теоретические и экспериментальные методы оценки гидродинамических сил развивались параллельно, дополняя друг друга. К.К. Федяевским была развита и названа циркуляцион-но-отрывной теорией методика определения неинерционных гидродинамических сил на корпусе транспортного судна. Обширные исследования в области теоретических оценок этой категории сил были выполнены Г.В. Соболевым /189 /. Однако, чисто теоретические методы не могли учесть всего многообразия форм корпусов, и требуют внесения эмпирических поправок. Систематический модельный эксперимент позволил Р.Я. Першицу / 61, 63, 166 / создать расчётную методику определения гидродинамических характеристик корпусов морских судов. Аналогичные методики, базирующиеся на результатах испытаний моделей на ротатив-ной установке, разработаны А.Д. Гофманом / 76 / для речных судов и Ю.М. Мас-тушкиным /136 / для рыболовных судов. Известны аналогичные методики других исследователей управляемости судов. Анализ аппроксимирующих полиномов для коэффициентов гидродинамических сил на корпусе судна выполнен A.B. Васильевым / 56 /.

Для ПТСОШ с геометрически сложной формой корпуса определение гидродинамических сил неинерционной природы предпочтительнее осуществлять экспериментальными методами.

Архитектурное разнообразие и геометрическая сложность формы надводной части корпуса ПТСОШ пока исключают возможность надежного теоретического расчета аэродинамических нагрузок. Наиболее достоверным способом определения этих сил являются продувки моделей в аэродинамических трубах. Однако, для приближенных оценок при формировании общей компоновки корпуса известно ряд методик / 64 /, / 79 /, базирующихся на представлении корпуса в виде совокупности укрупненных блоков, для которых имеются экспериментальные данные продувок. Применение данных полного аэродинамического эксперимента в аэродинамической трубе при математическом моделировании движения ПТСОШ предполагает принятие допущения о том, что ветер в пределах корпуса является однородным потоком воздуха, скорость которого может изменяться во времени. При частичном использовании результатов аэродинамического эксперимента для отдельных укрупненных блоков корпуса и последующей математической сборке аэродинамических характеристик всего корпуса становится возможным для крупных корпусов учет неоднородности ветрового потока. Применение численных методов расчета аэродинамических характеристик корпуса ПТСОШ, например, с помощью специализированного пакета анализа гидрогазодинамических процессов «STAR - CD», наталкивается на вычислительные проблемы, если пытаться использовать эту вычислительную систему в составе математической модели динамики ПТСОШ.

Вопросам определения гидродинамических сил, индуцируемых рулями и движителями, в теории управляемости судов разработано достаточно большое количество методик / 63, 56, 76, 188, 189 /. Эта проблема в достаточной степени разрешена за исключением учета гидродинамического взаимодействия этих устройств с нетрадиционным по форме корпусом ПТСОШ.

В качестве двигателей могут быть применены дизели или электродвигатели. Определению движущих моментов судовых дизелей и режимов их работы при маневрировании судна посвящены работы Небеснова В.И. / 145 /, Конакова Г.А. /105, 56 /, Бурименко Ю.И. / 30, 31 /, Ручкина Ю.Н. / 105, 182 /. Аналогичное исследование для электродвигателя выполнено в работе Фрейдзона И.Р. / 200 /.

Характеристикам гидроприводов и режимам их работы, используемых в качестве натяжителей морского стояка, посвящены работы Пындака В.И. /173,174/.

Для многих ПТСОШ позиционирование на точке работы осуществляется при помощи якорной системы, состоящей из 4-12 якорных линий. Методы расчета пространственных якорных систем различных плавучих объектов на основе уравнения цепной линии и колебаний этих объектов на базе линейной математической модели подробно рассмотрены в работах Кульмача П.П. / 120, 121 /. В последующем совершенствование методов расчета якорных систем осуществлялось в работах Симакова Г.В. /187 /, Макарычева И.К., Марченко Д.В., Фертмана Б.С. /130, 131 /, Фрейдзона И.Р. /199 /, Баулина Н.В. / 7 /, Алисейчика A.A. / 3 /, Борисова Р.В. и Молодожникова А.Б. / 18 /. В этих работах рассматривались сложные конструкции якорных систем, методы расчета приспосабливались к использованию в математических моделях качки ПТСОШ, стала учитываться упругость связи на растяжение. В работах Ваганова А.Б. / 38, 47, 152, 156, 158 / в расчет введены процедура травления - выборки связи якорной лебедкой по желанию оператора в произвольный момент времени при позиционировании ПТСОШ и учет работы амортизатора с нелинейной характеристикой. В работе Дыхты Л.М. / 84 / рассмотрены малые стационарные гармонические колебания в вертикальной плоскости однородной тяжелой якорной связи, обусловленные качкой корпуса, относительно квазистатического напряженного состояния связи, вызванного медленным горизонтальным смещением корпуса от действия ветра. Динамика нити рассматривалась в работах / 138 /, / 149 /. k : Общим для этих работ является то, что рассматривалась якорная связь, нагруженная только силами тяжести (за вычетом сил плавучести) в вертикальной плоскости, содержащей якорь и клюз. Предполагалось, что действие других сил не приводит к заметному изменению осевой линии связи.

Сложная динамика поведения ПТСОШ проявляется и в том, что при позиционировании ПТСОШ клюз совершает нестационарное пространственное движение. Учет действия сил инерции связи и присоединенной инерции воды, гидродинамических сил сопротивления движению связи, гидродинамических сил от течения на провисающую часть связи, взаимодействие связи с илистым грунтом приводит к необходимости рассматривать пространственное нагружение связи и ç''. то обстоятельство, что геометрия осевой линии перед нагружением неизвестна.

Величина же внешней нагрузки на связь, в свою очередь, во многом определяется нелинейной геометрией осевой линии.

В этом случае обратим внимание на работы Светлицкого A.B. / 184, 185 /, посвященные механике гибких стержней и нитей и где приводятся системы дифференциальных уравнений статики и динамики пространственно нагруженных стержней и нитей.

Кроме якорных многие ПТСОШ имеют связи со скважиной, дном или другим плавучим объектом в виде длинномерных, гибких стержней: морской стояк, укладываемая в подводную траншею труба, плавучий грунтопровод и т.п. Одним концом стержень крепится к корпусу, совершает вместе с ним движение и оказывает на корпус силовое воздействие. Параметры напряженного состояния стержня, например морского стояка, в свою очередь служат одними из основных критериев работоспособности для всего ПТСОШ.

Общая теория гибких стержней изложена в уже упомянутых выше работах Светлицкого A.B. Проблемам определения напряженного состояния морских стояков ППБУ и БС посвящены работы Пындака В.И. и Стурова В.А. / 173 /, Ваганова А.Б, Горбикова E.H. / 41 /, Егорова П.Н., Хаханина И.В., Горбикова E.H. / 88 /, Горбань В.А, Королева В.П., Салтанова Н.В. / 74 /. В этих работах рассмотрены проблемы конструкции, нагрузок и напряженного состояния стержня морского стояка, результаты экспериментальных и теоретических исследований. При этом стояк представлен выделенной из ПТСОШ конструкцией и расчетные схемы и случаи весьма условны.

Морской стояк следует рассматривать геометрически нелинейным, гибким стержнем при сложном пространственном нагружении и существенной зависимости нагрузок от геометрии изогнутого состояния стержня. Большая часть нагрузок определяется динамикой движения корпуса, и выделение морского стояка из системы может привести к неправильной оценке напряженного состояния и, соответственно, критериев работоспособности ПТСОШ.

Анализ опубликованных работ показывает, что выполнен большой объем исследований по важным проблемам динамики различных типов спроектированных и построенных ПТСОШ. Наметилось структурирование исследований по научным направлениям теории корабля, аэрогидромеханики, механики гибких стержней и нитей.

Проблемы позиционирования ПТСОШ. Несмотря на значительное число работ, посвященных исследованию динамики отдельных типов плавучих сооружений, проблема позиционирования ПТСОШ как сложной технической системы в настоящее время не решена. Конструктивная сложность и изменчивость системы, нетрадиционные обводы корпуса, многообразие видов технологического движения корпусом, наличие большого числа связей разнообразной конструкции, технологическое оборудование, энергетическое оборудование большой мощности заставляют искать и разрабатывать новые методы проведения исследований.

