Control of the Pivot Point Position of a Conventional Single-Screw Vessel.

Abstract

The issues of using the pivot point concept for the control of a conventional single-screw vessel are considered. The relevance of the task lies in the need for a more accurate assessment of the vessel's trajectory and the necessary area for maneuvering, since conventional single-screw vessels have low maneuverability, and their share in the total number of vessels exceeds 85%. For manual maneuvering of the vessel, using the pivot point, it is important to know the position of the pivot point relative to a fixed point of the vessel’s hull. Traditionally, this point was the gravity center/middle frame of the vessel. The disadvantage of the existing approaches to the calculation of the pivot point position was the use of a simplified calculation scheme ”gravity center – pivot point”, which did not take into account the dependence of the pivot point position on the rotation center position. In previous works, the authors of this article proposed the “gravity center – rotation center – pivot point” calculation scheme, which made it possible to more accurately estimate the pivot point position, taking into account the position of the rotation center. In the refined scheme proposed by the author, the pivot point position was determined relative to the moving rotation center, which is not convenient for manual control. In this article, for a single-screw conventional vessel, a formula and graphs of pivot point position relative to a fixed point on the vessel’s hull (gravity center/middle frame) are obtained, for the refined calculation scheme “gravity center – rotation center – pivot point”. The obtained formulas and graphs of the pivot point position relative to a fix point (gravity center/middle frame) allow us to use them both for automatic and manual control of the vessel’s movement. Mathematical modeling of a single-screw conventional vessel movement in the closed circuit “Control object – Control system” was carried out for the two considered calculation schemes. The simulation results showed that the use of the refined calculation schem allows for a 23% more accurate assessment of the vessel’s trajectory and the required maneuvering area. Розглянуто питання використання концепції точки повороту для керування звичайним одногвинтовим судном. Актуальність завдання полягає в необхідності більш точної оцінки траєкторії судна та необхідної площі для маневрування, оскільки звичайні одногвинтові судна мають низьку маневреність, а їхня частка в загальній кількості суден перевищує 85%. Для ручного маневрування судном за допомогою точки повороту важливо знати положення точки повороту відносно нерухомої точки корпусу судна. Традиційно цією точкою був центр тяжіння/середня шпангоутна рама судна. Недоліком існуючих підходів до розрахунку положення точки повороту було використання спрощеної схеми розрахунку «центр тяжіння – точка повороту», яка не враховувала залежність положення точки повороту від положення центру обертання. У попередніх роботах автори цієї статті запропонували схему розрахунку «центр тяжіння – центр обертання – точка повороту», яка дозволяла більш точно оцінювати положення точки повороту з урахуванням положення центру обертання. У уточненій схемі, запропонованій автором, положення точки повороту визначалося відносно рухомого центру обертання, що не є зручним для ручного керування. У цій статті для одногвинтового звичайного судна отримано формулу та графіки положення точки повороту відносно нерухомої точки на корпусі судна (центр тяжіння/середня шпангоутова система) для уточненої розрахункової схеми «центр тяжіння – центр обертання – точка повороту». Отримані формули та графіки положення точки повороту відносно нерухомої точки (центр тяжіння/середня шпангоутова система) дозволяють використовувати їх як для автоматичного, так і для ручного керування рухом судна. Математичне моделювання руху одногвинтового звичайного судна в замкнутому контурі «Об'єкт керування – Система керування» було проведено для двох розглянутих розрахункових схем. Результати моделювання показали, що використання уточненої розрахункової схеми дозволяє на 23% точніше оцінити траєкторію руху судна та необхідну площу маневрування.