Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.
Rosnąca popularność pojazdów autonomicznych wywołała znaczne zainteresowanie badaniami w przemyśle morskim, w szczególności w zakresie rozwoju morskich autonomicznych statków nawodnych (MASS). Podstawowym wymogiem MASS jest zdolność do podążania wcześniej ustaloną ścieżką na morzu, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak przeszkody, głębokość wody i manewrowość statku. Jakiekolwiek odchylenie od tej ścieżki, na przykład z powodu niekorzystnych warunków pogodowych, stwarza poważne ryzyko, takie jak kolizja, kontakt lub wejście na mieliznę. Pożądane jest zatem, aby autonomiczne statki posiadały mechanizm skutecznego przeciwdziałania odchyleniom.
Obecne metody oceny wydajności autonomicznych statków w zakresie podążania ścieżką opierają się jednak na uproszczonych matematycznych modelach statków. Niestety, modele te nie są w stanie uchwycić skomplikowanych interakcji między kadłubem, śrubą napędową, sterem i zewnętrznymi obciążeniami statków, co prowadzi do niedokładnych szacunków wydajności podążania ścieżką.
Ponadto, w odpowiedzi na opracowany przez Międzynarodową Organizację Morską wskaźnik projektowania efektywności energetycznej w celu zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych, Komitet Ochrony Środowiska Morskiego przedstawił wytyczne w celu określenia minimalnej mocy napędu wymaganej do utrzymania manewrowości statku w niekorzystnych warunkach pogodowych.
W świetle tych wytycznych i potrzeby oceny wydajności podążania ścieżką, międzynarodowy zespół naukowców, kierowany przez adiunkta Daejeonga Kima z Wydziału Badań Konwergencji Nawigacji na National Korea Maritime & Ocean University, niedawno zbadał wydajność podążania ścieżką MASS przy użyciu swobodnie działającego modelu obliczeniowej dynamiki płynów (CFD) w połączeniu z systemem naprowadzania w linii wzroku (LOS), przy niskich prędkościach w niekorzystnych warunkach pogodowych.
„Zastosowaliśmy model CFD oparty na w pełni nieliniowym, niestacjonarnym solverze Naviera-Stokesa z uśrednianiem Reynoldsa, który może uwzględniać efekty lepkości i turbulencji oraz rozdzielczość swobodnej powierzchni krytyczną dla problemów związanych z podążaniem za ścieżką, umożliwiając lepsze przewidywanie wydajności podążania za ścieżką” – wyjaśnia dr Kim. Ich odkrycia zostały udostępnione online 25 września 2023 r. i opublikowane w tomie 287, część 2 czasopisma Ocean Engineering 01 listopada 2023 r.
Zespół zastosował analizę opartą na CFD na popularnym modelu kontenerowca KRISO wyposażonym w autonomiczny system naprowadzania LOS. Niekorzystne warunki pogodowe zostały zamodelowane jako zakłócenia od dziobu, belki i ćwiartki fal morskich, a te trzy przypadki zostały zbadane przy trzech różnych prędkościach, aby zidentyfikować wpływ prędkości do przodu na wydajność podążania ścieżką.
Symulacje wykazały, że statek doświadczył odchyleń oscylacyjnych we wszystkich trzech przypadkach. W przypadku fal dziobowych i belkowych odchylenia te zmniejszały się wraz ze wzrostem mocy napędu. Co ciekawe, w przypadku fal ćwiartkowych wpływ mocy napędu na odchylenia był znikomy. Dodatkowo, na reakcje statku na kołysanie i przechył duży wpływ miał kierunek padających fal. Co więcej, we wszystkich trzech przypadkach amplitudy przechyłu były stale poniżej 1,5°. Zespół nie był jednak w stanie ustalić skuteczności zwiększenia prędkości w poprawie wydajności podążania ścieżką.
Opracowując implikacje tych ustaleń, dr Kim powiedział: „Proponowany model oparty na CFD może stanowić cenny wkład w poprawę bezpieczeństwa autonomicznej nawigacji morskiej. Co więcej, może on również stanowić niedrogą alternatywę dla eksperymentów swobodnych w skali modelowej lub prób morskich w pełnej skali”.
Podsumowując, niniejsze badanie stanowi podstawę do analizy wydajności MASS przy niskich prędkościach w niekorzystnych warunkach pogodowych i może pomóc w zapewnieniu bezpieczniejszej autonomicznej nawigacji morskiej.
Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.