Практика эксплуатации отечественных ППБУ показала, что возникает достаточно много затруднений, сбоев и даже аварийных ситуаций по причинам, относящимся к позиционированию установки:

• - обрыв якорных связей или сползание якоря;

• - восстановление позиции;

• - смещение установки под действием интенсивно развивающегося шторма и при воздействии шквала ветра;

• - уход со скважины и повторное наведение на скважину;

• - неизбежные ошибки в углах раскладки якорных линий;

• - перегрузка якорных связей от поворотов корпуса по курсу из-за неудачной гидродинамической или аэродинамической компоновки корпуса при действии течения и ветра;

• - отсутствия резерва удерживающей способности системы позиционирования, гарантирующего от возникновения каскадных критических ситуаций в других связях и в других системах и оборудовании, при обрывах якорных связей;

• - неуправляемость в режиме свободного плавания. Эти моменты должны быть учтены в дальнейших исследованиях и, особенно, при проектировании новых ПТСОШ, которые будут работать в более сложных условиях, и будут оборудоваться сложным технологическим оборудованием и системами.

Основными задачами теории управляемости судов 1<$~61 являются: определение характерных маневров, совершаемых судном, развитие методов теоретического исследования движения судна по поверхности воды в различных путевых и метеорологических условиях, установление критериев управляемости и обоснование необходимых параметров средств управления движением. В отличие от транспортного судна для позиционирования перспективных типов ПТСОШ в настоящее время можно указать только наиболее общие виды маневров:

1. Удержание позиции корпуса при воздействии моря в пределах допускаемых технологическим оборудованием перемещений.

2. Целенаправленное изменение позиции.

3. Восстановление позиции после временного ухода или изменения параметров системы позиционирования, например, штормового отстоя.

4. Технологические движения корпусом для выполнения операции.

5. Вспомогательные маневры при подготовке к операции или по ее окончании.

6. Управляемость в режиме свободного плавания.

Расчет позиционирования ПТСОШ заключается в математическом моделировании выполнения того или иного маневра при определенном состоянии моря и действиях оператора по позиционированию. Это предполагает разработку математической модели позиционирования ПТСОШ и ее последующую реализацию на

ЭВМ. Для математической модели требуется разработка методов определения сил воздействия моря, сил, индуцируемых средствами позиционирования, а таюке динамики и напряженного состояния элементов технологического оборудования, связей и трубопроводов.

Качество позиционирования ПТСОШ будет определяться:

• - точностью удержания на точке, на прямой или криволинейной линии;

• - обеспеченностью удержания в поле допускаемых перемещений;

• - выполнением критериев работоспособности якорных и движительных линий средств управления позиционированием;

• - выполнением критериев работоспособности элементов технологического оборудования;

• - гарантированной работоспособностью и безопасностью при регламентированном числе отказов в системе позиционирования или при ошибках операторов;

• - обеспечением экстренного ухода и повторного занятия позиции;

• - минимально достаточным уровнем энергетических затрат на позиционирование ПТСОШ;

• - эффективностью систем управления, обеспечивающих оптимальные режимы работы средств позиционирования, технологического оборудования, энергетического оборудования.

Выполненный анализ проблем позиционирования ПТСОШ, проблемы проектирования и эксплуатации технических средств освоения месторождений на шельфе морей обуславливают необходимость создания методов расчета позиционирования ПТСОШ на базе математического моделирования их как сложной технической системы. Это совершенно необходимо как для исследования функционирования системы в нормальных эксплуатационных условиях, так и при отказах или авариях отдельных элементов системы.

К характерным особенностям сложных систем относятся:

1. Наличие достаточно большого числа взаимосвязанных между собой подсистем.

2. Многообразие природы подсистем, которое характеризуется их различной физической сущностью.

3. Многокритериальность, обуславливаемая разнообразием целей отдельных подсистем, а также разнообразием требований, предъявляемых к системе со стороны других систем.

4. Многомерность системы из-за большого числа связей между подсистемами.

Хотя сложная система представляет совокупность отдельных подсистем, но функционирование их подчинено достижению единой цели для всей системы в целом.

Безусловно, отмеченные выше ПТСОШ в полной мере обладают характерными признаками сложной системы.

Системный подход применим и к исследованию позиционирования ПТСОШ в море, так как при этом оказываются задействованными многие важные подсистемы: корпус, подсистемы позиционирования и управления, энергетическое оборудование, а также буровое и технологическое оборудование.

Системный подход характеризуется не усложнением методов анализа, а новой ориентацией всего направления исследования. Специфика системного подхода при определении движения ПТСОШ будет состоять в следующем:

1)При исследовании сложной системы описание отдельных подсистем не носит самостоятельного характера, поскольку каждая подсистема описывается с учетом её места и роли, которую она играет в системе в целом.

2) Внимание исследователей концентрируется на согласовании взаимосвязей между отдельными подсистемами.

3) Исследование сложной системы неотделимо от среды, в которой она функционирует.

4) Исследуются свойства системы, исходя из свойств отдельных подсистем.

5) Процесс исследования носит итерационный характер.

При решении различных задач анализа и синтеза сложных систем получило распространение имитационное моделирование. Имитационное моделирование проводится на ЭВМ путем воспроизведения процесса функционирования технической системы на математической модели. При этом процесс функционирования технической системы должен быть воспроизведён настолько полно и детально, учитывая реальные свойства системы и условия её функционирования, насколько это необходимо и достаточно для решения поставленной задачи исследования.

Этот метод является следствием возросших возможностей вычислительных машин и их объединений - вычислительных комплексов, что позволяет перейти от разделенной по времени последовательности частных расчетов к единому машинному воспроизведению достаточно полной совокупности изучаемых ситуаций.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка методов расчета характеристик позиционирования различных ПТСОШ в сложных эксплуатационных условиях, в том числе в аварийных ситуациях и при ошибках операторов. Работа основывается на создании комплексной математической модели ПТСОШ как сложной технической системы при использовании всех имеющихся научных разработок отечественных и зарубежных авторов, с применением новых фундаментальных методов гидродинамики и методов нелинейного численного анализа напряженно - деформированного состояния гибких связей.

Методы должны быть универсальными, обладать гибкостью налаживания к изменению состава системы и к изменению её параметров, а также представлять ПТСОШ как управляемую систему.

Внедрение разработанных методов в практику проектирования и эксплуатации новых ПТСОШ позволит решить две важные технические проблемы: определение характеристик подсистем; обеспечение эффективного и безопасного позиционирования при выполнении технологических работ в море.

В диссертации исследованы состав ПТСОШ как сложной системы, определены структуры уравнений движения подсистем и напряженного состояния связей. Получены выражения и методология определения сил различной физической природы, действующих на корпус геометрически сложной формы и в условиях стеснения потока (мелководье и загромождение другими телами), на якорные связи сложной конструкции (комбинации трос - цепь, подвешенные массивы или плавучести, наклонное дно), на длинномерные трубопроводы и комплекс морского стояка. Разработаны алгоритмы и схемы управления движением ПТСОШ. Созданы пакеты прикладных программ для обеспечения исследования на базе сети ЭВМ. Проведены экспериментальные и теоретические исследования движения наиболее распространенных типов плавучих технических средств. Определены для них характерные и критические режимы работы.

В диссертации использованы:

1) методы теории управляемости корабля, гидродинамической теории качки и мореходности судов;

2) методы механики гибких стержней и нитей;

3) методы динамики судовых комплексов: двигатель - движитель, электродинамики приводных электродвигателей, элементов гидроприводов;

4) математические методы численного интегрирования систем дифференциальных уравнений;

5) метод граничных элементов при определении гидродинамических характеристик корпуса;

6) методы проведения модельных и натурных испытаний судов;

7) методы проведения вычислительных экспериментов и обработки данных.

В диссертации проделана следующая работа, имеющая новизну:

1. На базе системного подхода, определен состав ПТСОШ как сложной технической системы.

2. Определена расчетная система дифференциальных уравнений движения системы ПТСОШ при позиционировании и, с использованием принципа разделения движений, построена схема каскадного их интегрирования.

3. Выполнен анализ низкочастотных процессов в морском ветровом волнении.

