Моделирование экстренного торможения судна

1.

1
Автор работы: А.М.Ахметжанова
Руководитель: А.А.Равин
Дипломная работа
МОДЕЛИРОВАНИЕ
ЭКСТРЕННОГО ТОРМОЖЕНИЯ
СУДНА

2.

«ТИТАНИК»
15 апреля 1912 г.
2

3.

3
Последствия
столкновения
судов
active
passive

4.

4
ОБЪЕКТ МОДЕЛИРОВАНИЯ −
танкер ледового класса,
оснащённый малооборотным
дизельным двигателем, винтом
регулируемого шага и системами
управления в соответствии с
классом автоматизации А1.
НОМИНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА
Параметр
Дедвейт
Мощность двигателя
Обороты двигателя
Скорость
Шаг ВРШ
Обозначение
D
Ne
n
V
H
Размерность Значение
тонн
47000
кВт
8350
об/мин
127
узлы
14,5
м
0,9

5.

5
Момент винта М
Синал ДАУ ГД
Блок формирования
ограничительных
характеристик
Регулятор частоты
вращения
Базовая модель рабочих
процессов МОД
Внутренние
Внешние
параметры
параметры
Подача топлива
Атмосферные условия
Синал ДАУ ВРШ
Модель системы управления
Обороты двигателя
Мощность двигателя
Удельный расход топлива
Цикловая подача топлива
Температура и давление воздуха
в продувочном ресивере
Температура и давление газа за ГТН
Обороты газотурбонагнетателя
Механизм изменения шага винта
Угол установки
лопастей ВРШ
Ne
n
Модель характеристик ВРШ
Упор винта P
dV
m
= P-R
dt
Сопротивление R
R=f(V,Ψ)
Скорость
судна V
Обводы
корпуса Ψ
Структура
компьютерной
модели судна
с дизельным
двигателем (МОД)
и винтом
регулируемого
шага (ВРШ)

6.

6
РАБОЧЕЕ ОКНО МОДЕЛИ
Панель
настроек
Укрупнённый
фрагмент
акватории
вокруг
судна
Главный
двигатель
(МОД) и его
параметры
Модель
акватории
Рабочая
характеристика
дизеля
Модель
пульта
управления

7.

7
СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ ДАУ
Положение
командных органов, %
-100
Шаг винта Н, м
-0,9
Частота вращения
дизеля n, об/мин
-127
-80
-60
-40
-20
-0,72 -0,54 -0,36 -0,18
101
76
50
0
0
20
40
60
80
100
0
0,18
0,36
0,54
0,72
0,9
0
0
50
76
101
127

8.

8
ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ ДАУ
0
5
10
-0,90 -0,60 -0,30
Частота вращения
дизеля n, об/мин
-127
Шаг винта, м
Шаг винта Н, м
-92
-64
15
20
25
30
35
40
0
0,23
0,52
0,80
0,87
0,90
-13
63
112
127
127
127
Н
n
1,2
120
0,9
90
n
60
0,6
Н
0,3
30
0
0
-0,3
-30
-0,6
-60
-0,9
-90
-1,2
-120
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Время с момента перекладки командных органов, с
Частота вращения двигателя, об/мин.
Время, с

9.

9
Переходные процессы в режиме изменения шага винта:
+100% → -100%
Ne,%
30
100
0
75
250
50
64
25
16
0
20
40
60
80
100
n,%

10.

9
Переходные процессы
в режиме изменения
шага винта:
+100% → -100%
H, n, Ne, V, %
110
100
90
80
H
70
Ne,%
n
60
30
100
0
50
Ne
40
75
V
250
30
50
64
20
10
Т, с
0
1
2
4
8
16
32
64
128
256
-80
25
16
0
20
40
60
80
100
n,%
H
-90
-100
H - шаг винта;
n, Ne - частота вращения и мощность двигателя;
V- скорость судна;
T- время
Перемещение рабочей точки
на характеристике дизеля
(числа у точек соответствуют
времени в секундах от начала
торможения)

11.

Переходные процессы в режиме изменения шага винта:
+100% → -75% (слева) и +100% → -85% (справа)
H, n, Ne, V, %
110
H, n, Ne, V, %
110
n
100
100
90
90
80
n
80
Ne
70
70
60
60
V
50
V
Ne
50
H
40
40
30
30
20
20
10
10
Т, с
0
8
16
32
64
-80
Т, с
0
128
8
-60
-70
H
16
32
64
128
-70
H
-80
185 с
-90
H
168 с
H - шаг винта; n, Ne - частота вращения и мощность
двигателя; V- скорость судна; T- время, с
10

12.

11
Вычисление выбега судна:
Результаты моделирования торможения судна
путём перекладки лопастей ВРШ
Режим изменения
шага винта
+100% → -100%
+100% → -85%
+100% → -75%
Время
Выбег, м
торможения, с
256
960
168
630
185
700
Результаты моделирования торможения судна
путём реверса главного двигателя
Режим реверса
двигателя
+100% → -100%
Время
Выбег, м
торможения, с
425
1250

13.

12
ВЫВОДЫ:
1. Торможение судна перекладкой лопастей ВРШ оказалось
более выгодным, чем торможение реверсом главного
двигателя (дизеля).
2. Для сокращения времени торможения и выбега судна следует
выбирать режим, уменьшающий влияние перегрузки винта и
двигателя по моменту. Это позволяет увеличить полезную
работу двигательно-движительного комплекса на стадии
активного торможения.
3. В частности, для данного судна предпочтительным оказался
режим изменения шага винта «+100% → -85%».
4. Имитационное моделирование систем ДАУ и пропульсивного
комплекса судна оказалось достаточно эффективным
способом выбора рациональных алгоритмов управления
судном в экстренных ситуациях.

14.

13

15.

ОТВЕТ НА ЗАМЕЧАНИЕ РЕЦЕНЗЕНТА