Manewrowanie-opracowanie pytań.doc

(2519 KB) Pobierz

Rola teorii sterowania w manewrowaniu.manewrowanie jednostką ≈ sterowanie ruchem jednostki Matematyczna teoria sterowania, automatyka (z/bez udziału człowieka) - rozbudowany aparat matematyczny – całą problematykę tych dziedzin można zobaczyć w manewrowaniu, pomaga rozumieć proces manewrowania aby był bezpieczny (B) i Efektywny (E)Rola człowieka w manewrowaniu.Stan rozwoju nauki i techniki (tutaj np. urządzenia pomiarowe) jest zbyt słaby, aby w pełni zalgorytmizować manewrowanie, wiele zależy wciąż od człowieka (inteligencji, doświadczenia) i obserwacji wzrokowej – człowiek manewruje w miarę bezpiecznie, chociaż nie zawsze efektywnie, nie można opracować jeszcze uniwersalnego autopilota ( istnieją tylko do prostych rodzajów ruchu np. utrzymanie kursu). Definicje manewrowania.Manewrowanie – Wpływanie na urządzenie napędowo sterowe celem realizacji pożądanego ruchu.Krótki opis 5 problemów manewrowania.dlaczego taki ruch nas interesuje, a nie inny (kryteria B i E / doboru parametrów ruchu podczas przejścia z punktu A do B, ściśle ze stanu ruchu A do stanu ruchu B).Stan ruchu: pozycja (x, y) kurs (ψ), prędkości liniowe ( vx, vy) i kątowa (ωz), czasami jeszcze przyspieszenia (ax, ay, εz)jak uwzględnić dynamikę ruchu statku (bezwładność, inercję, charakterystyki manewrowe) – najlepsze możliwości daje opracowanie matematycznego modelu ruchów manewrowych jednostki opartego na hydrodynamice zjawisk – prace nad nim w toku,jak uwzględnić nieadekwatność modelu dynamiki (nie wszystko udało się rozpoznać z wystarczającą dokładnością i można zamodelować) – rada: należy dostosowywać się do aktualnych okoliczności tzn. uważnie obserwować stan ruch statku (wg wszystkich dostępnych źródeł informacji) czy jest po naszej myśli i ewentualnie reagować – rola sterowania ręcznego (jednakże wiedza nt.zjawisk konieczna, realną pomocą są na razie systemy predykcyjne/wspomagania decyzji nawigatora),jak uwzględnić niepewność znajomości warunków zewnętrznych (zakłóceń) – tj. zmian przestrzennych i czasowych wiatru, prądu, falowania, ukształtowania dna, itd. – brak odpowiednich czujników,jakie przyjąć kryteria (B i E) oraz algorytmy sterowania ( jak technicznie sterowac) – jednakże istnieją niekonieczne jednoznaczne rozwiązania w ramach zadanych kryteriów, stąd potrzeba wyboru strategii (planu, taktyki) spośród równorzędnych – np. które urządzenie wykorzystać, w jakiej kolejności, itd. – (uwaga: podobieństwo często pozorne, nie można zostawiać losowi, założenie kryteria niedoskonałe szczególnie w zakresie bezpieczeństwa, trzeba ustanowić dodatkowe kryteria.Problem wyboru parametrów ruchu.Dobór parametrów ruchu podczas przejścia z punktu A do B, ściśle ze stanu ruchu A do stanu ruchu B. Stan ruchu: pozycja, kurs, prędkość liniowa i kątowa, czasem przyspieszenie.Problem uwzględniania dynamiki jednostki w manewrowaniu.Najlepsze możliwości daje opracowanie matematycznego modelu ruchów manewrowych jednostki opartego na hydrodynamice zjawisk – prace nad nim w tokuProblem nieadekwatnej znajomości dynamiki.Trzeba dostosować się do aktualnych okoliczności tzn. uważnie obserwować stan ruchu statku.Problem niepewności warunków zewnętrznych.Zakłócenia typu zmiany przestrzenne i czasowe wiatru, prądu, falowania, ukształtowania dna, brak odpowiednich czujników do pomiaru.Problem kryteriów i algorytmów technicznej strony sterowania.Istnieje wiele rozwiązań wedle zadanych kryteriów, stąd potrzeba wyboru strategii.Relacja manewrowania do nawigacji.Manewrowanie wchodzi w zakres