4. Получены выражения для определения гидродинамических характеристик корпуса, базирующиеся на методе граничных элементов, с учетом нели-нейностей и изменяющихся во времени параметров посадки.

5. Разработан метод расчета воздействия групп волн на корпус и характеристик вызванного группой волн движения корпуса.

6. Определена расчетная система дифференциальных уравнений напряженного состояния якорных связей, метод расчета нагрузок на связь и способ получения решения задачи для сложной связи при произвольном движении клюза.

7. Определена расчетная система дифференциальных уравнений напряженного состояния трубы морского стояка и плавучего грунтопровода с учетом действия натяжителей, метод расчета нагрузок и способ получения решения задачи при произвольном движении шарниров.

8. На основе системного подхода и методологии имитационного моделирования разработан алгоритм функционирования математической модели, который реализован в программе для сети ЭВМ.

9. Разработана методология проведения крупномасштабного модельного эксперимента в условиях открытого водоема озерного типа и натурного эксперимента в море и получены данные о динамике ППБУ.

10. Проведены систематизированные теоретические исследования движения ПТСОШ: ППБУ, морского земснаряда, подводного блока управления и энергетики, бурового судна, гравитационной платформы.

11. Определен комплекс критериев оптимальности для отдельных подсистем при синтезе сложной технической системы.

12. Определен ряд характерных расчетных ситуаций для проверки работоспособности и безопасности при аварийных ситуациях.

Практическая ценность диссертации состоит в создании универсальной методологии для расчета позиционирования ПТСОШ. Метод может быть применен к объектам разного назначения и с различной формой корпуса, при разнообразных технологических действиях, в том числе в аварийных ситуациях и при ошибках операторов по позиционированию. Активная часть системы позиционирования включает произвольное число подруливающих устройств и движителей и имеет управление с центрального поста. Пассивная часть системы позиционирования включает произвольное число якорных связей сложной конструкции и также имеет управление с центрального поста. В составе ПТСОШ определяется напряженное состояние якорных связей, нагрузка средств активного позиционирования, напряженное состояние комплекса морского стояка или других длинномерных, гибких трубопроводов.

Методология реализована в пакетах прикладных программ для сети ЭВМ и гибко налаживается для конкретного объекта.

Расчеты, проведенные для ряда спроектированных и построенных ПТСОШ, показали хорошую сходимость с данными экспериментов, проведенных как автором, так и другими исследователями. Подробно этот вопрос рассмотрен по тексту работы при рассмотрении отдельных проблем.

Разработанные в диссертации методы внедрялись: в ЦКБ "Коралл" при создании проекта KMC (проект 1613), проекта ППБУ "Шельф" (проект 10170), проекта ППБУ "Север" (проект 10172); в ОАО ЦКБ "Лазурит" при разработке концепции подводных комплексов освоения шельфа (динамика погруженного блока управления); в НПО "Судоремонт" и ОАО ЦКБ "Лазурит" при создании проекта морского земснаряда (проект 19000).

Таким образом, в диссертации решена важная проблема по разработке методов расчета позиционирования и напряженного состояния связей плавучих технических средств освоения морских месторождений, позволяющая на стадии проектирования принимать эффективные конструктивные решения, а при эксплуатации ПТСОШ избежать ошибок в управлении.

Апробация работы проводилась в докладах на следующих конференциях:

1. На Всесоюзной научно-технической конференции «Основы проектирования плавучих буровых установок», г. Севастополь, 1978 г.

2. На Всесоюзной конференции «Технические средства изучения и освоения океана», Ленинград, 1978 г.

3. НаКрыловских чтениях, г. Одесса, 1980 г.

4. На Всесоюзной научно-технической конференции «Технические изучения и освоения океана» Океанотехника - 81, г. Севастополь, 1981 г.

5. На XIII научно-технической конференции «Очередные задачи речного судостроения» г. Горький, 1981 г.

6. На Всесоюзной научно-технической конференции «Экспериментальные исследования мореходных качеств судов и плавучих технических средств в сложных эксплуатационных условиях» г. Калининград, 1982г.

7. На XVII Всесоюзной конференции по экспериментальной гидромеханике судов. Ленинград, 1984 г.

8. На Всесоюзной научно-технической конференции «Океанотехника-85», Ленинград, 1985.

9. На I Всесоюзной конференции «Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР», Москва, 1986 г.

10.На Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы совершенствования комплексных методов прогнозирования мореходных качеств судов» (Крыловские чтения), г. Николаев, 1987 г.

11. На VI научно-технической конференции «Проблемы создания новой техники для освоения шельфа», г. Горький, 1989 г.

12. На Всесоюзной научно-технической конференции «Физико-математическое моделирование при решении проблем гидроаэромеханики и динамики судов и средств освоения мирового океана» (ХХХ1УКр-ыловские чтения), Ленинград, 1989 г.

13.На Всесоюзной научно-технической конференции «Методы прогнозирования и способы повышения мореходных качеств судов и средств освоения океана» (XXXV Крыловские чтения), Ленинград, 1991 г.

14.На международной конференции «Проблемы прочности и эксплуатационной надёжности судов», г. Владивосток, 1996 г.

6.5.2. Результаты исследования

Исследование удержания платформы осуществлялось при помощи программы DYNAMIC - PBU, описанной в п. 1.7, при выполнении госбюджетной НИР/ 159 /.

Исходя из ограничения на величину горизонтального смещения корпуса платформы не более 3.0 м. от центра основания, был осуществлен многовариантный расчет удержания над грунтовым основанием. Варьировались число, калибр каната и углы раскладки якорных линий. Подробные результаты исследования приведены в отчете / 159 /.

Эти расчеты показали, что данная платформа удерживается над центром основания при помощи 8 - якорной системы позиционирования. Калибр якорных канатов должен быть не менее 65 мм. Ввиду усложняющих условий мелководья, якорную связь целесообразно сделать сложной: конец каната прикрепить к плавучести, которая в свою очередь заякорена при помощи двух якорных цепей. Это необходимо для снижения «жесткости» якорной системы ввиду большой массы платформы и исключения подрыва якоря при низкочастотных колебаниях корпуса и при воздействии шквала ветра. При этом плавучесть ставится на акватории заранее при выполнении подготовительных работ, что ускоряет закрепление платформы над точкой работы и, следовательно, саму процедуру посадки на основание.

Поскольку форма корпуса платформы в плане близка к круговой, динамика движения слабо зависит от курсовых углов ветра, волнения и течения.

В качестве иллюстрации расчета удержания платформы в таблице 6.5.1 приведены статистические параметры перемещений корпуса и натяжения в якорных связях. Угол ветра, волнения и течения равны 30 градусов.

Статистические характеристики позиционирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в диссертации решен комплекс задач по позиционированию плавучих технических средств освоения шельфа в сложных эксплуатационных условиях при выполнении технологических работ.

1. Выполнен анализ проблем позиционирования ПТСОШ и связанных с этим проблем проектирования и эксплуатации технических средств освоения месторождений на морском шельфе. Обоснована необходимость создания методов расчета позиционирования ПТСОШ на базе математического моделирования их как сложной технической системы.

2. На базе системного подхода, определен состав системы ПТСОШ, осуществлено математическое описание подсистем. На основе методологии имитационного моделирования разработан алгоритм функционирования математической модели в программе для сети ЭВМ. Определена схема распределенных в сети ЭВМ вычислений.

3. Определена расчетная система нелинейных дифференциальных уравнений движения подсистемы КОРПУС и, с использованием принципа разделения движений на «медленные» от действия средств управления позицией и «быстрые» от действия волн, построена схема каскадного их интегрирования.

4. Выполнен анализ низкочастотных процессов в морском ветровом волнении. Дана оценка доли низкочастотных волн на разных стадиях развития шторма. Определена методика создания математической модели нерегулярного ветрового волнения с учетом низкочастотных составляющих. Обращено внимание на существование низкочастотных процессов изменения во времени частоты профиля взволнованной поверхности моря в группе волн, следующих друг за другом, как одну из причин возбуждения низкочастотных перемещений корпуса ПТСОШ.

