Автоматизация скоростных кораблей

Автор: Войтецкий В.В., д.т.н., профессор


Системы, разработанные, изготовленные и испытанные в ГУП «НПО «Аврора», успешно эксплуатируются более чем на 40 типах скоростных кораблей («Зубр», «Сивуч», «Молния», «Сокол», «Циклон», «Колхида», «Мираж» и др.).

Скоростные корабли - самый многочисленный класс кораблей флотов многих морских государств. Для малых скоростных кораблей в ГУП «НПО «Аврора» созданы перспективные автономные авторулевые, а также системы координированного управления скоростью хода, вертикальными рулями, управляемыми подводными крыльями и интерцепторами. Выше названные системы позволяют улучшить маневренные характеристики кораблей, обеспечить комфортные условия для личного состава при маневрировании кораблей на максимальных скоростях хода.

Применение автоматически управляемых интерцепторов и подводных крыльев на быстроходных кораблях обеспечивает снижение сопротивления корпуса на больших скоростях хода. На режимах, близких к глиссированию, снижение гидродинамического сопротивления существенно зависит от пространственного положения корабля. Ходовые и маневренные характеристики таких кораблей в значительной степени зависят от динамических свойств системы управления. Сложность создания и аналитических исследований алгоритмов стабилизации корабля относительно заданных значений по курсу, крену и дифференту обусловлены, прежде всего, нетривиальным математическим описанием пространства состояний на основе системы нелинейных дифференциальных уравнений с переменными параметрами и коэффициентами. Собственная устойчивость корабля зависит от скорости хода, и в критической точке перехода он становится неустойчивым. Взаимосвязь крена, дифферента, угловой скорости рыскания и скорости хода кораблей данного класса весьма значительна, что не позволяет раздельно решать задачи управления каждым из названных параметров. Результаты испытаний одной из первых систем стабилизации, проведенных в 2000-2001 годах, подтвердили существенное влияние дифферента на величину потребляемой мощности энергетической установки при больших скоростях хода. Улучшение управляемости и мореходности, а также повышение эффективности использования энергетической установки на кораблях такого типа может быть достигнуто системами координированного управления техническими средствами (управляющими органами), ответственными за движение объекта, в том числе рулями направления и интерцепторами.

Структура координирующей системы управления (КСУ) разработана на основе целевой функции, объединяющей подцели управления курсом, креном, дифферентом и скоростью хода. На верхнем уровне находится система управления пространственным движением корабля в целом, обеспечивающая, исходя из требований безопасности маневрирования, адаптацию параметров системы к условиям ветро-волнового возмущения и выработку ограничений на регулируемые угловые координаты движения. Верхний уровень КСУ призван решать целевые задачи, определяемые условиями эксплуатации, в том числе:

- обеспечение комфортных условий для экипажа;

- экономичность использования энергетической установки;

- быстрый разворот по курсу и маневрирование.

На втором уровне рассматриваются подчиненные верхнему уровню четыре подсистемы управления: курсом, креном, дифферентом и скоростью хода. Каждая подсистема управляет подчиненными ей техническими средствами и имеет собственные датчики пространственного положения, то есть имеет собственную локальную обратную связь.

Работа верхнего координирующего уровня эффективна при условии, если обеспечена наблюдаемость процессов управления. Управляющие задания для подсистем формируются на основе ситуационной (прогнозирующей) модели. Рассмотренный способ декомпозиции целей и, соответственно, исполнительных информационных средств использован при создании интегрированной системы управления (ИСУ) движением быстроходных кораблей ВМФ. Основное требование к аппаратурно-программному обеспечению заключается в достижении максимального быстродействия формирования управляющих заданий на перемещение интерцепторов при стабилизации крена и дифферента. Для этого в системе выбрана распределенная структура программно-аппаратных средств с параллельным решением задач управления.

Одна из важнейших составляющих ИСУ -интегрированная мостиковая система (ИМС) управления. Она - главное организующее звено в повседневной деятельности личного состава ходового командного пункта корабля. С ее помощью решаются задачи: управления кораблем и его техническими средствами в море; освещения и анализа ближней обстановки, кораблевождения, контроля безопасности плавания; маневрирования.

