Modular simulation of ship dynamics in manoeuvring

Abstract

Αναπτύχθηκε δυναμικό μοντέλο, το οποίο προσομοιάζει τη συμπεριφορά και απόδοση του πλοίου κατά την εκτέλεση ελιγμών. Το μοντέλο αναπτύχθηκε σε περιβάλλον Matlab/Simulink και χρησιμοποιήθηκε σπονδυλωτή (modular) διαδικασία κατασκευής. Με αυτόν τον τρόπο κάθε υπό-μοντέλο είναι ανεξάρτητο και λειτουργεί ως δομικός λίθος ολόκληρου του συστήματος. Για κάθε υπό-μοντέλο χρησιμοποιήθηκαν σύγχρονες και περίπλοκες μέθοδοι προσομοίωσης από τη διεθνή βιβλιογραφία. Τα κύρια τμήματα είναι τα υπό-μοντέλο της αντίστασης, των υδροδυναμικών δυνάμεων, της έλικας, του πηδαλίου καθώς και της δυναμικής που μοντελοποιεί τις διαφορικές εξισώσεις της κίνησης. Το μοντέλο έχει και επιλογή προσομοίωσης της επίδρασης εξωτερικών συνθηκών όπως η αντίσταση λόγω ανέμων. Επίσης, περιέχει δύο πρότυπους ελιγμούς κατά ΙΜΟ, τον κύκλο στροφής και τον ελιγμό zig-zag. Μετά την ανάπτυξη του μοντέλου έγινε και αρχική επαλήθευση καθώς και εφαρμογή σε κάποια case studies. Η εφαρμογή έγινε για τα πλοία ESSO OSAKA, KVLCC και KCS. Σε σύγκριση με τα πειραματικά δεδομένα από τη βιβλιογραφία, τα αποτελέσματα του μοντέλου κρίθηκαν ικανοποιητικά.

Adynamic model was developed, that simulates the behavior and performance of ship's maneuvering. The model was developed in programming environment of Matlab / Simulink and used modular building process. In this way each sub-model is independent and acts as a building block of the entire system. For each sub-model there were used complex and up to date simulation methods. The main sections are sub-model of resistance, the hydrodynamic forces, propeller, rudder and the dynamics model including the differential equations of motion. The model has simulated the effect of some external conditions such as wind resistance. It also includes two IMO standard manoeuvres, turning circle and maneuver zig-zag. After developing the model it was verified and some simulation were conducted on some case studies. The application was for ships ESSO OSAKA, KVLCC and KCS. Compared with the experimental data from literature, the model results were considered satisfactory.