5. Разработана технология определения гидродинамических характеристик корпуса (присоединенных масс и коэффициентов демпфирования волновой природы), базирующаяся на методе граничных элементов. Форма корпуса может быть геометрически сложной и нерегулярной. В схеме распределенных вычислений гидродинамические характеристики могут определяться в определенные моменты времени с учетом изменения посадки корпуса. Выполнены расчеты гидродинамических характеристик корпуса ППБУ и полученные результаты сопоставлены с опубликованными данными экспериментов на модели и расчетов по другим методикам. Получено вполне удовлетворительное их совпадение.

6. Разработана технология определения возмущающих сил от волн, базирующаяся на методе граничных элементов с учетом геометрических нелинейностей и изменяющихся во времени параметров посадки корпуса. Выполнены расчеты коэффициентов возмущающих сил на корпус ППБУ и полученные результаты сопоставлены с опубликованными данными эксперимента на модели. Также получено вполне удовлетворительное их совпадение. Разработанный метод определения волновых нагрузок позволяет осуществлять расчет при произвольных курсовых углах волн, в том числе и для несимметричных форм корпуса, корпусов с малым удлинением, поверхностных, полупогруженных и полностью погруженных в воду корпусов.

7. Разработан метод расчета воздействия групп волн на корпус и характеристик вызванного группой волн движения корпуса. Группа волн на поверхности моря представлена как локальное нерегулярное образование с амплитудной и частотной модуляцией, вызывающей изменение возмущающих сил с частотой модуляции. Выполнены примеры расчета воздействия группы волн на корпус ППБУ, которые подтверждаются примерами крупномасштабных модельных испытаний в открытом водоеме и данными натурных испытаний ППБУ «Шельф-1» на Каспийском море. Для ПТСОШ, имеющих низкие частоты свободных колебаний в горизонтальной плоскости, эта расчетная ситуация, наряду с воздействием шквала ветра, имеет существенное значение для расчета позиционирования и средств управления позицией.

8. Определена расчетная система дифференциальных уравнений напряженного состояния якорных связей сложной конструкции и нагруженных пространственным образом с учетом динамики движения связи. Разработаны метод расчета нагрузок на связь и способ получения решения задачи для сложной связи при произвольном движении клюза, работе якорных лебедок, с учетом действия амортизаторов и автоматической системы контроля и управления.

9. Определена расчетная система дифференциальных уравнений напряженного состояния трубы морского стояка и плавучего грунтопровода с учетом действия течения, волн и натяжителей. Разработаны метод расчета нагрузок и способ получения решения задачи при произвольном движении шарниров.

10. Разработана методология проведения крупномасштабного модельного эксперимента в условиях открытого водоема озерного типа и натурного эксперимента в море и получены данные о реальной динамике ППБУ в штормовых условиях.

11. Проведены систематизированные теоретические исследования движения ПТСОШ при позиционировании: ППБУ, морского земснаряда, подводного блока управления, бурового судна, буровой платформы типа «МоЬкр৻ при постановке на грунтовое основание. Определен ряд характерных расчетных ситуаций для проверки работоспособности ПТСОШ и безопасности при аварийных ситуациях. Определен комплекс критериев и направлений оптимизации для отдельных подсистем.

Методология реализована в пакетах прикладных программ для сети ЭВМ и гибко налаживается для конкретного типа ПТСОШ.

Расчеты, проведенные для ряда спроектированных и построенных ПТСОШ, показали хорошую сходимость с данными экспериментов, проведенных как автором, так и другими исследователями. Это свидетельствует о достоверности заложенных в методы расчета теоретических предпосылок.

Таким образом, в диссертации решена важная проблема по разработке методов расчета позиционирования плавучих технических средств освоения морских месторождений в сложных условиях эксплуатации. Эта работа позволяет на стадии проектирования принимать эффективные конструктивные решения, а при эксплуатации ПТСОШ избежать ошибок в управлении.

Предложенные в настоящей диссертации методы позволяют:

• Проводить исследование технической возможности ПТСОШ осуществлять технологический процесс при регламентированных параметрах состояния погоды.

• Проводить исследование характеристик движения корпуса.

• Проводить исследование напряясенного состояния якорных связей и свай пассивных средств позиционирования.

• Проводить исследование режима работы средств активного позиционирования.

• Проверять эффективность принятых законов управления средствами позиционирования.

• Проводить исследование напряясенного состояния гибких трубопроводов.

• Осуществлять проверку приближенных методик проектирования отдельных подсистем ПТСОШ, применяемых на самых ранних стадиях проектирования.

• Применять созданные компьютерные программы в качестве тренажера для операторов по позиционированию

Разработанные в диссертации методы применялись: в ЦКБ "Коралл" при создании проекта KMC (проект 1613), проекта ППБУ "Шельф" (проект 10170), проекта ППБУ "Север" (проект 10172); в ОАО ЦКБ "Лазурит" при разработке концепции подводных комплексов освоения шельфа (динамика погруженного блока управления); в НПО "Судоремонт" и ОАО ЦКБ "Лазурит" при создании проекта морского земснаряда (проект 19000).

1. Алешков Ю.З., Майоров Ю.Б. О воздействии нерегулярных волн на вертикальную цилиндрическую преграду. Труды координационных совещаний по гидротехнике. Л., Энергия, 1967, вып. 34, с. 35-43.

2. Алешков Ю.З. Течение и волны в океане. С.-Петербург, изд. С.-Петербургского университета, 1996, 325 с.

3. Алисейчик A.A. Учёт влияния системы заякорения при выборе основных характеристик ППБУ. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Технические средства изучения и освоения океана", Севастополь, 1981, с. 9-10.

4. Ананьев Д.М. Динамика судна на попутном волнении. Автореферат дисс. д-ра техн. наук, Калининград, 1979, 48 с.

5. Ананьев Д.М. Устойчивость судов на курсе в условиях волнения. П. 8.5 в кн. Васильева A.B. Управляемость судов. Л., Судостроение, 1989, с.233-238.

6. Баулин Н.В. Методика расчета пространственной якорной системы плавучего сооружения. Сборник НТО СП им. акад. А.Н. Крылова "Проблемы судов внутреннего плавания". Выпуск 282.-Л., Судостроение, 1978.

7. Баулин Н.В. , Алисейчик A.A. Выбор рациональной схемы постановки плавучих сооружений на якоря. "Судостроение", № 5, 1978, с. 16 -19.

8. Бенерджи П., Баттерфильд Р. Методы граничных элементов в прикладных науках. -М., Мир, 1984. 494с.

9. Бережных O.A. Плавучие буровые установки, построенные за рубежом в 1976 -1980 гг., Судостроение, №2, 1982, с. 56-62.

10. П.Билянский Ю.С. Динамика якорной стоянки плавучего дока. Диссертация на соискание уч. степени канд. техн. наук. Николаев, 1987.

11. Благовещенский С.Н., Холодилин А.Н. Справочник по статике и динамике корабля. Том 2. Динамика (качка) корабля.-Л., Судостроение, 1976. 176с.

12. М.Благовидов Л.Б. Обеспечение остойчивости при проектировании плавучих полупогружных буровых установок. Автореферат дисс.канд. техн. наук. Севастополь, 1986.

13. Борисов Р.В., Молодожников А.Б. Составление систем уравнений качки полупогружных плавучих буровых установок на косом волнении. Труды ЛКИ "Надводные технические средства освоения Мирового океана", Л.,1978. с. 23-30.

14. Борисов Р.В., Молодожников А.Б. Программа расчета шести видов качки ПБУ с помощью ЭВМ. Тезисы докладов II Всесоюзной научно-технической конференции "Технические средства изучения и освоения океана", Л., 1978, с. 125-126.

15. Борисов Р.В., Молодожников А.Б. Расчет качки заякоренных буровых установок на регулярном и нерегулярном волнении. Технические средства освоения Мирового океана: Труды ЛКИ. Л., 1980, с.22-27.

16. Борисов Р.В., Молодожников А.Б., Храмов A.B. Определение волнового демпфирования при колебаниях погруженных и полупогруженных тел простой формы в жидкости. Сборник трудов ЛКИ "Гидродинамика технических средств освоения океана". Л.,1981, с. 48-50.

17. Борисов Р.В., Каган Л.С. К вопросу об определении вязкостного демпфирования при колебаниях тел в жидкости. Сборник трудов ЛКИ "Техника освоения океана", Л.,1982. с. 55-64.