nawigacji (jest jej elementem) w mniejszym lub większym stopniu. Występuje na poszczególnych etapach podróży. Największe znaczenie ma na akwenie ograniczonym. (Manewrowanie – w ujęciu lokalne – tj. na poziomie technicznym).Znaczenie znajomości ogólnych zasad w manewrowaniu.Przedstawienie ogólnych zasad (cech jakościowych) wybranych manewrów, najczęstszych i prostszych (charakterystycznych jako pomoc przy wykonywaniu manewrów pośrednich), spotykanych w eksploatacji, powód – szczegółowe problemy manewrowania jw. oraz różnorodność typów i wyposażenia statków.Cztery elementy wiedzy i umiejętności w manewrowaniu.- dostępne źródła oddziaływań (sił) w dyspozycji nawigatora i potencjalne możliwości ich wykorzystania, - zgrubny sposób przeprowadzania manewru(jak, ile, kiedy) bez konkretów, obecny rozwój nauki (symulatorów manewrowych) umożliwia weryfikację takich zasad (nie zawsze działają)-badania trwają,- „czuć” ruch jednostki i dostosować się do aktualnych okoliczności, - środki ostrożności.Pojęcia sztuki manewrowania.Manewrowanie z praktycznego punktu widzenia jest wciąż bardziej sztuką(nag. ship handling - zawiera więcej aspektów praktycznych, np. co robić aby osiągnąć efekt) niż nauką (systematyczność i pewność wiedzy, ang. ship maneouvring – zawiera więcej aspektów teoretycznych, np. jak statek płynie po wpływem pobudzeń).Definicja sterowania obiektem.Czasowe kształtowanie wielkości wejściowej X (np. wychylenie steru δ, obrotu silnika n, skok śruby, itd.), które pozwala uzyskać pożądany przebieg czasowy wielkości wyjściowe Y.brak. Rola układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym.Możliwe typy sterowania realizowane w regulatorze.- klasyczne (tzw. koń pociągowy automatyki), - odporne (dobra jakość sterowania, przy zmianie dynamiki ruchu statku w pewnym przedziale problem doboru algorytmu sterowania)Pojęcie „trajectory tracking”.Śledzenie trajektorii stanu – duże błędy sterowania, jedno rozwiązanie, łatwość projektowania sterowników.Pojęcie „path following”Nadążanie za trajektorią środka ciężkości – nie interesuje nas czas, prędkość, małe błędy, wiele rozwiązań, trudność projektowania.Elementy oceny odległości.1. umieszczania odległości mostek-dziub oraz mostek-rufa na skrzydłach mostka 2. wyrażanie odległości do obiektów w jednostkach długości statku własnego 3. sektor cienia na dziobie i rufie.Elementy oceny prędkości.- problem kalibracji logów przy małych prędkościach i na płytkiej wodzie, - problem prędkości względnej wody i dna, - gdy potrzebna mała prędkość lepiej wpierw zatrzymać i potem ruszyć.Elementy oceny kursu i prędkości kątowej.Przy prędkości kątowej ocena jakościowa, subiektywna – poczucie prędkości kątowej niższe w odniesieniu do bliższych obiektów – wskaźniki prędkości kątowej – najkorzystniejsze.Elementy oceny dryfu.– prędkość większa to kąt dryfu mniejszy, - istotny przy wchodzeniu np. w główki falochronu, wykonywaniu zwrotów na bardzo ograniczonym obszarze.Ogólne zasady bezpieczeństwa w manewrowaniu.– wprowadzić właściwą organizację pracy, - eliminować problemy przekazu międzyosobowego, - zachowywać gotowość na awarię i nieprzewidziane okoliczności.Istota manewrów silnych (m.in. wzór).Krótkotrwałe uderzenie napędem na przód dla poprawy sterowności – rozpoczęcia utrzymania lub zatrzymania obrotu statku, bez względu na prędkość poruszania się, warunek manewru silnego – różnica między prędkością a nastawą telegrafu, nastawa > od prędkościPodstawowe własności kinematyki cyrkulacji.