Вестник МГТУ. 2019, Т. 22, № 4.

Введение Комплексное освоение Северного морского пути является составной частью национального проекта Российской Федерации, направленного на модернизацию и расширение магистральной инфраструктуры. Решение этой масштабной задачи невозможно без применения судов, способных работать круглогодично во льдах полярных широт. Для данных судов (различного назначения) характерны усиленные корпуса ледового класса и новые типы движителей - азиподы (винто-рулевые колонки). Их поворот вокруг вертикальной оси позволяет направить тяговое усилие в произвольном направлении и отказаться от руля, но при этом совершать более эффективные движения (например, движение кормой вперед). Особо эффективны движения судов с двумя азиподами. Для алгоритмизации расчетов, связанных с работой одного азипода, используются вычислительные схемы, например, схема А. Д. Гофмана (Гофман, 1988). Для систем с двумя азиподами приходится повторять эту схему дважды, выполняя ее для каждого азипода отдельно. Но даже такой способ позволяет учесть влияние одного азипода на другой за счет изменения условий обтекания второго азипода, если происходит поворот первого, и наоборот. В процессе расчетов определяются параметры потоков, обтекающих винт каждого азипода, с учетом координат (x, у) его расположения за корпусом. Моделирование работы двух азиподов усложняет графический интерфейс программы. Для каждого азипода создается джойстик, который позволяет управлять актуальной мощностью винта и поворотом азипода. Динамическое изменение этих параметров происходит согласно реальному темпу их изменения в судовой практике. Мощность переводится в уставные обороты винта, и далее они регулируются системой стабилизации оборотов. Поэтому к трем дифференциальным уравнениям плоского движения судовой модели (продольной, поперечной линейным скоростям, угловой скорости поворота судна) добавлены два дифференциальных уравнения вращения винтов в жидкой среде с учетом присоединенного момента инерции водных масс. С помощью такой модели исследуются также и системы стабилизации оборотов в переменных условиях маневрирования (например, в условиях циркуляции судна при действии ветра). Целью настоящего исследования является определение параметров движения судна, оборудованного двумя азиподами, посредствоммоделирования процессов его маневрирования. Анализ испытаний математической модели позволяет установить влияние одного азипода на работу другого. Дальнейшие исследования по данной тематике предполагают создание набора базовых испытаний, которые в максимальной степени раскроют возможности работы судна с двумя азиподами в рамках функциональных задач, поставленных перед конкретными типами судов. Материалы и методы Исследование проводилось с использованием программного комплекса моделирования управления судном, снабженным двумя винто-рулевыми колонками (азиподами), выполненного авторами в двух программно-вычислительных средах (VB6 и MathCad) и зарегистрированного Федеральной службой по интеллектуальной собственности1. Комплекс состоит из двух частей, первая из которых предоставляет удобный графический интерфейс, позволяющий для любого судна, корпусная модель которого уже рассчитана и расположена в базе данных, выбрать размеры акватории, начальное положение судна и запустить программу испытаний. Далее действия судоводителя состоят в управлении движителем посредством задания актуальной мощности, которая передается на винт каждого азипода, и поворота самих азиподов на произвольные углы по отношению к диаметральной плоскости (ДП) судна. Траектория судна при выбранных управлениях демонстрируется на поле акватории (рис. 1). В динамическом режиме в текстовых полях отображаются в широком спектре значения характерных кинематических и силовых параметров маневрирования. Темп решения можно ускорять до 64 раз и замедлять до 8 раз. Однако слежение за параметрами маневрирования в процессе моделирования все же сложно - их слишком много, а смысл имеет лишь их комплекс. Поэтому все параметры пишут в массивы в каждом цикле моделирования (шаге интегрирования системы дифференциальных уравнений), что позволяет в конце процесса маневрирования вывести необходимые параметры из массивов в соответствующие файлы, которые затем читаются и анализируются во второй части программного комплекса. На основе такого группового анализа результатов делаются содержательные выводы. Графическая часть интерфейса представлена на рис. 1: блок управления азиподами (справа вверху) на фоне акватории, на которой показана траектория судна с изображением положения ДП судна через каждые 10 с интегрирования. В качестве последнего маневра выполнялась циркуляция по часовой стрелке, поэтому работал только азипод левого борта 1 Программный комплекс моделирования управления судном, снабженным двумя винто-рулевыми колонками (азиподами) : св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ 2018666912, Рос. Федерация / Пашенцев С. В., Егоров В. Ю. № 2018664433 ; дата пост. 14.12.2018 ; дата регистрации 24.12.2018.