Mathematical modelling of the ship transfer from a turn of a given radius to a straight line

Abstract

This paper describes a mathematical model of unsteady curvilinear motion of a vessel on a river bend. The main components of the model are dimensionless angular and linear velocities, drift angle at the vessel's centre of mass, heading, advance and transfer of the vessel's centre of mass and roll angle. The proposed mathematical model in combination with the control algorithm allows to obtain the following parameters: the rudder angle of the steady circulation (turn), the angle of manoeuvre commencement anticipation, the rudder angle to the side opposite to the turn, if necessary, the time of rudder delay and the angle of checking helm. These parameters are necessary for transferring the vessel from a curvilinear path of a given radius to a straight line. Before commencement of calculations using the proposed model and control algorithm, the parameters of the vessel motion on the steady circulation (turn) are calculated. These parameters include dimensionless angular and linear velocities, control shifting angle, drift angle, roll angle. The results obtained from the calculations can be incorporated into the control system of fully autonomous vessel, as well as into ship simulators.

Keywords: curvilinear vessel motion, control algorithm, rudder angle, turning radius, drift angle, anticipation angle, holding angle, linear velocity, autonomous vessel

References

Великанов П.Г., Артюхин Ю.П. Математическая модель движения колесного судна. Часть I //Экологический вестник научных центров черноморского экономического сотрудничества. 2025. №29. С. 18-28. DOI: https://doi.org/10.31429/vestnik-22-1-18-28.

Юдин Ю.И., Пашенцев С.В. Коррекция математической модели движения судна с помощью обученной нейросети //Морские интеллектуальные технологии. 2024. №4-1(66). С. 29-40. DOI: https://doi.org/10.37220/MIT.2024.66.4.003.

Ивановский Н.В. Новый способ построения математической модели маневрирования морского судна //Вестник керченского государственного морского технологического университета. Серия: морские технологии. 2024. №3. С. 49-57.

Амбросовская Е.Б. Упрощенные математические модели для судовых систем управления движением //Морские интеллектуальные технологии. 2024. №3-1(65). С. 156-165. DOI: https://doi.org/10.37220/MIT.2024.65.3.037.

Марьясов Г.В., Шарлай Г.Н. Математическая модель движения судна при предусмотренной посадке на мель //Вестник Государственного Университета Морского и Речного Флота им. Адмирала С.О. Макарова. 2024. №3. С. 363-369. DOI: https://doi.org/10.21821/2309-5180-2024-16-3-363-369.

Пашенцев С.В. Нейронные сети как инструмент совершенствования математической модели движения судна //Вестник МГТУ. Труды Мурманского Государственного Технического Университета. 2023. №4. С. 472-488. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2023-26-4-472-488.

Оськин Д.А., Бочарова В.В., Осипов С.В. Математические модели динамики судов, оснащенных винторулевыми колонками //Вестник Астраханского Государственного Технического Университета. Серия: управление, вычислительная техника и информатика. 2023. №3. С. 124-132. DOI: https://doi.org/10.24143/2072-9502-2023-3-126-132.

Петрова А.М., Данилов К.Н., Гамс А.В.2, Бочарова В.В. Моделирование прямолинейного движения безэкипажного судна //Молодежь. Наука. Инновации. 2023. Том 1. С. 331-334.

Тихонов В.И. Основы теории динамической системы судно–жидкость. Н. Новгород: ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2007. 262 с.

Хвостов Р.С. Методика обработки теоретического чертежа для определения характеристик эквивалентного аналога судового корпуса //Вестник ВГАВТ. 2011. №29. С. 47-51.

Тихонов В.И., Хвостов Р.С. Эквивалентный аналог судового корпуса и его характеристики //Вестник ВГАВТ. 2011. №29. С. 40-47.

Тихонов В.И., Бажанкин Ю.В., Осокин И.М., Мухин А.В. Способ оценки поперечных усилий, развиваемых движительно-рулевым комплексом, по результатам циркуляционных испытаний судна //Научные проблемы водного транспорта. 2023. №77(4). С. 252-263. DOI: https://doi.org/10.37890/jwt.vi77.440.

Бажанкин Ю.В. Метод аналитического определения скорости судна на установившейся циркуляции //Современные проблемы науки и образования. 2012. №1.

Тихонов В.И. Уравнения неустановившегося движения судна на повороте реки //Речной транспорт (XXI век). 2011. №3(51). С. 71-73.

Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1973. 832 с.

Author Biographies

Vadim I. Tikhonov , Volga State University of Water Transport, Nizhny Novgorod, Russia

Dr. Sci. Tech, Professor of department of Navigation and safety of navigation, Volga State University of Water Transport, 603950, Nizhny Novgorod, Nesterova st., 5

Yuriy V. Bazhankin , Volga State University of Water Transport, Nizhny Novgorod, Russia

Ph. D. in Engineering Science, associate professor of department of Navigation and safety of navigation, Volga State University of Water Transport, 603950, Nizhny Novgorod, Nesterova st., 5

Igor M. Osokin , Volga State University of Water Transport, Nizhny Novgorod, Russia

post-graduation student of department of Navigation and safety of navigation, Volga State University of Water Transport, 603950, Nizhny Novgorod, Nesterova st., 5

Vasily A. Lobanov , Volga State University of Water Transport, Nizhny Novgorod, Russia

Professor of department of Navigation and safety of navigation, associate professor, Dr. Sci. Tech., department of Navigation and safety of navigation.Volga State University of Water Transport,603950, Russia, Nizhny Novgorod, Nesterova st., 5

Published
18-06-2025
How to Cite
Tikhonov, V. I., Bazhankin, Y. V., Osokin, I. M., & Lobanov, V. A. (2025). Mathematical modelling of the ship transfer from a turn of a given radius to a straight line . Russian Journal of Water Transport, (83), 224-237. https://doi.org/10.37890/jwt.vi83.597
Section
Water transport operation, waterways, communications and hydrography