here is English
Постановка вычислительных экспериментов в гидроаэромеханике с использованием цифровых ЭВМ опирается на использование конечно-разностных моделей, в которых значения гидродинамических параметров задаются в узлах расчетной сетки, расстояние между которыми никак нельзя назвать бесконечно малыми, соответственно, аппроксимированные гидродинамические поля в расчетных схемах не являются гладкими и непрерывными.
Новый математический аппарат, изначально ориентированный на решение задач гидромеханики в конечных разностях, позволяет не только корректно анализировать свойства
разностных аппроксимаций для дифференциальных уравнений в частных производных, но и является основой для комплексного изучения реологических свойств течения жидкости и может быть использован для постановки задачи и практической реализации вычислительных
экспериментов в гидромеханике.
В основу тензорного описания законов гидромеханики заложено расслоение вычислительных процессов по физическим параметрам, когда внешние силы и вызванные ими реакции определяются в разных тензорных базисах (системах координат). Инварианты и собственные векторы такого тензора связи между базисами определяют внутренние реологические свойства жидкой частицы, и факторы накопления (замыкания) внутри нее внешней энергии. Правила вычислительных операций в тензорном поле являются фундаментальными законами механики, которые дают строгое математическое описание реологических и динамических свойств течения.
В частности, в области течения жидкости, где происходит вырождение базисного тензора II-ранга, - в реальности может наблюдаться зарождение вихря, образование отрыва течения или кавитационной каверны. Соответственно, контроль обусловленности матрицы, образующей тензор свойств жидкости, может позволить не только обеспечить достоверность вычислительных экспериментов, но и выполнить своевременный переход к частным решениям, или - к другим, в том числе эмпирическим моделям.
Любопытно, что с помощью формальных тензорных законов, применяемых к “вязкому и сжимаемому эфиру”, легко описываются свойства элементарных частиц, в том числе участвующих во динамике внутриядерного взаимодействия вещества, с единых позиций определяются тепловые, электромагнитные, механические и гравитационные поля и принципы взаимодействия физических объектов.
Аппарат построения тензорных законов может быть использован для проектирования вычислительных моделей в явной (канонической) форме, что может обеспечить распараллеливание вычислительных процессов до уровня единичной частички жидкости, а также обуславливает возможность автоматической перестройки расчетных схем в зависимости от текущих гидродинамических или реологических свойств течения.
Трехмерная тензорная математики для вычислительных экспериментов в гидромеханике.
Метафизические основы математического определения фундаментальных законов гидромеханики.
Охотское море образует большую полузамкнутую акваторию, и является уникальным регионом для изучения приливного режима и режима течений.
Целью данной работы является создание математических моделей и реализация океанологического вычислительного эксперимента, способного моделировать реальный приливной режим и режим течений в Охотском море, а также выполнять упреждающие расчеты штормовых нагонов и цунами. В процессе работы изучаются свойства вычислительных моделей гидромеханики, анализируются эмпирические зависимости, характеризующие придонное трение, напряжение, создаваемое штормовым ветром и другие динамические и алгоритмические параметры вычислительных экспериментов.
В результате работы будут созданы и опробованы математические модели и их программные реализации, в которых будут учтены особенности моделирования гидродинамических процессов в Охотском море, и выработаны методики и критерии для прямого численного моделирования приливного режима в других полузакрытых морях.
Цунами относится к опасным морским явлениям, которое допускает возможность организации действий по эвакуации населения на побережье с заблаговременностью от нескольких минут до часов.
В гидродинамике цунами описывается как высокочастотный длинноволновой процесс, прямое численное моделирование которого требует огромных вычислительных ресурсов для удовлетворения аппроксимационных критериев.
В данной работе решается задача о комплексном использовании специализированных информационных систем и вычислительных экспериментов, которые должны адаптироваться под оперативную информацию, поступающую с постов наблюдения за состоянием моря, и работать в полном соответствии с регламентом действующей службы предупреждения об опасности цунами.
Буровые работы на Сахалинском шельфе выполняются в летний навигационный период. Осенью буровые платформы возвращаются в южную часть Охотского моря и на переходе рискуют
попасть под воздействие ураганных штормов. При усилении штормовой качки, капитан буровой платформы должен выработать оптимальное решение из противоречивых требований по уменьшению заливаемости верхней палубы или минимизации крена и ускорений
на бортовой и продольной качке.
Предлагается автоматизировать все штурманские расчеты, связанные с расчетами загрузки, остойчивости, посадки и параметров качки буровой платформы, подключить к штурманскому компьютеру датчики скорости и направления ветра, информацию от компаса и кренометров. Такой вычислительный комплекс позволит в автоматическом режиме контролировать условия безопасности штормового плавания и позволит в кратчайшие сроки просчитывать различные варианты загрузки СПБУ, которые будут способствовать уменьшению опасного воздействия штормового ветра и волнения.
Аналогичные режимы работы штурманского компьютера должны обеспечивать контроль устойчивости СПБУ стоящей на грунте, когда в процессе производства изменяются режимы загрузки так, что статическая устойчивость платформы может быть нарушена под воздействием течения, штормового ветра и волнения.
Штурманский информационно-вычислительный комплекс должен включать в себя компьютер, на который стекается информация от навигационных приборов: компаса, лага, эхолота, гирогоризонта, GPS и датчиков нагрузки
маршевых движителей; и от гидрометеорологического комплекса: температура воды и воздуха, скорость и направление ветра, характер волнения. В этом случае, с помощью вычислительных моделей могут быть идентифицированы параметры собственных колебаний
и остойчивости судна, с использованием предыдущих записей о режимах штормового плавания будут вырабатываться рекомендации о способах достижения максимальной скорости хода, минимизации качки и других мореходных качествах судна, по запросу вахтенного
штурмана.
Работа имеет важнейшее фундаментальное значение при изучении вопросов мореходности, позволит повысить уровень комфортности и безопасности мореплавания, увеличит эффективность эксплуатации судов в условиях штормового плавания.
История штормовой мореходности (от древности до наших дней). Научно-просветительское издание с мультимедийным приложением
Исследование мореходности корабля опираются на опыт реальной морской практики и осознанные “эксперименты” выполняемые на ходовом мостике, при управлении кораблем в различных режимах плавания. Работа состоит из трех частей:
1. Анализ исторических решений при проектировании наиболее мореходной формы корпуса корабля, сопоставление с современным опытом мореплавания и судовождения;
2. Комплекс аналитических исследований и вычислительных экспериментов, которые составляют теоретическую основу проектирования наилучшей по мореходным качествам формы корпуса корабля;
3. Комплекс мореходных испытаний в опытовом бассейне, когда для оценки критических режимов плавания, совместно со специальной подготовленной экспериментальной моделью были проведены испытания базовых моделей, по которым в мировой литературе имеются обширные сведения. В завершение экспериментов были выполнены испытания режимов безопасного плавания, в которых модель испытывалась на закритических для традиционного судна режимах плавания и аварийного штормования без хода.
Работа нуждается в повторении всех вычислительных экспериментов с использованием современной вычислительной техники, а также в детальном изучении экспериментальных записей на бумажных носителях, которые содержат разгонные и тарировочные кривые, показания тензометров, гировертикали и волнографов, полученных при выполнении комплексных испытаний в опытовом бассейне.
По результатам вычислительных экспериментов и опытовых испытаний были получены качественные выводы о возможности существенного улучшения мореходных качеств корабля, приспособленного к плаванию в штормовых условия, при этом, практически во всех режимах штормового плавания новая модель показывала существенное превосходство над существующими проектами формы корпуса корабля.
Исследовательская оптимизация формы корпуса корабля с согласованием требований к ходкости, мореходности и безопасности мореплавания.
Введение
Часть 1. Технико-исторический анализ мореходности корабля
Выполнение данной работы необходимо для технического совершенствования инструментальных средств, используемых в Морском отделе, Службе гидропрогнозов и Центре Цунами
Сахалинского УГМС.
Актуальность работы обусловлена тем, что существующая служба работает с использованием устаревших бумажных технологий, которые невозможно использовать для решения оперативных задач связанных с контролем обстановки на море.
В процессе автоматизации рутинных работ в морских отделах СахУГМС должны быть разработаны форматы данных и протоколы обмена оперативной информацией, которые в последующем могут быть использованы при выполнении океанологических исследований, в том числе по международным проектам.