18. Борисов Р.В., Каган Л.С. Расчет сил, возникающих при колебаниях цилиндров судовых обводов в вязкой жидкости. Сборник трудов ЛКИ "Мореходные качества судов и средств освоения океана", Л.,1986. с. 128-132.

19. Борисов Р.В. Разработка методов расчета качки плавучих буровых установок при различных режимах эксплуатации. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Ленинград. ЛКИ, 1990 .

20. Борисов Р.В., Симоненко A.C., Артюшков Л.С. Статика и динамика плавучих буровых установок. Учебное пособие. СПбГМТУ. С.-Петербург, 2000, 98 с.

21. Бородай И.К., Нецветаев Ю.А. Мореходность судов.-Л.: Судостроение, 1982.288с.

22. Бородай И.К. Мореншильдт В.А. и др. Прикладные задачи динамики судов нап волнении. Л., Судостроение. 1989. 264с.

23. Бреббиа К., Телли Ж., Вроубел JI. Методы граничных элементов.М., МирД987. 524 с.

24. Бреббиа К., Уокер С. Динамика морских сооружений. Л., Судостроение, 1982. 232 с.

25. Бриллинджер Д. Временные ряды. Обработка данных и теория. М., Мир, 1980. 536с.

26. Бурименко Ю.И., Попов Ю.Б. Математическая модель движения системы плавающая платформа буксиры. Межвузовский сборник научных трудов "Технические средства освоения океана". Нижегородский политехнический институт. Нижний Новгород, 1991, с. 159-161.

27. Бюшгенс Г.С., Студнев Р.В. Динамика самолета. Пространственное движение. М., Машиностроение, 1983, 320 с.

28. Ваганов А.Б., Канивец В.И. Канал судового подруливающего устройства. Авторское свидетельство № 552243, 1976.

29. Ваганов А.Б. К вопросу о влиянии клиренса на маневренные качества катамарана. Депонирована в ЦНИИ «Румб». БСИ «Судостроение», вып. 8, 1977, серия 2, реф. 662.

30. Ваганов А.Б. Исследование управляемости катамарана. Диссертация на соискание канд. техн. наук. Николаев, НКИ, 1978, 148 с.

31. Ваганов А.Б., Васильев A.B., Волков М.М., Пындак В.И., Стуров В.А

32. Модель плавучей буровой установки. Авторское свидетельство № 881287, 1981 г.

33. Ваганов А.Б. Расчет плавучести и остойчивости корабля на ЭЦВМ. Учебное пособие. Горький. 1981. 74 с.

34. Ваганов А.Б. Решение задач управляемости судов на ЭВМ. Глава 13 в кн. A.B. Васильева «Управляемость судов». JI., Судостроение, 1989, с. 313-319.

35. Ваганов А.Б. Численное моделирование движения буровых установок в штормовых условиях моря. Межвузовский сборник научных трудов "Технические средства освоения шельфа". Нижегородский политехнический институт. Нижний Новгород, 1991, с 23-39.

36. Ваганов А.Б. Определение условий удержания судна земснаряда на оси траншеи при работе в штормовых условиях моря. Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 2. НГТУ. Нижний Новгород, 1995, с 35 - 53.

37. Ваганов А.Б. Расчет якорных систем плавучих технических средств освоения шельфа. Технические средства освоения шельфа. Сборник научных трудов. Вып. 3. НГТУ. Нижний Новгород. 2001. с. 11 16.

38. Васильев A.B., Алисейчик A.A., Ваганов А.Б., Чеботаев В.Ф., Панов , Ю.Л. Экспериментально-теоретическое исследование ППБП. Тезисы докла- 1/ дов на II Всесоюзной конференции "Технические средства изучения и освоения океана", Т.1, Л., 1978, с. 126-128.

39. Васильев A.B., Ваганов А.Б., Бабкин А.Р., Гуров П.В., Краснокутский И.Д. Натурные испытания плавучей полупогружной установки "Шельф 1"

40. Тезисы докладов Всесоюзной научно технической конференции "Экспе- > риментальные методы исследования способов активного воздействия на мореходные качества судов". НТО СП им. акад. А.Н. Крылова. Д., Судостроение, 1984, с. 117-118.

41. Васильев A.B. Управляемость судов. Д., Судостроение, 1989, 328 с.

42. Васильев A.B. Развитие проблем динамики технических средств освоения шельфа. Межвузовский сборник. Нижегородский политехнический институт. Нижний Новгород, 1991, с. 6-19.

43. Васильев A.B., Лещёв А.Г., Эделев O.K. Буровые комплексы нефтегазовых месторождений арктических морей. Материалы о передовом научно-техническом опыте. НТО им. акад. А.Н. Крылова. Волжско-Камское межобластное правление. Нижний Новгород, 1993, с. 4-29.

44. Васильев A.B., Лещёв А.Г., Эделев O.K. Добывающие комплексы для освоения Штокмановского месторождения в Баренцевом море. Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 2. НГТУ, Нижний Новгород, 1995, с. 5 28.

45. Верлань А. Ф., Ефимов И. Е., Латышев А. В. Вычислительные процессы в системах управления и моделирования.Д., Судостроение, 1981. 246с.

46. Войткунский Я.И., Першиц Р.Я., Титов И.А. Справочник по теории корабля. Д., Судостроение. 1973. 511 с.

47. Войткунекий Я.И., Фаддеев Ю.И., Федяевский К.К. Гидромеханика. Л., Судостроение. 1982. 456 с.

48. Войткунский Я.И., Русецкий A.A., Луговский В.В., Юдин Е.Б. Справочник по теории корабля. В трех томах. Л., Судостроение. 1985. 1752с.

49. Волков Л.Д., Мирошник Ю.Д. Особенности аэродинамики плавучих буровых установок. Вопросы судостроения. Сер. Проектирование судов, вып. 24, 1980, с. 57 -64.

50. Вълков Г.Г., Михаленко Е.Б. Волновые нагрузки на понтоны плавучих полупогружных буровых установок. Межвузовский сборник научных трудов "Технические средства освоения шельфа". Нижегородский политехнический институт. Нижний Новгород, 1991.

51. Гарькавый В.В. Физическое и математическое моделирование опрокидывания судов. Труды Калинингр. техн. ин-та рыб. пром-ти и хоз-ва, Калининград, 1982, вып. 9, с 38-46.

52. Гахов Ф.Д. Краевые задачи. М.: Физматгиз. 1963. 640с.

53. Галахов И.Н., Литонов O.E., Алисейчик A.A. Плавучие буровые платформы. Л., Судостроение. 1981. 223с.

54. Гальчук В. Я., Соловьев А. П. Техника научного эксперимента. Л., Судостроение, 1982, 255с.

55. Герасимов A.B. Энергостатистическая теория нелинейной нерегулярной качки судна. Л., Судостроение, 1979, 232с.

56. Гире И. В., Русецкий А. А., Нецветаев Ю. А. Испытания мореходных качеств судов. Л., Судостроение, 1977, 121с.

57. Глуховский Б.Х. Исследование морского ветрового волнения. Л., Гидроме-теоиздат, 1966. 284 с.

58. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М., Высшая школа, 1977, 480 с.

59. Горяинов В. Г., Журавлев А. Г., Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. М., Советское радио, 1980. 540с.

60. Гофман А.Д. Теория и расчет поворотливости судов внутреннего плавания. Л., Судостроение. 1978. 258 с.

61. Гречин М.А. Расчет маневренных характеристик судна, связанных с действием гребного винта. Мореходные качества судов. Труды ЦНИИМФ. Вып. 165. Л., Транспорт. С. 38-55.

62. Давидан И. Н.,Лопатухин Л. И., Рожков В. А. Ветровое волнение как вероятностный гидродинамический процесс. Л., Гидрометеоиздат. 1978. 332с.

63. Девнин С. А. Аэрогидромеханика плохообтекаемых конструкций. Справочник. JL, Судостроение. 1983. 320с.

64. Доусон Т. Проектирование сооружений морского шельфа. Л., Судостроение. 1986. 288с.

65. Дубровский В.А. и др. Многокорпусные суда. Л., Судостроение. 1978. 304с.

