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Математическая модель для исследования расхода топлива в различных эксплуатационных режимах судна с колёсным движительно-рулевым комплексом..pdf

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Управление, моделирование, автоматизация
??? 629.1.07:51-74
??? 39.455-042:22.183.5
?. ?. ???????, ?. ?. ???????, ?. ?. ???????
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА
В РАЗЛИЧНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМАХ СУДНА
С КОЛЁСНЫМ ДВИЖИТЕЛЬНО-РУЛЕВЫМ КОМПЛЕКСОМ
L. S. Grosheva, V. I. Plyushchaev, I. S. Polyakov
MATHEMATICAL MODEL FOR STUDY OF FUEL CONSUMPTION
IN VARIOUS OPERATIONAL MODES OF THE VESSEL
WITH WHEELED PROPULSION-STEERING COMPLEX
???????? ?? ???????? ??????? ???????? ????? ?? ?????????? ????? ??? ????????????
?????. ?????????? ?????????????? ?????? ????????? ?????? ? ??????? ?????????????? ????????? ? ????????? ????? ? ???????? ???????????-??????? ?????????? «????», ??????????? ??????? ?????? ??????? ? ????????????? ???????????????? ?????. ?????? ????
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???????? ?????: ?????? ???????, ????? ? ???????? ??????????, ????????????? ???????? ?????.
Monitoring of fuel consumption is one of the most pressing problems in the operation of the
fleet. Mathematical model of the complex corpus ? power energy plant ? propeller of the vessel
with wheeled propulsion-steering complex "Sura", allowing connection of the fuel consumption
with the dynamic characteristics of the vessel is proposed. The model gives an opportunity to
evaluate the value of fuel consumption under different operating conditions (acceleration and deceleration, maneuvering of the vessel, subject to external perturbations) at the design phase. The results achieved by modeling fuel consumption dependence on regimes of the vessel movement, allow us to make a conclusion about the adequacy of the proposed approach.
Key words: fuel consumption, vessel with paddle wheels, modeling of the dynamics of the vessel.
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ISSN 2072-9502. Вестник АГТУ. Сер.: Управление, вычислительная техника и информатика. 2014. № 1
? dn1
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? ? dn2 + n = f (t ,U ) n ;
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2
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3 ? n = 0,4333 1/?; 4 ? n = 0,4 1/?; 5 ? n = 0,3666 1/?; 6 ? n = 0,3333 1/?; 7 ? n = 0,3 1/?; 8 ? n = 0,2666 1/?;
9 ? n = 0,2333 1/?; 10 ? n = 0,2 1/?; 11 ? n = 0,1666 1/?; 12 ? n = 0,1333 1/?; 13 ? n = 0,1 1/?;
14 ? n = 0,0666 1/?; 15 ? n = 0,0333 1/?; 16 ? n = 0,0167 1/?; 17 ? n = 0,0083 1/?
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Управление, моделирование, автоматизация
????????????? ????????? ?????? ???. 1 ???????????? ????????? ?? ??????????????
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V = 2,3562n ;
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k11 = 8920,5 n 6 ? 18425n5 + 12241n 4 ? 3360,5n 3 + 424,7 n 2 ? 41, 4n ? 0,5;
k21 = 10386n 5 ? 9994,7 n 4 + 2677,5n3 ? 170,6n 2 + 16,035n 2 ? 0,12;
k31 = ?1410,5 n 4 + 1672, 2n 3 ? 356, 26n 2 + 28, 409n ? 0, 201195.
? ???? 2 (2,3562n ? V < 6, 2833n) ???????? ??????? Pk (n, V) ??????????? ?????????
?k = k12V 2 + k 22V + k 32 ,
??? ???????????? ????? ????????? ????????:
k12 = ?27,061n 2 + 26,044n + 0,017;
k 22 = 347, 6 n 3 ? 320,13n 2 ? 4,1368 n + 0, 7271;
k32 = ?1398, 6 n 4 ? 1284,9 n 3 ? 5,5684 n 2 + 0, 2396 n ? 0,0023.
? ???? 3 (V ? 6,2833n) ???????? ???????? ?????????????? ??? V = 6,2833n:
Pk = ?282,89n 4 + 301,65n 3 ? 19,81n 2 + 4,8n ? 0,0023.
????? ???????, ????? ??????????? ??? ??????????? ????????, ???????????? ???????
???????, ????? ??????????? ? ????
?k11V + k21V + k31 ??? V < 2,3562n,
?
Pk (n, V ) ? k12V 2 + k32V + k32 ???V < 2,3562 ? V < 2, 2833n,
?
4
3
2
??282,89n + 301,65n ? 19,81n + 4,8n ? 0,0023 ??? V ? 6, 2833.
