Mathematical model of the dynamics of a hydrofoil vessel as a complex technical system

Abstract

Определена структура единой среды моделирования, состоящая из трёх блоков: блок, где задаются или формируются значения исследуемых параметров, влияющие на выходные показатели судна, как объекта моделирования, блок представляющий собой ядро единой среды моделирования и блок, где формируется совокупность тех или иных показателей, подлежащих анализу. Определена математическая модель динамики возмущенного движения СПК, при этом использованы следующие системы координат: земная прямоугольная горизонтальная правая, связанная с судном прямоугольная правая и вспомогательная нецентральная прямоугольная правая. Определены основные допущения математической модели. Представлены уравнения динамики судна на подводных крыльях в общем виде и определены силы и моменты, действующие на судно на подводных крыльях в крыльевом режиме движения. Гидродинамические силы и моменты, возникающие на каждом из крыльевых устройств, определены расчетным путем. Работа движителей моделируется заданием среднего упора, направленного по оси вала движителя и параллельного диаметральной плоскости судна. В модели динамики предусмотрена возможность задания аэродинамических сил и моментов, действующие на СПК в крыльевом режиме. Разработана математическая модель электрогидравлического привода, состоящая из суммирующего устройства, электрогидроусилителя и силового интегрирующего привода, охваченных общей обратной связью по положению и скорости перемещения, а также модель системы управления движением, которая является одной из важнейших подсистем СПК, формирующей алгоритмы управления, поступающие на входы ЭГП соответствующих ИО, расположенных на несущих поверхностях КУ. При решении некоторых задач, связанных с проектированием СПК и его технических систем, особенно для получения оценочных значений фазовых координат судна на начальных этапах проектирования или решения специальных задач, разработана линеаризованная система дифференциальных уравнений объекта. The structure of a unified modeling environment has been determined, which consists of three blocks: a block where the values of the studied parameters are set or formed, which affect the output indicators of the vessel as an object of modeling, a block that is the core of a unified modeling environment and a block where a set of certain indicators is formed. analysis. A mathematical model of the dynamics of the disturbed motion of the SPK was determined, with the following coordinate systems used: earth rectangular horizontal right, rectangular right connected to the ship and auxiliary off-center rectangular right. The basic assumptions of the mathematical model are determined. The equations of the dynamics of a hydrofoil ship in general form are presented and the forces and moments acting on a hydrofoil ship in the wing mode of motion are determined. The hydrodynamic forces and moments arising on each of the wing devices are determined by calculation. The operation of the propellers is modeled by setting the middle stop directed along the axis of the propeller shaft and parallel to the diametral plane of the vessel. The dynamics model provides for the possibility of setting aerodynamic forces and moments acting on the HFV in the wing mode. A mathematical model of an electrohydraulic drive has been developed, consisting of a summing device, an electrohydraulic amplifier and a power integrating drive, covered by a general feedback on the JJposition and speed of movement, as well as a model of a motion control system, which is one of the most important subsystems of the SPC that forms control algorithms entering the EGP inputs of the corresponding EUT located on the bearing surfaces of the KU. When solving some problems related to the design of the HFV and its technical systems, especially for obtaining the estimated values of the phase coordinates of the vessel at the initial stages of design or solving special problems, a linearized system of differential equations of the object was developed.