66. Дыхта Л.М., Мельник В.А. Определение гидродинамических характеристик элементов полупогружной буровой установки. Сборник НТО СП им. А.Н. Крылова "Проблемы гидродинамики судов внутреннего плавания. Выпуск 282. Л.Д978, с.99-105.

67. Дыхта Л.М., Мельник В.А. Расчет на ЭВМ гидродинамических характеристик, определяющих качку ПБУ. Тезисы докладов на Всесоюзной научно-технической конференции "Средства и методы улучшения ходкости и мореходности судов". Л., Судостроение, 1981, с. 67-77.

68. Егоров П.Н., Хаханин И.В., Горбиков E.H. Исследование статического напряженного состояния морского стояка. Материалы III научной конференции молодых ученых. Горьковский политехнический институт, Горький, 1982, с.65 70. Депонирована в ВИНИТИ, №5156-82.

69. Ермаков B.C., Капустянский С.М., Михаленко Е.Б. Экспериментально -теоретическое исследование гидродинамических характеристик качки ПБП. Сборник НТО СП им. акад. А.Н. Крылова, вып. 317, 1980, с. 165 170.

70. Ермаков С. М., Михайлов Г. А. Статистическое моделирование. М., Наука 1982. -285с.

71. Ершов Н. Ф., Шахверди Г.Г. Метод конечных элементов в задачах гидродинамики и гидроупругости. Д., Судостроение , 1984, 240 с.

72. Ершов Н.Ф., Попов А.Н. Прочность судовых конструкций при локальных динамических нагружениях. JL, Судостроение, 1989, 200 с.

73. Жемойдо Ю.Г., Литонов O.E. Расширение эксплуатационных возможностей ППБУ на основе уточнения статистической модели оценки внешних воздействий. Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 2. НГТУ, Нижний Новгород, 1995, с. 63 69.

74. Иванов A.B., Куров Н.В. Исследование возмущающих сил, действующих на элементы полупогружной платформы на регулярном волнении. Вопросы судостроения. Сер. Проектирование судов, вып. 18, 1978.

75. Иванов A.B., Куликова А.Н. Экспериментальное исследование влияния поперечного клиренса и угла курса волны на качку полупогружных платформ. Сборник НТО СП им. акад. А.Н. Крылова, вып. 300. JL, Судостроение, 1979, с. 80 84 .

76. Иванов A.B. Качка полупогружной буровой установки типа "Aker" , ориентированной под произвольным углом к волнению. Вопросы судостроения. Сер. Проектирование судов, вып. 24, 1980, с. 3 -18.

77. Иванов A.B. Исследование гидродинамических сил, действующих на полупогружную буровую установку при установившемся дрейфе. Вопросы судостроения. Сер. Проектирование судов, вып. 24, 1980, с. 103 -109.

78. Иванов А. В., Рахманин Н. Н., Чечина С. В. Экспериментальное исследование мореходности свободной полупогружной буровой установки на крутых регулярных волнах. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Океа-нотехника 81". Севастополь, 1981, с.44.

79. Калиткин H.H. Численные методы. М., Наука. 1978. 512с.

80. Каменская Е.И. Сопротивление трения бортовой качке судов. Автореферат дисс. канд. техн. наук, ЛКИ, 1981.

81. Капустянский С.М., Марченко Д.В. Присоединённые массы полупогружной буровой платформы. Труды JIllH №361, JL, 1978, с. 70-73.

82. Комплекс "ПОИСК 3". Предельно допустимые смещения ППБУ. Расчет М3.00.00.000РР12. ПО "Баррикады". Волгоград, 1989. 45с.

83. Коноплёв В.А. О дифференциальном уравнении якорной цепи и его решении. Труды ЛКИ "Надводные технические средства освоения Мирового океана". Л., 1978, с. 31 -34.

84. Королёв В.А. К расчёту якорных цепей плавучих сооружений при наклонном угле акватории. Труды координационного совещания по гидротехнике. Вып. 66. Л., Энергия, 1971, с. 135 -144.

85. Короткин А.И. Присоединенные массы судна. Справочник. Л., Судостроение. 1986. 312с.

86. Короткин А.И., Рабинович О.Н., Ростовцев Д.М. Волновые нагрузки корпуса судна. Л.,Судостроение, 1987, 236с.

87. Костюков A.A. Взаимодействие тел, движущихся в жидкости. Л., Судостроение, 1972,310 с.

88. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М., Наука. 1973.832с.

89. Краснокутский И.Д. Метод расчёта удержания ППБУ с комбинированной системой позиционирования в море. Диссертация на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Горьковский политехнический институт. Горький 1985. 348 с.

90. Крутов В.И. Основы теории автоматического регулирования. М., Машиностроение. 1984. 368с.

91. Крутько П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем. М., Наука. 1987. 304с.

92. Крылов Ю.М. Спектральные методы исследования и расчета ветровых волн. Л., Гидрометеоиздат, 1966, 266 с.

93. Крылов Ю.М., Стрекалов С.С., Циплухин В.Ф. Ветровые волны и их воздействие на сооружения. Л., Гидрометеоиздат, 1976.

94. Ш.Кубланов Я.М., Рахманин H.H. К вопросу об угловом энергетическом спектре морского волнения. Теория волн и расчет гидротехнических сооружений. М., Наука, 1975, с. 67 75.

95. Куликова А.И. Теоретическое и экспериментальное исследование качки полупогружной буровой установки "Седко 135". Вопросы судостроения. Вып. 23. Л., Судостроение, 1980, с. 19 -31.

96. Кульмач П.П., Заритовский Н.Г. Статический расчет якорной системы плавучего сооружения с закреплёнными на цепях плавучестями. Материалы по обмену опытом НТО СП им. акад. А.Н. Крылова. Вып. 286, 1979, с. 120 -130.

97. Кульмач П.П., Заритовский Н.Г. Расчёт якорных связей с подвешенными грузами или плавучестями. Судостроение, № 9, 1979, с. 13 -15.

98. Кульмач П.П. Якорные системы удержания плавучих объектов. Л.: Судостроение. 1980. 336с.

99. JIanno Д.Д., Соколов A.B., Мищенко С.С., Каплун В.В., Миловидова

100. B.C. Расчетные формулы и графики для определения волновых нагрузок на обтекаемые преграды. Труды координационных совещаний по гидротехнике. Л., Энергия, 1972, вып. 75, с. 4-17.

101. Лещёв А.Г., Эделев O.K. Подводные комплексы нефтегазодобычи. Вооружение и техника. №3. Л., 1993, с. 5 9.

102. Литонов O.E. Оценка параметров распределений волновых нагрузок на плавучие сооружения. Судостроение, 1976, №11, с. 13-15.

103. Луговский В.В. Динамика моря. Л., Судостроение. 1976.200с.

104. Луговский В.В. Гидродинамика нелинейной качки судов. Л., Судострое-ние.1980. 256с.

105. Лукомский Ю.А., Чугунов B.C. Системы управления морскими подвижными объектами. Л., Судостроение. 1988. 272с.

106. Магнус К. Колебания. Введение в исследование колебательных систем. М., Мир. 1982. 304с.

107. Макарычев Н.К., Марченко Д.В. О маневрировании положением полупогружных буровых платформ (ПБП) с якорными системами удержания. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Технические средства изучения и освоения океана". Севастополь, 1981, с. 44 45.

108. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. В двух томах. М.: Мир, 1983. - Т. 1 - 312 е., Т. 2 - 256 с.

109. Марченко Д.В. Проектирование и расчеты систем заякорения плавучих объектов. Учебное пособие. Ленинградский политехнический институт. Л., 1977.

110. Мастушкин Ю.М. Управляемость промысловых судов. М., Легкая и пищевая промышленность, 1981, 232 с.

111. Меркин Д. Р. Введение в механику гибкой нити. М., Наука. 1980. 240с.

112. Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования. Л., Судостроение, 1989. 225 с.

113. Михаленко Е.Б. Определение гидродинамических характеристик качки плавучих полупогружных буровых платформ. Межвузовский сборник "Исследование морских гидротехнических сооружений для освоения шельфа".

114. Ленинградский политехнический институт. Л.,1980. с. 41-45.

