Ocena nowego modelu manewrowania i uzyskanych wyników symulacji manewrowych

Na podstawie otrzymanych wyników symulacji oraz ich porównania z wynikami prób manewrowych modelu swobodnego moŜna stwierdzić, Ŝe modularny model matematyczny manewrowania moŜe być z sukcesem zastosowany dla przypadku statków z napędem azymutalnym.

Za poprawnością zastosowania modelu MMG do statków z napędem azymutalnym przemawiają takie argumenty jak:

o wartości sił generowanych na kadłubie uzyskane za pomocą wyraŜeń aproksymujących przedstawionych w Rozdziale 4 i uzupełnionych pochodnymi hydrodynamicznymi z Rozdziału 5, wykazują zadowalającą zbieŜność z siłami wyznaczonymi z prób na oscylatorze ruchu płaskiego,

o biorąc pod uwagę prostotę zapisu współczynników sił wzdłuŜnej i poprzecznej generowanych na pędniku azymutalnym przedstawionych w Rozdziale 6 oraz błąd aproksymacji tych sił, naleŜy uznać, Ŝe zaproponowany opis matematyczny jest wystarczający i moŜliwy do wykorzystania w procesie prognozowania charakterystyk manewrowych statków z napędem azymutalnym,

o współczynniki ssania i strumienia nadąŜającego wykazują zasadniczo stałą wartość, w całym zakresie badanych kątów dryfu, co jest informacją waŜną, biorąc pod uwagę bardzo duŜą zmienność tych współczynników dla dwuśrubowych statków z klasycznym układem śruba-ster, którą przedstawili m.in. Lee i Fujino (2003),

o współczynniki oddziaływań zastosowane do określenia dodatkowej siły poprzecznej i momentu generowanych na kadłubie zostały określone poprawnie, co potwierdzają porównania siły poprzecznej i momentu otrzymane metodą przybliŜoną i z badań modelowych,

o wyznaczony współczynnik prostowania dopływu pozwala na obliczenie rzeczywistego kąta dopływu wody do pędnika z wystarczającą zbieŜnością z wynikami pomiarów.

Jak zaprezentowałem w Rozdziale 8 wynikiem przeprowadzonych symulacji manewrowych są charakterystyki zwrotności wyraŜone próbą cyrkulacji oraz stateczności kursowej przedstawione w próbach węŜowych i próbie spiralnej. Wspomniane symulacje zostały przeprowadzone dla pochodnych hydrodynamicznych wyznaczonych przy dwóch prędkościach, jednej odpowiadającej prędkości rozpoczęcia manewru, tj. 0,851 m/s i drugiej równej 75% prędkości najazdu na manewr, tj. 0,638 m/s.

Zasadniczo lepszą zbieŜność wyników symulacji próby cyrkulacji z wynikami prób modelowych wykazują symulacje przeprowadzone dla pochodnych wyznaczonych przy prędkości rozpoczęcia manewru. Dla obydwu wariantów symulacji, normowane przez IMO parametry trajektorii ruchu środka cięŜkości są porównywalne z wynikami prób modelowych.

JednakŜe zarówno średnica taktyczna, jak i średnica cyrkulacji ustalonej wyznaczone dla

pochodnych uzyskanych przy prędkości 0,638 m/s duŜo bardziej odbiegają od wyników prób swobodnych, w tym średnica cyrkulacji ustalonej jest ponad dwukrotnie większa od średnicy cyrkulacji modelu swobodnego.

Natomiast prędkość wzdłuŜna modelu jest nieznacznie lepiej odwzorowana wynikami symulacji przeprowadzonymi dla pochodnych wyznaczonych przy prędkości 0,638 m/s.

JednakŜe przy tak duŜym spadku prędkości za jakościowo poprawne uznać moŜna wyniki obydwu wariantów symulacji.