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ISSN 2072-9502. Вестник АГТУ. Сер.: Управление, вычислительная техника и информатика. 2014. № 1
? ???????????? ?????? ??? ???? ??????-??????????? (? ?????? ????????????? ???????)
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+ P1 = Pk (n1 ,V );
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+ P2 = Pk (n2 ,V ),
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(3)
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+ G2 =
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Управление, моделирование, автоматизация
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? dG1
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+ G1 = 0,001 (6,6725 ? e ?0,0046?n? ? 1k ? ? 52 ? e ?0,00255?n? 1k +
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?0,0046? n? 2 ? P2 k ?
?0,00255? n? 2 P2 k
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? ? D dt + G2 = 0,001 (6,6725 ? e
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P2 k
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?+ (0,0002n? 2 ? 0,5263? 2 + 578,7)) 0,8 + G0 .
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dG 2
P
? P ?
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+ G 2 = 0 , 0 0 1 ( 6 , 6 7 2 5 ? ? ? 0 ,0 0 4 6 n? 2 ? 2 k ? ? 5 2 ? ? ? 0 ,00 2 5 5 n? 2 2 k +
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ISSN 2072-9502. Вестник АГТУ. Сер.: Управление, вычислительная техника и информатика. 2014. № 1
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1. ?????? ?. ?. ?????? ???????????? ???????????? ?????? ??????? ????????? ????? ? ??????????? ???????? / ?. ?. ??????. ?????? ????????: ?????, 2009. 154 ?.
2. ???? ?. ?. ?????? ?????? ??????? ??????? / ?. ?. ????, ?. ?. ??????. ?????????: ??????????,
1963. 484 ?.
3. ??????? ?. ?. ??????????? ???????? ???????? ?????? / ?. ?. ???????, ?. ?. ??????? / ?????????????????. 1996. ? 2.
4. ??????? ?. ?. ????????????? ???????? ????? ? ???????? ???????????-??????? ??????????
? ?????? ????????? ??????????? / ?. ?. ???????, ?. ?. ???????, ?. ?. ???????? // ?????. ????????. ???.
????. ??-??. ???.: ??????? ??????? ? ??????????. 2013. ? 2. ?. 21?26 .
REFERENCES
1. Platov A. Iu. Metody operativnogo planirovaniia raboty rechnogo gruzovogo flota v sovremennykh usloviiakh [Methods of operational planning of the work of the river cargo fleet in modern conditions]. Nizhny
Novgorod, Volzhskaia gosudarstvennaia akademiia vodnogo transporta, 2009. 154 p.
2. Bruk M. A., Rikhter A. A. Rezhimy raboty sudovykh dizelei [Operational modes of marine diesel engines]. Leningrad, Sudpromgiz, 1963. 484 p.
3. Grosheva L. S., Pliushchaev V. I. Operativnyi kontrol' nagruzki dizelia [Operational control of diesel
load]. Dvigatelestroenie, 1996, no. 2.
4. Grosheva L. S., Pliushchaev V. I., Solov'ev D. S. Modelirovanie dinamiki sudna s kolesnym dvizhitel'no-rulevym kompleksom s uchetom vetrovogo vozdeistviia [Modeling of the dynamics of vessel with
wheeled propulsion-steering complex with the consideration of wind effect]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Morskaia tekhnika i tekhnologiia, 2013, no. 2, pp. 21?26.
?????? ????????? ? ???????? 9.10.2013
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ISSN 2072-9502. Вестник АГТУ. Сер.: Управление, вычислительная техника и информатика. 2014. № 1
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Грошева Людмила Серафимовна ? Волжская государственная академия водного
транспорта, Нижний Новгород; канд. техн. наук; доцент кафедры «Радиоэлектроника»;
[email protected]
Grosheva Lyudmila Serafimovna ? Volga State Academy of Water Transportation,
Nizhny Novgorod; Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor of the Department
"Radioelectronics"; [email protected]
Плющаев Валерий Иванович ? Волжская государственная академия водного транспорта, Нижний Новгород; д-р техн. наук, профессор; зав. кафедрой «Радиоэлектроника»;
[email protected]
Plyushchayev Valeriy Ivanovich ? Volga State Academy of Water Transportation, Nizhny
Novgorod; Doctor of Technical Sciences, Professor; Head of the Department "Radioelectronics"; [email protected]
Поляков Илья Станиславович ? Волжская государственная академия водного
транспорта; аспирант кафедры «Радиоэлектроника»; [email protected]
Polyakov Ilya Stanislavovich ? Volga State Academy of Water Transportation, Nizhny Novgorod; Postgraduate Student of the Department "Radioelectronics"; [email protected]
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