115. Михаленко Е.Б., Мищенко С.М. Совершенствование методов оценки волновых нагрузок на сооружения континентального шельфа. III международная конференция «Освоение арктических морей России». Санкт-Петербург, 1997 г. Реферат доклада.

116. Молодожников А.Б. Исследование и методика расчёта качки заякоренных плавучих буровых установок на нерегулярном волнении. Диссертация на соискание уч. степени кандидата технических наук, ЛКИ, 1983.

117. Мореншильд В.А. Моделирование на аналоговой машине горизонтальных колебаний судна и явления «захвата» его волной. Экспериментальная гидродинамика судна. НТО им. акад. А.Н. Крылова. Вып. 226. Л., Судостроение, 1975. с. 107-115.

118. Небеснов В.И. Динамика судовых комплексов. Л., Судостроение, 1976. 279 с.

119. Некрасов В.А. Вероятностные задачи мореходности судов. Л., Судостроение. 1978. 304с.

120. Нечаев Ю.А. Остойчивость судов на попутном волнении. Л., Судостроение, 1978. 272с.

121. Обзор. Выбор и обоснование подводного устьевого оборудования для бурения в акваториях глубиной более 200 м. ПО "Баррикады". Волгоград, 1980. 125 с.

122. Олейник А.Я., Салтанов Н.В., Горбань В.А. Задачи прикладной гидромеханики гибких нитей в потоках. В кн.: Прикладные задачи гидромеханики. Сборник научных трудов. Киев. Наукова думка, 1981, с. 60

123. Отнес Р., Эноксон JI. Прикладной анализ временных рядов. Основные методы. М., Мир. 1982.428с.

124. Отчёт по НИР "Исследование поведения ППБУ с комбинированной системой удержания на взволнованном море". Научный руководитель Ваганов А.Б. Отв. исполнитель Краснокутский И.Д. Номер госрегистрации 0182.4054300. Инв. № 0287.0030226. Горький, 1986, 223 с.

125. Отчет по НИР "Исследование динамики и внешних нагрузок на судно -земснаряд при разработке грунта". Научный руководитель Ваганов А.Б. НГТУ. Нижний Новгород, 1993, 166 с.

126. Отчет по НИР "Исследование качки полупогружной буровой установки" . ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова , Вып. 31916, 1987. 23с.

127. Отчет "Определение гидродинамических коэффициентов присоединенных масс и демпфирования плавучих технических сооружений на основе результатов систематического экспериментального исследования". Болгарский институт гидромеханики. N 07-ЗК-81, 1981.

128. Палий О.М., Чувиковский B.C. Справочник по строительной механике корабля. Том 3. Л., Судостроение. 1982. 320с.

129. Паненко С.М. Поперечная качка земснаряда, стоящего на якорях. Труды ПНИИМФ "Мореходные качества судов". Вып. 153, 1972, Л., Транспорт, с. 95 106.

130. Панов А.Ю Динамика быстроходных судов. Автореферат дисс. на соискание ученой степени доктора технических наук. СПбГМТУ. С.-Петербург, 1997,40 с.

131. Першиц Р.Я. Управляемость и управление судном. Л., Судостроение. 1983. 272 с.

132. Понтрягин JI.C., Болтянский В.Г. и др. Математическая теория оптимальных процессов. М., Наука. 1983. 392с.

133. Постнов В.А. Численные методы расчета судовых конструкций. Л., Судостроение. 1977. 280с.

134. Потапов В.М., Феленковский И.В., Картамышев П.И. Плавучая полупогружная установка "Шельф -1", Судостроение, № 2, 1982, с. 7 11.

135. Правила классификации и постройки плавучих буровых установок. Регистр СССР. Л., Транспорт, 1983. 104 с.

136. Правила классификации морских передвижных установок. Позиционирование. Часть 6, глава 2 (Правила Норвежского классификационного общества). Перевод № 13042 89,1989. 46 с.

137. Представление для ГКНТ в Москве. Буровые суда с динамическим управлением положением и проспекты усовершенствований в глубокой воде. Бос Р.В. ГУСТО ИНЖИНИРИНГ К.В. Скидам, Нидерланды, 1987. 35 с.

138. Пындак В.И., Стуров В.А. Проблемы создания комплекса подводного устьевого оборудования для плавучих буровых установок. Сборник НТО СП им. акад. А.Н. Крылова. "Проблемы гидродинамики судов внутреннего плавания". Выпуск 282. Л.,1978, с. 163 170.

139. Пындак В.И., Строков В.Л. Гидропневматический привод как средство повышения эффективности систем периодического действия. Сборник НТО СП им. акад. А.Н. Крылова. "Проблемы гидродинамики судов внутреннего плавания". Выпуск 282. Л.,1978. с. 171 178.

140. Раус Э. Динамика системы твердых тел. Т.2. М., Наука. 1983. 544с.

141. Рахманин Н. Н. Статическая оценка переменных усилий в якорных цепях при удержании плавучего объекта на волнении. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Океанотехника 81", Севастополь, 1981, с.52-53.

142. Рахманин H.H. Бортовая качка судна, отсеки которого частично заполнены жидкостью. Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 1982.

143. Ремез Ю.В. Качка корабля. Л., Судостроение. 1983. 328с.

144. Ремез В.Ю. О криволинейном движении корабля по взволнованной поверхности моря. Сб. научн. тр. Ленингр. кораблестроит. ин-та. Л., ЛКИ, 1984, с. 67-73.

145. Ремез Ю.В. Поворотливость судов на волнении. П. 8.6 в кн. Васильева A.B. Управляемость судов. Л., Судостроение, 1989, с. 238 244.

146. Рукавишников С. Б. Автоматизированные гребные электрические установки. Л., Судостроение, 1976. -296с.

147. Ручкин Ю.Н. Эффективность эксплуатационных режимов судовых гидромеханических комплексов. Автореферат дисс. докт. техн. наук. С.Петербург, ГМА им. адмирала С.О. Макарова, 2000, 48 с.

148. Рыжов Л.М. Управляемость толкаемых составов. М., Транспорт. 1969. 128 с.

149. Светлицкий В.А. Механика гибких стержней и нитей. М., Машиностроение. 1978. 222с.

150. Светлицкий В.А. Механика стержней. В двух частях. М., Высшая школа. 1987. 624с.

151. Сердюченко А.Н. Исследование морского волнения с пакетной структурой в линейном приближении свободных потенциальных волн. Труды НКИ. Николаев, 1979, вып. 151, с. 55 -61.

152. Симаков Г.В., Шхинек К.Н. и др. Морские гидротехнические сооружения на континентальном шельфе. Л., Судостроение. 1989. 328с.

153. Слижевский Н.Б. Гидродинамика криволинейного движения судна. Диссертация докт. техн. наук. Л. 1982.

154. Соболев Г. В. Управляемость корабля и автоматизация судовождения. Л., Судостроение, 1980. 477с.

155. Соларев Н.Ф. Безопасность маневрирования судов и составов. М., Транспорт, 1980, 215 с.

156. Сретенский JI.H. Теория волновых движений жидкости. М., Наука. 1977. 818с.

157. Смирнов В. И. Курс высшей математики. Том 4. Часть 2. М., Наука, 1981. 548 с.

158. Технико-эксплуатационные качества судов смешанного плавания. Под ред. Видецкого А.Ф. М., Транспорт, 1974, 272 с.

159. Трунин В.К. Силы волнового дрейфа, действующие на неподвижные преграды, пересекающие свободную поверхность. Труды ЛКИ "Гидродинамика технических средств освоения океана", 1981.

160. Трунин В.К., Холодилин А.Н. Экспериментальная оценка сил, вызывающих дрейф судна на волнении. Материалы по обмену опытом НТО СП им. акад. А.Н. Крылова, Л., Судостроение, вып. 418,1984.

161. Трунин В.К. О структуре выражения для поперечно-горизонтальной возмущающей силы. Научно технический сборник Регистра СССР, Л., Транспорт, вып. 15, 1986, с. 32 -36.

162. Фаддеев Ю.И., Юй Сян-Сан. Исследование вязкостного демпфирования при колебаниях тел в жидкости применительно к бортовой качке судов. Материалы по обмену опытом. НТО Судпрома. Вып. 47. Л., 1963.

