МОДЕЛЮВАННЯ ВОДНОЇ ПОВЕРХНІ В УМОВАХ МОРСЬКОГО ХВИЛЮВАННЯ НА ОСНОВІ ВЕЙВЛЕТ-ПОДІБНИХ ФУНКЦІЙ
DOI:
https://doi.org/10.17721/2519-481X/2024/84-03Ключові слова:
моделювання поверхні, морське хвилювання, вейвлет-функції, хитавиця судна, кільова хитавицяАнотація
Оцінка морехідності суден є важливим етапом їх проектування. Дане поняття визначається комплексом властивостей судна, серед яких невід’ємними складовими є режим його хитавиці, оцінка можливості виникнення явища слемінгу, а також заливання палуби, а також розгону гребного гвинта. Усі ці явища є достатньо небезпечними, а одним із основних факторів, що їх визначають, є характеристика водної поверхні, на якій знаходиться судно. При наявності відомостей про цю поверхню стає можливим проведення прямого динамічного моделювання поведінки корпусу судна на хвилях із подальшою оцінкою перелічених складових морехідності. Таким чином, актуальною є розробка способів завдання хвильової поверхні для проведення моделювання поведінки корпусу судна на ній.
Традиційним підходом вважається апроксимація хвильової поверхні суперпозицією гармонічних залежностей, таких як рівняння плоскої хвилі. при цьому не враховуються реальні властивості морських хвиль, які є обмеженими по ширині (у поперечному перерізі), а також не утворюють періодичної картини. Для наближення моделі хвильової поверхні до її реальної форми доцільно перейти до використання вейвлетів замість гармонічних функцій. Вейвлети мають основну центральну ділянку, що фактично еквівалентна морській хвилі, а також невеликі крайові осцилюючі ділянки. Для зменшення впливу цих бокових ділянок в роботі запропоновано використання піднесення традиційної вейвлет-функції до степеня (більше одиниці), що дозволяє майже повністю позбутися цих ділянок при значенні показника степеня не більше 3-4. Одновимірні функціональні залежності запропоновано об’єднувати у двовимірні структури, що при умові завдання різних за модулем хвильових чисел (тобто довжин хвиль по різним осям координат) дозволяє створювати реалістичні картини морського хвилювання.
В роботі реалізовано програмний продукт, що дозволяє отримання динамічних анімацій поширення хвиль, створених на основі запропонованих функціональних залежностей. Отримані результати можуть бути корисними при моделюванні режимів руху корпусу судна на хвилях з використанням заспокоювачів хитавиці та для оцінки їх ефективності.
Посилання
1. Acanfora, M. and Balsamo, F., 2020. The smart detection of ship severe roll motions and decision-making for evasive actions. Journal of Marine Science and Engineering, 8, p.415. Available at: https://doi.org/10.3390/jmse8060415.
2. Гайша, О.О., Онищенко, О.А. and Гайша, О.О., 2024. Аналіз якості функціонування системи нечіткого управління заспокоювачем хитавиці реактивної дії. Збірник наукових праць ВІ КНУ імені Тараса Шевченка, (83), pp.27-33.
3. Гайша, О.О. and Гайша, О.О., 2016. Структура даних для представлення інформації про хвильову поверхню навколо судна. Збірник наукових праць ВІ КНУ імені Тараса Шевченка, (52), pp.7-12.
4. De Luca, F., Pensa, C. and Pigazzini, R., 2023. Experimental assessment of planing hulls added resistance in regular waves. Journal of Marine Science and Engineering, 11, p.141. Available at: https://doi.org/10.3390/jmse11010141.
5. Nielsen, U.D., Brodtkorb, A.H. and Sørensen, A.J., 2019. Sea state estimation using multiple ships simultaneously as sailing wave buoys. Applied Ocean Research, 83, pp.65-76. Available at: https://doi.org/10.1016/j.apor.2018.12.004.
6. Вагущенко, Л.Л., Вагущенко, А.Л. and Заичко, С.І., 2005. Бортові автоматизовані системи контролю мореходності. Одеса: Фенікс.
7. Mukhlas, M., Mohd Zaki, N.I., Abu Husain, M.K., Syed Ahmad, S.Z.A. and Najafian, G., 2021. Numerical formulation based on ocean wave mechanics for offshore structure analysis – a review. Ships and Offshore Structures, 17, pp.1-12. Available at: https://doi.org/10.1080/17445302.2021.1937880.
8. Smeltzer, B.K., Æsøy, E. and Ellingsen, S.Å., 2019. Observation of surface wave patterns modified by sub-surface shear currents. Journal of Fluid Mechanics, 873, pp.508-530.
9. Bhatia, M., Das, N., Dutta, P. and Chattopadhyay, H., 2023. Numerical analysis on the seakeeping performances of a full-scale container ship hull using strip theory. Physics of Fluids, 35(11), p.114106. Available at: https://doi.org/10.1063/5.0172626.
10. Jeschke, S., Skřivan, T., Müller-Fischer, M., Chentanez, N., Macklin, M. and Wojtan, C., 2018. Water surface wavelets. ACM Transactions on Graphics, 37(4), pp.1-13.
11. Chernyshov, P., Vrećica, T., Nauri, S. and Toledo, Y., 2022. Wavelet-based 2-D sea surface reconstruction method from nearshore X-band radar image sequences. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 60, Art no. 511131. Available at: https://doi.org/10.1109/TGRS.2022.3155352.
12. Chen, Z., Zhang, B., He, Y., Qiu, Z. and Perrie, W., 2015. A new modulation transfer function for ocean wave spectra retrieval from X-band marine radar imagery. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 33(5), pp.1132-1141.