Автоматизация деятельности верхнего звена управления существенно повышает боевую эффективность и боевую устойчивость корабля. ИМС управления предназначена для:

- сбора, обработки и отображения информации о тактической обстановке;

- обеспечения кораблевождения с учетом навигационной безопасности плавания;

- управления кораблем по курсу и скорости, дистанционного управления и контроля основных параметров работы главной энергетической установки; - контроля за состоянием основных корабельных помещений, систем и комплексов;

- управления общекорабельными системами и действиями экипажа на ходу, при стоянке в базе и на незащищенных рейдах;

- обеспечения встраивания приборов, индикаторных устройств в отдельные, размещаемые в ходовом командном пункте, системы и комплексы корабля.

На основе унифицированных секций в составе ИМС сформированы автоматизированные рабочие места командира корабля, вахтенного по управлению двигателями (вахтенного офицера), рулевого по управлению рулевой машиной и интерцепторами. В автоматизированном режиме ИМС позволяет командиру корабля осуществлять контроль за:

- безопасностью кораблевождения и маневрирования;

- движением по маршруту в ходе выполнения боевого задания;

- состоянием корабля, состоянием и режимами работы корабельных систем и комплексов. В части функций вахтенного офицера ИМС выполняет задачи: - освещения ближней надводной обстановки в целях обеспечения безопасности плавания;

- выработки рекомендаций по изменению курса и скорости для расхождения с другими кораблями, для предотвращения столкновений или в других экстренных ситуациях;

- контроля за точным удержанием назначенного курса, скорости, места в ордере;

- управления двигателями и газотурбинной установкой с ходового командного пункта;

- наблюдения за подводной обстановкой при стоянках на незащищенных рейдах;

- контроля за состоянием и режимами работы главных двигателей;

- контроля за состоянием помещений корабля, пожарной и охранной сигнализации;

- управления общекорабельными системами.

ИМС помогает рулевому:

- удерживать корабль на заданной траектории;

- стабилизировать его на заданном курсе в адаптацией управления к волновому возмущению;

- стабилизировать крен и дифферент корабля с помощью кормовых автоматизирование управляемых интерцепторов;

- контролировать состояние технических средств рулевой машины и интерцепторов.

При помощи приборов и устройств ИМС обеспечивается выполнение следующих неавтоматизированных функций:

- предоставление информации о состоянии размагничивающего устройства, о длине вытравленной якорь-цепи;

- управление громкоговорящей связью и глобальной морской системой связи и безопасности;

- управление электросиреной, звуковой и световой сигнализацией, сигнально- отличительными огнями, авральной сигнализацией, а также наружным освещением и стеклоочистителями ходового командного пункта.

ИМС отвечает самым современным требованиям к интеграции верхнеуровневых средств управления и обеспечивает реализацию боевых свойств корабля по фактору управления. Основная конструктивная идея, реализуемая в ИМС, состоит в объединении оконечных средств отображения информации и органов управления системами, вооружением и техническими средствами корабля - в единую боевую систему. ИМС представляет собой мощный высокопроизводительный резервируемый вычислительный комплекс, способный обработать данные, полученные от различных источников информации.

Для информационного обеспечения личного состава ходового командного пункта интегрированная мостиковая система сопрягается с радиоэлектронным вооружением корабля по интерфейсам: РАL, MIL-STD, RS-232, RS-422, RS-485. В ИМС предусматривается отображение первичной радиолокационной (необработанной) и вторичной (обработанной) информации, а также картографической и телевизионной информации. Информация о тактической обстановке на автоматизированных рабочих местах ИМС отображается в формулярном виде.

В ИМС используются средства вычислительной техники зарубежных и российских фирм. Интегрированная мостиковая система управления отвечает основным требованиям системного подхода, обеспечивающего получение положительного качества системы, недостижимого при традиционном размещении на мостике простой совокупности средств и органов управления. ГУП «НПО «Аврора» готово разработать проектную документацию на ИМС управления и маневрирования под конкретный проект корабля, изготовить ее и поставить заказчику в согласованные сроки.

Статья: Автоматизация скоростных судов



Назад в раздел

Полная версия