- „Najciaśniejsze” cyrkulacje dla tych samych prędkości ruchu uzyskuje się przy największym wychyleniu steru. Kąt wychylenia steru bezpośrednio wpływa na prędkość kątową. – Cyrkulacje przy tym samym wychyleniu steru lecz różnych prędkościach są porównywalne. Większa prędkość liniowa towarzyszy większej prędkości kątowej.Zasady przeprowadzenia manewrów silnych.– Przed wejściem w zakręt statek ma zredukować prędkość. - Wykłada się ster na burtę i chwilowo zwiększa się nastawę napędu. – Manewr silny kończy się w odwrotnej kolejności. Wpierw nastawa napędu, a potem samego steru.Definicja chwilowego środka obrotu.Chwilowy środek obrotu leży najczęściej po przeciwnej stronie niż miejsce przyłożenia sił sterujących.Położenie chwilowego środka obrotu.Położenie środka obrotu w kierunku dziobu – przy pokonywaniu zakrętów należy pamiętać, że rufa porusza się na większym promieniu.Praktyczne znaczenie chwilowego środka obrotu.W kanale lub w główkach falochronu poruszać się z kątem dryfu. Stałe wychylenie steru.Osiadanie statki na płytkowodziu – zjawisko i praktyczne podejście.Zmiana średniego zanurzenia względem początkowego poziomu wody – uważnie obserwować wskazania echosondy i gromadzić dane dla przyszłego wykorzystania.Pogorszenie zwrotności – charakterystyka i praktyczne rady.Wydłużenie średnicy cyrkulacji w skutek mniejszego spadku prędkości i mniejszej prędkości kątowej w porównaniu do wody głębokiej, wyraźnie obniża się kąt dryfu, ale przesunięcia czołowe na płytkowodziu i wodzie głębokiej są porównywalne. Na początku duże wychylenie steru i duże nastawy telegrafu do inicjacji zwrotu.Efekt brzegowy – przeciwdziałanie.Przy żegludze poza osią kanału bezpiecznym wychyleniem steru jest około 15° w kierunku bliższego brzegu.Rola prędkości manewrowej.Posiadanie nastawy CN daje możliwość niemalże natychmiastowego rewersu silnika, inaczej możliwość uszkodzenia.Praktyczne aspekty działania odbojnicy. Punktowy kontakt przy ukośnym podejściu – statek obraca się wokół punktu kontaktu – jest spełniona zasada zachowania momentu pędu, nie jest spełniona zasada zachowania energii kinetycznej.Cel manewrów MOB.Polegają na najdokładniejszym i najszybszym znalezieniu się w pozycji rozbitka, odpowiedniej redukcji prędkości czy ewentualnym zatrzymaniu statku w celu opuszczenia łodzi ratowniczej do jego podjęcia.Podział manewrów MOB (m.in. tendencje współczesne)– po pewnym czasie – pętla Williamsona lub Scharnowa, – przy akcji natychmiastowej – manewr pojedynczego zwrotu.Zadania kotwicy w manewrowaniu.–postój –włóczenie(poprawa zwrotności) –awaryjne zatrzymanie statkuPraktyka projektowania wyposażenia kotwicznego (informacje ogólne).Elementy urządzenia wyznaczane: masa kotwicy, wytrzymałość, kaliber łańcucha, długość łańcucha.Kryterium wyboru burty do rzucania kotwicy.Nawietrzność, równomierność zużycia, względy techniczne, łatwość hamowania.Czynniki wpływające na siłę trzymania kotwicy.Typ kotwicy, masa kotwicy, rodzaj gruntu, kąt między trzonem kotwicy a dnem.Siła trzymania gruntu i wpływ kąta nachylenia łańcucha kotwicznego.Hall – piasek 3,5xciężar, glina 2,5x AC 147 – piasek 7,0x, glina 12xWłasności dynamiczne linii łańcuchowej.Praca linii łańcuchowej jest korzystna: zapewnia właściwą elastyczność potrzebną przy obciążeniach dynamicznych, kosztem jest pewna swoboda w ruchu poziomym statku.Czynniki wpływające na kąt łańcucha przy dnie.Długości łańcucha i głębokości akwenu, rodzaju łańcucha, oddziaływań zewnętrznych. Długość łańcucha liczymy w szaklach – 27,5 m (pierwszy od kotwicy może być 15 m). Szakle łączy łącznik Kentera.Elementy oceny wymaganej długości łańcucha do bezpiecznego kotwiczenia– kąt łańcucha przy dnie 0° lub zbliżony, - w średnich warunkach pogodowych l/h ok. 4-6, - retrospekcjaOkreślanie obszaru łukowania.Prędkość statku podczas rzucania kotwicy (m.in. praktyczne rady)Małe statki do 1w, duże statki do 0,5w, bardzo duże statki do 0,2wTechnika klasyczna kotwiczenia.