Przebieg prędkości kątowej obrotu modelu otrzymany z symulacji dla pochodnych hydrodynamicznych wyznaczonych dla prędkości rozpoczęcia manewru jest zbliŜony do wyników prób modelowych. Prędkość kątowa wynikająca z symulacji dla pochodnych określonych przy prędkości 0,638 m/s jest niedoszacowana przy kącie dryfu modelu większym od 30º, co moŜe mieć związek z zakresem kątów dryfu modelu M737-I_s1 podczas prób statycznych na oscylatorze ruchu płaskiego i niedostatecznym opisem sił generowanych na kadłubie w dalszym zakresie kątów.

Kąt dryfu dla obydwu prędkości wyznaczania pochodnych jest zgodny z przebiegiem prób modelowych do kąta około 30º. W cyrkulacji ustalonej kąt dryfu jest jednak dla obydwu wariantów symulacji niedoszacowany. Podobnie jak w przypadku prędkości kątowej przyczyną moŜe być zbyt wąski zakres prób modelowych na oscylatorze ruchu płaskiego i brak opisu sił generowanych na kadłubie dla kątów większych od 30º.

Próba węŜowa z modelem swobodnym oraz symulacje numeryczne wykonane przy pomocy pochodnych hydrodynamicznych otrzymanych przy obydwu prędkościach potwierdziły niewystarczającą stateczność kursową modelu M737-I_s1. Zarówno w próbie 10/10, jak i w próbie 20/20 model nie spełnił kryteriów IMO dotyczących kątów przeniesienia.

W wynikach próby węŜowej 10/10 widoczna jest, dla obydwu prędkości wyznaczania pochodnych hydrodynamicznych, zbieŜność czasu zwrotności początkowej. Większe róŜnice pojawiają się w przypadku porównania kąta kursowego oraz prędkości obrotowej modelu.

Niemniej jednak z doświadczenia wiadomo, Ŝe statki z duŜą niestatecznością kursową są bardzo podatne nawet na niewielką zmianę warunków przeprowadzenia prób modelowych, stąd moŜna wnioskować, Ŝe wyniki dla obydwu prędkości wyznaczania pochodnych hydrodynamicznych są poprawne jakościowo i dają wystarczającą informację na temat stateczności kursowej modelu.

W przypadku próby węŜowej 20/20 widoczna jest nieznacznie lepsza zbieŜność wyników symulacji przeprowadzonych z uŜyciem pochodnych hydrodynamicznych wyznaczonych przy prędkości 0,638 m/s. JednakŜe wyniki symulacji dla obydwu prędkości są porównywalne i w zakresie normowanym przez IMO potwierdzają brak stateczności kursowej modelu M737-I_s1.

Wyraźnie widoczne w wynikach symulacji próby węŜowej, w przebiegu składowych poprzecznych sił generowanych na pędnikach, są tzw. obciąŜenia impulsowe (ang. spike loads). Są to skoki sił wywołane wychyleniem pędnika, szczególnie widoczne przy bardzo duŜej zmianie kąta. Poprawność charakteru przebiegu tych sił znajduje potwierdzenie m.in. w pracy, którą zaprezentował Woodward i inni (2009).

Podobnie jak w przebiegu prędkości kątowej obrotu modelu podczas próby cyrkulacji, takŜe w symulacji próby spiralnej widoczna jest duŜa zbieŜność wartości prędkości kątowej dla pochodnych wyznaczonych przy prędkości 0,851 m/s.

TakŜe w przypadku tej próby symulacje wykonane dla pochodnych wyznaczonych dla prędkości rozpoczęcia manewru okazały się bliŜsze wynikom z prób swobodnych, niŜ symulacje dla pochodnych wyznaczonych przy prędkości 0,638 m/s.

Biorąc pod uwagę przedstawioną ocenę uzyskanych wyników symulacji naleŜy stwierdzić, Ŝe stworzenie modelu matematycznego manewrowania, który pozwoliłby na przewidywanie ruchów statku wyposaŜonego w pędniki azymutalne w sposób dostatecznie wiarygodny i uŜyteczny w pracy inŜynierskiej na wstępnym etapie projektowania okazało się moŜliwe, co potwierdza postawioną na początku pracy tezę.