Maneuvering analysis of a vessel equipped with two azipods using its mathematical model

Abstract

Azimuth propulsion systems (azipods, screw-steering columns, SSC) are widely used on new types of vessels intended for the implementation of large-scale projects for the integrated development of the Northern Sea Route. The main way to study the operation of such vessels is their mathematical modeling with the inclusion in the model of both the hull of the vessel and the azimuth propulsion that it is equipped with. The model is complicated when the ship is equipped with not one but two azipods, which in the process of work affect each other in a certain way. During the study, a complicated model of a ship with the displacement of about 36 thousand tons, equipped with two azipods, has been considered. The hull is described using the model in displacements, the operation of each azipod is described using the algorithm of A. D. Gofman. When determining the base value of the stop of each azipod screw (before it is turned), the action curve of the Lammeren screw has been used. Further calculations related to the rotation of the azipods and changes in the flow around the propeller blades are based on the approximation of the curves given in the A. D. Gofman reference book. The computer study of the model (both the hull of the ship and each azipod) consists in the arbitrary maneuvering of the ship to obtain kinematic (linear and angular velocities) and power (forces and moments) characteristics. The results are presented in the form of a set of graphs and a number of conclusions made based on the analysis of the obtained model data. The simulation has been carried out using a software package performed by the authors in two software and computing environments (VB6 and MathCad) and registered by the Federal Service for Intellectual Property.

Азимутальные движители (азиподы, винто-рулевые колонки, ВРК) широко применяются на новых типах судов, предназначенных для реализации масштабных проектов по комплексному освоению Северного морского пути. Основным способом изучения работы подобных судов является их математическое моделирование с включением в модель как корпуса судна, так и азимутального движителя, которым оно снабжено. Модель усложняется, когда судно имеет два азипода, в процессе работы определенным образом влияющие друг на друга. В ходе исследования рассмотрена усложненная модель судна водоизмещением порядка 36 тысяч тонн, оборудованная двумя азиподами. Корпус описан с использованием модели в перемещениях, работа каждого азипода – с помощью алгоритма А. Д. Гофмана. При определении базового значения упора каждого винта азипода (до его поворота) применялась кривая действия винта Ламмерена. Дальнейшие расчеты, связанные с поворотом азиподов и изменением условий обтекания лопастей винтов, основаны на аппроксимации кривых, приведенных в справочнике А. Д. Гофмана. Компьютерное исследование модели (как корпуса судна, так и каждого азипода) состояло в произвольном маневрировании судна с получением кинематических (линейных и угловых скоростей) и силовых (усилий и моментов) характеристик. Результаты представлены в виде набора графиков и ряда выводов, сделанных на основании анализа полученных модельных данных. Моделирование произведено с помощью программного комплекса, выполненного авторами в двух программно-вычислительных средах (VB6 и MathCad) и зарегистрированного Федеральной службой по интеллектуальной собственности.