– statek możliwie nieruchomo względem dna: z hamulca (przez zwolnienie hamulca), z windy (przez popuszczanie na windzie, nie należy dopuszczać by łańcuch rozpędzał windę).Technika prostopadła – zwrot „U”.Podchodzenie z wiatrem/prądem: - prędkość około 6 w przy osiąganiu wysokości pozycji kotwiczenia 35° PB, po zainicjowaniu zwrotu maszyna stop, luzowanie na windzie kotwicy do wysokości tuż nad dnem, ok. 45° do wiatru (statek zatrzymany) wysprzęglić napęd windy i luzować łańcuch tylko pod ciężarem kotwicy, założyć i zablokować stoper.Technika prostopadła – metoda zastępcza– mała prędkość ok. 2w (początek luzowania na windzie), - prędkość 0w (dopuścić do kontaktu kotwicy z dnem), - wysprzęglić windę i luzować łańcuch z hamulca, - założyć i zablokować stoper. Zasady postoju na kotwicy.- gotowość napędu i steru(tylko trudne warunki), - włączenie radaru, - prowadzenie specjalnego zeszytu kontroli stanu zakotwiczenia.Zalety stawania na dwóch kotwicach.zmniejszenie obszaru łukowania, - zwiększenie siły trzymania.Różnice w postoju na dwóch kotwicach: kąt rozwarcia łańcuchów 0o oraz 180o.Rodzaje manewrów z holownikami.– prędkość podchodzenia równoległego wyznaczona wytrzymałością odbojnic, statek należy zatrzymać w odległości bocznej 0,5 – 1,0 B od burty do kei i rozpocząć dopychanie przez holowniki. – Liczba holowników jest ustalona przepisami portowymi – hol ze statku lub z holownika - wyznaczenie bezpiecznego miejsca przyłożenia holownika do burtySystem amerykański mocowania holownika.Ciągnięcie, hamowanie, sterowanie prędkością/kursem, sterowanie kursem, obracanie, ruch poprzeczny.Dostępne możliwości statkowe samodzielnego kontrolowania parametr dryfu.Pogorszona stateczność kursowa, uderzenia fali, kołysania boczne i wzdłużne, zalewanie pokładu, wynurzanie śruby, slamming, przyśpieszenie różnych punktów na statku, naprężenia konstrukcjiParametry falowania – wzajemne zależności.Metody wyboru momentu: - obserwacja kołysań bocznych, - częstości wchodzenia wody na pokład dziobowy, - wzrost poślizgu śrubyRedukcja prędkości statku na fali – naturalna i celowa (rysunek).Niebezpieczne dla jednostek krótkich i wolnych tj. gdy prędkość statku jest zbliżona do prędkości fali, ryzyko utraty sterowności w skutek obrotowego momentu hydrostatycznego od faliZachowanie statku na fali – zjawiska niepożądane, środki zaradcze.Naturalna pozycja statku prostopadle do fali, względnie małe kołysania przy zerowej prędkościWyznaczenie momentu rozpoczęcia sztormowania – krótka charakterystyka.Przy przechodzeniu przez rezonans należy ostrzec załogę i stosować dużą prędkość kątową (szybki zwrot, krótki czas) łatwiej zrobić z wiatrem

Przykład problemu wyboru trajektorii S.C. w manewrowaniu.

Dany manewr można wykonać na wiele sposobów, literatura przedmiotu stanowi pomoc, wskazówkę, nie zaś obligatoryjny standard. Pamiętać, że zawsze może być lepsze rozwiązanie i nie należy popadać w rutynę.

Relacja elementów sztuki manewrowania do zasad B i E

Uwagi szkoleniowe:- najpierw bezpiecznie (ostrożnie)- potem można optymalizować wg różnych kryteriów (czasami kompromis między B i E) np. skracać czas manewru, liczbę komend na ster i do maszyny, itd.

Schemat układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym.