Введение. 
Идентификация равновесного положения надводного корабля в условиях реального волнения

Объектом исследования данной работы является процесс идентификации равновесного положения надводного корабля в условиях реального волнения. Предметом исследования являются различные способы идентификации равновесного положения, а также сопутствующие данной теме вопросы. Цель — отыскать способы идентификации равновесного положения надводного корабля, а также ее настройки, наиболее точно удовлетворяющие заранее оговоренным критериям.

Основные методы исследования, используемые в данной работе — это методы математического, компьютерного моделирований и методы оптимизации.

Настоящее исследование актуально потому, что точное определение равновесного положения надводного корабля и подводной лодки в надводном положении в условиях реального времени и нерегулярного волнения невозможно. В то же время жизненно важным условием в борьбе за живучесть корабля является правильная оценка текущего равновесного положения судна, когда его плавучесть и остойчивость сильно изменяются, а существенное волнение затрудняет субъективную и объективную оценки о реальном пространственном положении судна.

Необходимость своевременного определения и прогнозирования равновесного положения иллюстрируется примерами гибели атомных подводных лодок К-8 проекта 627А «Кит» в 1970 году, К-219 в 1986 году и К-278 «Комсомолец» в 1989 году. Так, на АПЛ «Комсомолец» случился пожар. Большую часть времени в ходе борьбы за живучесть подводная лодка находилась в надводном положении. Командир корабля доложил, что, хотя пожар продолжается, он контролируется экипажем. Через 6.5 часов после начала аварии неожиданно для командира корабля подводная лодка с незначительных 2 градусов дифферента на корму за полчаса осела до 80 градусов, после чего стремительно затонула [1]. Эта катастрофа произошла из-за ряда ошибок, допущенных в ходе борьбы за живучесть корабля. Из-за аварии судно имеет осадку, отличную от равновесной, т. е. даже в отсутствии волнения углы крена и дифферента не равны нулю, а осадка не по конструктивную ватерлинию. При борьбе за живучесть корабля данное обстоятельство необходимо учитывать непрерывно. Затапливая аварийные отсеки, выравнивая крен или дифферент методом продувки балластных цистерн, следует иметь представление о том, как эти действия отражаются на изменении крена и дифферента судна. Для этого и необходимо совершенствовать методы идентификации равновесного положения корабля.

В приведенном выше примере фигурировала подводная лодка, а затопление произошло из-за отрицательного дифферента. В настоящей же работе заявлено изучение надводного корабля, а для надводного корабля, имеющего корпус удлиненной формы, а поэтому имеющего продольную остойчивость, значительно более высокую, нежели поперечную, первостепенно важно поддерживать надлежащую поперечную остойчивость, поэтому рассматриваться будет именно бортовая качка.

Моделирование для расчета равновесного положения надводного корабля при различных внешних условиях и различных типах аварий может быть либо натурное, либо математическое. Натурное моделирование проводится в опытовых бассейнах, либо в условиях реального волнения. Для этого строится подробная модель судна, иногда радиоуправляемая, и проводится её тестирование. Натурный подход связан с более значительными материальными и временными издержками относительно математического подхода. Полноценный натурный эксперимент в таких условиях практически невозможен. Постановка же модельного эксперимента кроме значительных материальных издержек, не дает гарантии удачного результата в силу присутствия масштабного эффекта и невозможности воспроизведения всего спектра внешних воздействий. В связи с этим, развитие математических методов для настройки процедуры идентификации равновесного положения несет с собой экономическую выгоду, при этом противопоставление их физическому эксперименту, как более надежному, не выдерживает серьезной критики.