Title Enhanced station keeping analysis in early desig stage of offshore vessels : doctoral thesis Title (english) Rad ne sadrži naslov na drugom jeziku. Author Francesco Mauro Mentor Jasna Prpić-Oršić (mentor)Committee member Roko Dejhalla (predsjednik povjerenstva)Committee member Nelida Črnjarić-Žic (član povjerenstva)Committee member Nastia Degiuli (član povjerenstva)Granter University of Rijeka Defense date and country 2019-07-02, Croatia Scientific / art field, TECHNICAL SCIENCES Universal decimal classificationUDC ) 629.5 - Watercraft engineering Abstract In the early design stage, two different approaches are at disposal to perform Dynamic Positioning (DP) predictions: quasi-steady predictions or dynamic simulations. To carry out this kind of
calculations, typically the main issues are the thrust allocation and the position error estimation.
These topics are more related to control theory rather then to naval architecture. A detailed
analysis of the main aspects of DP from the hydrodynamic point of view leads to possible quality
improvement of early design stage DP predictions. Besides, evaluating DP ability combined
with seakeeping quality of the vessel will lead to a better determination of the real operability of
an offshore unit and will allow comparing possible design alternatives with the aim of selecting
the better configuration for a ship under design.
The purpose of this thesis is to enhance the standard DP evaluation procedures, giving more
importance to the hydrodynamic aspects involved in the determination of the station-keeping
ability of an offshore unit. A detailed definition of the environmental loads and the development
and implementation of enhanced thrust allocation procedures will allow not only to obtain reliable DP predictions but also to obtain indications how to improve the station-keeping ability
of a vessel. The final target of the research is the definition of a combined operability index
for an offshore vessel, considering both criteria related to station-keeping and ship motions.
The enhancements on environmental forces estimation together with a more detailed focus on
the propeller behaviour during DP operations leads to the determination of enhanced thrust
allocation procedures, suitable to study different thruster configurations for the same vessel.
The evaluation of a global operability index helps designers to rank different solutions, having a
multi-criteria vision on the DP thematic, including both station-keeping and seakeeping aspects.
Abstract (croatian) Za procjenu sposobnosti održavanja pozicije pomorskih objekata na raspolaganju su dva osnovna pristupa: kvazi-statička predviđanja i dinamičke simulacije dinamičkog pozicioniranja.
Pri izvođenju ove vrste proračuna obično se nameću dva ključna problema: procjena odstupanja
od željene pozicije i optimalna alokacija poriva. Te su teme više odnose na aspekte kontrole nego
na samo projektiranje broda te nisu vezane uz analizu njihanja broda na moru o kojoj ovisi operativnost plovnog objekta. Osim toga, tijekom procesa projektiranja pomorskog objekta, odabir
lokacije pojedinog propulzora uzduž trupa ne analizira se detaljno, već se određuje temeljem
iskustva projektanta i ograničenja unutarnjeg rasporeda. Kako bi se poboljšala kvaliteta preliminarnih izračuna vezanih uz dinamičko pozicioniranje i početna procjena operativnosti broda,
u radu se predlaže poboljšanje postupka procjene sposobnosti standardnog sustava dinamičkog
pozicioniranja. Pomoću učinkovitijeg alata za izračunavanje sposobnosti održavanja pozicije
broda na brodu moguće je istražiti i mogućnost korištenja izračuna parametara dinamičkog
pozicioniranja kao alata za projektiranje u ranijoj fazi. U tu se svrhu analiziraju dva moguća
problema. Prvo, koristeći izračun parametara dinamičkog pozicioniranja unutar procesa optimizacije, uz ograničenja uvjetovana samom lokacijom, može se odrediti položaj na kojem
propulzor ima maksimalnu učinkovitost. Drugo, izračun parametara dinamičkog pozicioniranja
kombinira se s izračunom pomorstvenih značajki u cilju definiranja značajki okoliša unutar kojeg plovni objekt djeluje kao i procjene njegove operativnosti s obzirom na aspekte zajedničkog
sagledavanja pomorstvenih značajki i dinamičkog pozicioniranja.
