• 沒有找到結果。

由於子計畫二及實測經費被刪除,其他經費亦被縮減近 1/3,故重新評估後,採縮 小尺寸及紙上規劃設計模擬方式處理。並以沿海附近,以小尺度之模型試驗(子計畫三) 為主。

而第三年規劃設計海上實體測試船型大小為 20 公尺,詳細尺寸如表 4-13,模擬以 4 種不同波向條件:0 度、45 度、90 度及 180 度,模擬海況參考 ITTC 波譜:長峰波、

有義波高 0.3 公尺、平均週期 2.4 秒,風速及洋流速度分別為 4.37 公尺/秒、0.3 公尺/秒。

波浪、風及洋流方向假設為同方向。模擬中使用的增益值(gain)是採取試誤法(trial and error method)決定,分別為 K1=-35, K2=-250, K3=-50, K4=-35, K5=-250,增益值可能不是 最佳化(optimal)所求得,但仍可達到動態定位的目的。螺槳直徑及螺槳螺距分別為 1.70 公尺、1.34 公尺。

波向 0 度、45 度、90 度及 180 度之水面平台動態定位軌跡計算結果分別為以下圖 4-41 至圖 4-45 所示,圖 4-41 中可以觀察到平台因為波浪作用的方向而稍稍的前進,且

因計算數值誤差(numerical error)及 DP 控制產生少許的橫向位移誤差,整體來說,在 500 秒的模擬內,只產生了 0.3 公尺的總誤差量,相當於船長的 1.5%,可以滿足定位作業的 需求。在斜向波的模擬中如圖 4-42,同樣時間內 x 方向最大偏離原點的誤差量增大為 0.7 公尺(約船長的 3.5%),y 方向增大為 1.0 公尺(約船長的 5.0%)。圖 4-43 橫浪的模擬 中,x 方向最大偏離原點的誤差量增大為 1.5 公尺(約船長的 7.5%),y 方向增大為 2.0 公 尺(約船長的 10.0%)。圖 4-44 在頂浪的模擬中,在 x 方向最大偏離原點 0.5 公尺(約船長 的 2.5%),y 方向 0.3 公尺(約船長的 1.5%)。亦可推論動態定位控制系統,相對於橫浪和 斜浪的海況下,在模擬頂浪的海況有較好的動態定位效果。

表 4-13 第三年規劃設計模擬工作平台尺寸表

排水量 (m3) 199.004

船長 (m) 20.0

船寬 (m) 6.0

吃水 (m) 2.0

重心距基線高 (m) 1.95

縱向重心 (m) 0

縱向定傾中心高 (m) 16.42

橫向定傾中心高 (m) 0.82

縱 搖 迴 轉 半 徑 (m) 5.0

橫 搖 迴 轉 半 徑 (m) 2.1

水 線 面 面 積 (m2) 114.46

艉推進器間距 (m) 5

浸水表面積 (m2) 180.79

俯仰差(m) 0

方塊係數Cb 0.8292

-0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 Y0(m)

-0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50

X0(m)

PATH

SHIP DIRECTION

0sec.

100sec.500sec.

wavedirection

圖 4-41 波向 0 度之平台動態定位軌跡圖

-2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0

Y0(m) -2.0

-1.0 0.0 1.0 2.0

X0(m)

PATH

SHIP DIRECTION

0sec.

100sec.500sec.

wavedirection

圖 4-42 波向 45 度之平台動態定位軌跡圖

-3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 Y0(m)

-3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3.0

X0(m)

PATH

SHIP DIRECTION

0sec. 100sec.

200sec.

500sec.

wavedirection

圖 4-43 波向 90 度之平台動態定位軌跡圖

-0.5 -0.25 0 0.25 0.5 0.75

X0(m)

PATH

SHIP DIRECTION

0sec.

99sec.

200sec.

300sec.400sec.500sec.

wavedirection

圖 4-45 為在長峰波下,波向 90 度時,Surge、Sway 及 Yaw 方向船體運動在 500 秒

(4) 完成大尺度海上實測試驗規劃。

第三年:

(1) 完成實測所需之載台、地點以及周邊設備之相關資料收集。

(2) 完成水面工作載台規劃與一般佈置圖設計。

(3) 完成載台穩度評估。

(4) 完成載台與水下載具海上動態定位實測測試模擬。

故以上述本三年度之計畫研究成果來看,已完成各年度所達到之目標。整體而言,本子 計畫一所達到的貢獻有:

(1) 配合水面工作載台運動方程式,已建立一具有漂流力、風力、洋流力以及水下載具 偶合之數學模式,可供載台運動模擬評估。

(2) 加入了自動控制於水面工作載台之運動數值模式,建立動態定位控制模式。使水面 工作載台之動態定位變得可行。

(3) 規劃、設計配置水面工作載台之控制及實測系統與一般佈置圖設計。可提供海上可 機動組合且隨時搭配水下載具作業之的載台設計參考。

(4) 提供完成整體海上作業平台之穩度評估方法,確定符合安全穩度,可達到海上作業 之要求。

六、計畫成果自評

第一年所有進度包括風力,洋流力與波浪之非線性流體動力之時域模擬之數學模式以及 船體運動與 ROV 運動偶合效應數學模式已整合完成,可供海上載台運動模擬評估。

第二年所有進度包括加入自動控制於水面工作載台之運動數值模式,以建立最佳控制模 式。安排設計控制水面工作載台之控制配置,包括前進及側移,兩大功能之控制器亦整 合完成。協同子計畫三,完成進行小尺寸模型實驗與數值模擬作驗證。

第三年水面工作載台之實測系統部分,由於經費被縮減近 1/3,故實驗器材租用與購買,

重新評估後,採縮小尺寸及紙上實測規劃方式處理,並規劃、設計配置水面工作載台之 控制與一般佈置圖設計。而整體海上作業平台之穩度評估是符合安全穩度,可達到海上 作業之要求。本計畫成果與經驗仍可提供國內外相關作研究參考用,尤其是對國內水下 技術將有很大的幫助。

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誌謝

本研究承行政院國家科學委員會之經費贊助(NSC-96-2221-E-006-329-MY3)得以順利進 行,特此致謝

附錄: (已發表之相關論文)

Ming-Chung Fang, Zi-Yi Lee, “THE DYNAMIC POSITION CONTROL SIMULATION FOR A NON-POWERED BARGE USING OUTBOARD HUBLESS THRUSTERS IN RANDOM WAVES”, ACMSSR2009, June 25-26, 2009, Korea.

Ming-Chung Fang, Zi-Yi Lee, Tsun-Lirng Yang, “THE NUMERICAL SIMULATION OF THE SHIP MOTION BEHAVIOR WITH DYNAMIC POSITION CONTROL IN RANDOM WAVES”, MARSIM2009, August 17-20, 2009, Panama City, Panama.

Zi-Yi Lee, Ming-Chung Fang, Young-Zoung Zhuo, Yi-Chien Kao, “THE NEURAL NETWORK APPLICATION ON THE DYNAMIC POSITION CONTROL FOR A BARGE USING PORTABLE HUBLESS THRUSTERS IN RANDOM WAVES”, TEAM2009, Nov.30-Dec.3, 2009, Kaohsiung.

出席國際學術會議心得報告