Modeling of plane-parallel motion of a vessel based on a nonlinear dynamic system with varying parameters using the perturbation method and its experimental verification
- Authors: Soliakov O.V.1, Uvarova L.A.2
-
Affiliations:
- Russian University of Transport
- Moscow State University of Technology «STANKIN»
- Issue: No 116 (2025)
- Pages: 298-320
- Section: Vehicle control and navigation
- URL: https://journal-vniispk.ru/1819-2440/article/view/307009
- ID: 307009
Cite item
Full Text
Abstract
The analytical solution of a nonlinear dynamic system, which is a model of plane-parallel motion of a vessel, was obtained by the perturbation method. The solutions obtained allow us to take into account the influence of all the main parameters on linear and angular velocities. Small parameters are analyzed, the choice of which is determined by the specific parameters of the task. The influence of linear velocity on angular velocity due to the nonlinearity of the back is shown. The influence of the static moment on each of the velocity components is shown. The influence of salinity and temperature and, consequently, density on the parameters of the system and, as a result, on the speed of the vessel is considered. The effect of salinity is considered in the form of a piecewise constant function and a piecewise linear function. A modification of the solutions for velocities is shown, which must be done to clarify their values in different sections of the trajectory. An analytical and numerical method for modeling the plane-parallel motion of a vessel is proposed, taking into account the influence of heterogeneity of the water basin on the basis of hydrometeorological data. The obtained solutions can be used to automate the movement of a vessel along a limited fairway using an automatic control system.
About the authors
Oleg Vladimirovich Soliakov
Russian University of Transport
Email: solyakov1@yandex.ru
Moscow
Ludmila Aleksandrovna Uvarova
Moscow State University of Technology «STANKIN»
Email: Uvar1@yandex.ru
Moscow
References
- АБДУЛЛАЕВА З.М. Моделирование движения судна на мелководье по заданной траектории при переменной глубине // Вестник ДагГТУ: Технические науки. – 2017. – №1. – 10 с.
- БАСИН А.М. Ходкость и управляемость судов. – Л.: 1977. – 455 с.
- ВОЙТКУНСКИЙ Я.И., ПЕРШИЦ Р.Я., ТИТОВ И.А. Справочник по теории корабля. Л: Судостроение, 1978. – 382с.
- ГОЛИКОВ В.В., МАЛЬЦЕВ С.Э. Анализ вектора смеще-ния пути судна от ветра // Морской и речной транс-порт. №1, 2015. – С.29-35
- ГОФМАН А.Д. Движительно-рулевой комплекс и ма-неврирование судна. – Л.: Судостроение, 1988. – 360 с.
- КАМКЕ Э. Справочник по обыкновенным дифференци-альным уравнениям // Под ред. Э. Камке. – М.: Наука, 1976. – 576 с.
- КОСТЮКОВ В.А., МАЕВСКИЙ А.М., ГУРЕНКО Б.В. Математическая модель надводного мини-корабля // Инженерный вестник Дона. – 2015. – №3. – 18 с.
- КЛЮЕВА С.Ф., ЗАВЬЯЛОВ В.В. Синтез алгоритмов батиметрических систем навигации. – Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2013. – 132 с.
- ПАВЛЕНКО В.Г., АНФИМОВ В.Н., ВАГАНОВ Г.И. Су-довые тяговые расчеты // Под ред. В.Г. Павленко. – М.: Транспорт, 1978. – 216 с.
- ПАВЛЕНКО В.Г. Маневренные качества речных судов. – М.: Транспорт, 1979. – 184 с.
- ПЕЧЕНЮК А.В. Численное моделирование обтекания корпуса судна в условиях мелководья. – ООО «Digital Ma-rine Technology», 2005. – 10 с.
- СОЛЯКОВ О.В., СОКОЛОВ С.С., ЯКУНЧИКОВ В.В. Методическое обеспечение управления автономными надводными судами внутреннего водного плавания // Си-стемный анализ, управление и обработка информации. Известия ТулГУ. Технические науки. – 2024. – Вып. 9. – C. 393–401. – doi: 10.24412/2071-6168-2024-9-393-394.
- СОЛОВЬЕВ А.А. и др. Применение метода пропорцио-нальной навигации при решении задач судовождения // Вестник МГТУ. – 2022. – Т. 25, №4. – С. 400–408. – doi: 10.21443/1560-9278-2022-25-4-400-408.
- ТУПИКОВ В.А., ПАВЛОВА В.А., БОНДАРЕНКО В.А. и др. Способ автоматического обнаружения объектов на морской поверхности в видимом диапазоне // Изве-стия ТулГУ. Технические науки. – 2016. – Вып. 11, Ч. 3. – С. 105–121
- ТУМАШИК А.П. Расчет гидродинамических характе-ристик судна при маневрировании. – Л.: Судостроение, 1978. – 80 c.
- ЮДИН Ю.И. Идентификации математической модели судна. – М: Моркнига, 2015. – 157 с.
- ЮДИН Ю.И., СОТНИКОВ И.И. Математические моде-ли плоскопараллельного движения судна. Классифика-ция и критический анализ // Вестник МГТУ. – 2006. – Т. 9, №2. – С. 200–208
- ЮРКАНСКИЙ А.В. Исследование управляемости судов в условиях ветра и волнения. Автореферат дисс. … канд. техн. наук. – СПб, 2006. – 28 с.
- AUNG MYAT THU, EIEI HTWE, HTAY HTAY WIN Mathematical Modeling of a Ship Motion in Waves under Coupled Motions // Int. Journal of Engineering and Applied Sciences (IJEAS). – 2015. – Vol. 2, Iss. 12. – P. 97–102.
- CHEN, SHIGEAKI SHIOTANI, KENJI SASA Numerical ship navigation based on weather and ocean simulation // Ocean Engineering. – 2013. – Vol. 69. – P. 44–53.
- DONNARUMMA S.; MARTELLI M.; VIGNOLO S. Numer-ical models for ship dynamic positioning // "MARINE VI : Proc. of the VI Int. Conf. on Computational Methods in Ma-rine Engineering". – CIMNE, 2015. – Р. 1078–1088.
- EMRE UZUNOGLU Numerical and Experimental Study of Parametric Rolling of a Container Ship in Waves. Centre of Marine Technology. – Technical University of Lisbon, 2011. – 98 p.
- HENRY PETER PIEHL. Ship roll damping analysis / Genehmigte Dissertation Universität Duisburg-Essen. – Hamburg, 2016. – 178с.
- HINOSTROZA M.A. et al. Ship Movements’ Analysis In a Scale Model // 10th Congresso Nacional de Mecanica Ex-perimental, CNME, 2016. – 12 p.
- IBRAHIM R.A., GRACE I.M. Modeling of Ship Roll Dynam-ics and Its Coupling with Heave and Pitch. // Mathematical Problems in Engineering. – 2010. – Wayne State University, Detroit, USA. – 32 p.
- MERCIER M.J., VASSEUR R., DAUXOIS T. Resurrecting Dead-water Phenomenon // Nonlinear Processes in Geo-physics. – 2011. – Vol. 18 (2). – P. 193–208
- SOLYAKOV O.V., UVAROVA L.A., YA-KUNCHIKOV V.V. et al. Movement Based on a Semi-linear System of Differential Equations using the Perturbation Method // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Sci-ence. – 2021. – Vol. 666. – Int. Science and Technology Conference "Earth Science", 8–10 December 2020, Vladi-vostok, Russia. – 052087 – 6 p.
Supplementary files