Za izvođenje predloženog istraživanja, prvo je bilo potrebno razviti alate za proračun kvazistatičkih predviđanja kao i onih u vremenskoj domeni. Zatim su se analizirala okolišna
opterećenja i ustanovile tehnike proračuna koeficijenata vanjskih opterećanja kao funkcije smjera
napredovanja. Razvijene su nove metode optimalne alokacije poriva koje koriste genetske algoritme kako bi se omogućila implementacija učinkovitijih modela za opis karakteristika propulzora. Genetski algoritam koristi se i za optimizaciju položaja propulzora uzduž trupa. Poboljšana predviđanja sustava dinamičkog pozicioniranja koriste se kako bi se pronašla sprega između graničnih vrijednosti njihanja dobivenih proračunom pomorstvenih značajki i sposobnosti sustava dinamičkog pozicioniranja. Istraživanja su pokazala da su kvazi-statičke metode procjene
sposobnosti dinamičkog pozicioniranja, uz adekvatne korekcijske faktore, najpogodniji alat za
korištenje u ranoj fazi projektiranja, pogotovo kada je potrebno provesti višestruke izračune.
Takvi izračuni mogu projektantu biti brzi pokazatelj sposobnosti sustava dinamičkog pozicioniranja te omogućiti usporedbu različitih rješenja. Usvajanje poboljšanih postupaka za procjenu
koeficijenata uslijed opterećenja vjetrom dovelo je do mogućnosti bolje procjene opterećenja
na nadvodni dio broda, posebice momenta zakretanja. Postupci koji koriste računarsku dinamiku fluida, validirani na eksperimentima, korisno su sredstvo za određivanje opterećenja
uslijed djelovanja struja i omogućuju proučavanje utjecaja parametara oblika trupa na strujna
opterećenja. Određivanje sile pomaka teorijom difrakcije daje veću fleksibilnost za određivanje
valnih opterećenja na različitim stanjima mora. Razvijen je novi algoritam alokacije poriva
temeljen na genetskom algoritmu koji omogućuje razmatranje sustava dinamičkog pozicioniranja u ekstremnim uvjetima i automatski, procjenjujući ukupnu apsorbiranu snagu s detaljnim
modelom propulzora, prepoznaje područja međudjelovanja propulzora. Optimalna alokacija
propulzora uzduž trupa može se odrediti primjenom genetskog algoritma, pri čemu se za isti
pomorski objekt utvrđuje stanje maksimalne sposobnosti s istom instaliranom snagom. Kao
konačni rezultat, u radu se predlaže ocjena operativnosti broda s novim razvijenim globalnim
indeksom operativnosti, koji se temelji na kritičnim krivuljama dinamičkog pozicioniranja i
njihanja koje se nanose na dijagram raspršenja stanja mora. Kritične krivulje dinamičkog pozicioniranja mogu se upotrijebiti za određivanje indeksa operativnosti dinamičkog pozicioniranja
koji je alternativa standardnim polarnim dijagramima sposobnosti dinamičkog pozicioniranja
koji se uobičajeno koriste u pomorskoj industriji. Ova dva indeksa omogućuju izravnu usporedbu
različitih projektnih rješenja u specifičnim radnim okruženjima, što omogućuje projektantima
da vrednuju projektne alternative pomoću poboljšanih alata za procjenu sposobnosti dinamičkog
pozicioniranja.
Keywords
dynamic positioning
offshore vessels
thrust allocation
genetic algorithm
propeller modelling
ship motions
operability
early design stage
Keywords (croatian)
dinamičko pozicioniranje
pomorski objekti
alokacija poriva
genetski algoritam
modeliranje propulzora
njihanje broda
operativnost
rana faza projektiranja
Language english URN:NBN urn:nbn:hr:190:960798 Promotion 2020 Study programme Title: Postgraduate university (doctoral) study Type of resource Text Extent XVIII, 222 str. ; 30 cm File origin Born digital Access conditions Open access Terms of use Repository Repository of the University of Rijeka, Faculty of Engineering Created on 2020-10-21 15:53:48