163. Фрейдзон И.Р. и др. Моделирование процессов стабилизации ПБУ и анализ законов управления ее движением. Судостроение № 5, 1983, с. 26-28.

164. Фрейдзон И.Р. Судовые автоматизированные электроприводы и системы. Л., Судостроение. 1988. 472с.

165. Халфин А.Ш. Воздействие волн на морские нефтегазопромысловые соору-^ жения. М., Недра. 1990. 310с.

166. Хаскинд М.Д. Методы гидродинамики в проблемах мореходности корабля на волнении. Труды ЦАГИ. М., 1947. вып.603. 74с.

167. Хаскинд М.Д. Гидродинамическая теория качки корабля. М., Наука. 1973. 328с.

168. Холодилин А.Н., Шмырев А.Н. Мореходность и стабилизация судов на волнении. Справочник. Л., Судостроение. 1975. 328с.

169. Холодилин А.Н. Стабилизация судна на волнении. Л., Судостроение. 1973. 230с.

170. Холодилин А.Н. Некоторые аспекты правил постройки морских платформ. k Межвузовский сборник научных трудов. Технические средства освоенияшельфа. Нижегородский политехнический институт. Н.Новгород, 1991.

171. Храмов А.В. Методика проведения полунатурных испытаний плавучих буровых установок. Труды ЛКИ. Л., 1983, с. 87 -92.

172. Черноусысо Ф.Л., Акуленко Л.Д., Соколов Б.Н. Управление колебаниями. М., Наука. 1980. 384с.

173. Юфа А.Л. Автоматизация процессов управления маневрирующими надводными объектами. Л., Судостроение. 1987. 288с.

174. Ben С. The Analysis of motion of Semisubmersible Drilling Vessels in Waves Si-ciety of Petroleum Engineers Journal, 1970, pp. 311 320.

175. Blocki W. Ship safety in connection with parametric resonance of the roll. Sliip-bilding , 1980, v. 27, № 306, pp. 36-53. Модель группы волн амплитудно модулированная гармоника.

176. Bullock G.N., Warren J.G. The wave induced motion of flexible cylinders. Behaviour of off-shore structures (BOSS 76), Proc. 1st. Int. Conf. Trondheim 1976, vol. 2, pp. 341 - 347.

177. Danfort L.J. Environmental constraints on Drill Rig configuration, Marine Technology , 1977, vol, № 3, pp. 244 264.

178. Denis M.S. On the motions of oceanic platforms. Ann 5-th OTC, Huston, 1973, p. 121 -142.

179. Deter D.R. SEDCO 445: Propulsion system for dynamic positioning Stages in the process from design to operation. - Interocean '1976; 3-rd International Conference and Exhibition for Ocean Engineering and Marine Sciences, 1976, pp. 579 - 596.

180. Grim O. A metod for a more precise computation on heaving pitching motions, both in smooth water and waves. Th. Sumposium of naval hudrodinamics, Schweningen, 1960.

181. Faltincen O.M. and Loken A.E. Slov Drift Oscillation of a Ship in Irregular Waves. «Applied Ocean Research», 1979, vol. 1, №1, pp. 21-31.

182. Hajime Ishida, Yuichi Iwagaki. Wave forces induced by irregular waves on vertical circular cylinder. Coastal Engineering, 1979, vol. 3, № 4, pp. 2393-2414. Модель нерегулярной волны в форме случайной гармоники.

183. Hooft J.P. A mathematical metod of detennining hydrodynamically induced forses on a semisubmersible. TSNAME, v. 79,1971, p. 28 63.

184. Jiang J., Lao G., Hu P. Predicion of motion of semi submersiblen drilling platform in waves. Acta oceanalsin., 4, №3, 1985, p. 477 - 489.

185. Kagemoto H., Jue D.K.P, Wave Induced Motions of Multiple Floating Bodies. ISNAofJ. v. 161, 1987.

186. Карппинен Туомо. Метод расчета стационарных сил второго порядка, действующих на полупогруженные конструкции. Диссертация д-ра техн. наук. Хельсинский технический университет. 1979. 132 с. (Всесоюзный центр переводов № ГГ86803).

187. Kato H. On the Frictional Resistance to the Rolling of Ships. Jornal of the Society of Naval Arcchitects of Japan, 1958, v. 102, p. 115.

188. Newman J.N. The Drift Force and Moment on Ships in Waves. Journal of Ship Res., 1967. V. 11. Nl.P 51-60.

189. Numata E. Assessment of Stability Requirements for Semisubmersible Units. The Society of Naval Architects and Marine Engineers TRANSACTIONS, Volume 84, 1976.

190. Paulling J.R., Hong Y.S., Chen H.H., Stiansen S.G. ANALUSIS OF SEMISUBMERSIBLE CATAMARAN TYPE PLATFORMS. «Proc. 9» Ann. Offshore Technol. Conf, Houston, 1977, vol. 4, pp. 135 - 144

191. Peyrot A.H. Statics and Dynamics of off-shore Cable and Flexible Pipe Systems. Revue de 1 instityt Francais du Petrole, 1980, vol. 35, № 5, pp. 833 848. Расчет систем трос - тело по методу МКЭ.

192. Pijfers J.G., Brink A.W. Calculated drift forces of two semisubmersible platfonn types in regular and irregular waves. Proc. 9th Ann. АТС, Houston, 1977, v. 4, pp. 155 - 164. Вычисление сил сноса ППБУ на регулярном и нерегулярном волнении.

193. Suhara Т., Tasai F., Mitsuyasi Н., Myton J., Tanaka E., Nakashima K., Sao K., Jndoka K. Predicion of motion and strength of floating marine structures in waves. Rep. of Res. Just. Of Appel Mech., v. 22,69, 1974, p. 15 45.

194. Tasai F. Hydrodinamic force and moment produced by swaing and rolling oscillation of Cylinders on the free surface. Rep. res. appl. mech. 1961, v. 35, p. 91 -119.

195. Yamura I. And Yamada S. Geometrical Study on the Positioning of Spread Moored Vessels.- Interocean 76,3 Int. Kongr. und Austel fur Meerestechnik. 1976, s.s. 403 416. Позиционирование ППБУ с помощью ЯС.

196. Ursell F. On the heaving motion of a circular cylinders. Quart. Journal mech. appl. math, 1949, v.2, p. 218-231.

197. Hsu F.H., Blenkarn K.A. Analisis of Peak Mooring Forces Caused by Slow Vessel Drift Oscillation in Random Seas / Paper 1159, O.T.C. Houston, 1970. p. 135150.

198. Pao H.P. Dynamical stability of a towed thin flexible cylinder .- J. Hydronautics, 1970, 4,4.

199. Roberts I.R. Nonlinear Analysis of Slow Drift Oscillations of Moored Vessels in Random Seas // Journal of Ship Res. 1981. V. 25. N 2. P. 130-140.

200. Salvesen N. Second-Order Steady-State Forces and Moments on Surface Ships in Oblique Regular Waves // International Symposium on the Dynamics of Marine Vehicles and Structures in Waves, London. 1974. p. 212-226.

201. Scop R.A., Choo Y. The configuration of a cable towed in a circular path. J. Aircraft, 1971, 8,11.

202. Taylor G. Analysis of the swimming of long and narrow animals. Proc. Roy. Soc., 1952, A214,1117.

203. Thompson K.D., Marrison D.F. The spacing, position and strength of vortices in the wake of slender cylindrical bodies at large incidence. J. Fl. Mech., 1971, 4.1. Дополнительная литература

204. Давыдов В.В., Маттес Н.В., Сиверцев H.H., Трянин И.И. Прочность судов внутреннего плавания. Справочник. М., Транспорт, 1978. 520 с.

205. Короткин Я.И., Ростовцев Д.М., Сивере H.JI. Прочность корабля. JI., Судостроение, 1974. 432 с.

206. Король А.Я. Вертикальная качка полупогруженного катамарана на продольном волнении. Научные труды ОИМФ. «Морские порты». Вып. 6. Одесса, 1973.

207. Семенов-Тян-Шанский В.В., Благовещенский С.Н., Холодилин А.Н. Качка корабля. JI., Судостроение. 1969. 392 с.

208. Салтанов Н.В. Гибкие нити в потоках. Изд-во «Наукова думка», Киев, 1974, 139 с.