УМОВНА ОПТИМІЗАЦІЯ КЕРУВАНЬ СУДНА З ДОДАТКОВОЮ ВІТРОРУШІЙНОЮ СИСТЕМОЮ
https://doi.org/10.33815/2313-4763.2025.2.31.030-040
Анотація
Морська галузь стикається зі значними викликами через дедалі жорсткіші законодавчі вимоги щодо скорочення викидів шкідливих речовин в атмосферу та покращення клімату. Серед широкого спектра технологій та паливних рішень, що розглядаються в цьому контексті, одними з найперспективніших є додаткові вітрові рушійні системи (WAPS), які можуть суттєво зменшити споживання палива суднами та, як наслідок, зменшити викиди парникових газів та інших шкідливих речовин в атмосферу. Відомі рішення дозволяють зменшити витрати палива за рахунок використання енергії вітру, які полягають у розрахунку оптимальних керувань лише для вітрорушіїв. Об’єктом дослідження є процеси пошуку оптимальних керувань для об’єднаної структури виконавчих пристроїв судна, яка включає традиційні керування (гвинт, стерно) та додаткові вітрорушії. Розроблено метод керування рухом судна з додатковими вітрорушіями, який дозволяє ще більше зменшити витрати палива. Це досягається шляхом знаходження оптимальних керувань для об’єднаної структури виконавчих пристроїв судна шляхом вирішення у бортовому обчислювачі автоматичної системи керування задачі умовної оптимізації з обмеженнями типу рівностей та нерівностей. Обмеження типу рівностей забезпечують створення необхідних для підтримування заданого руху сил і моментів, а обмеження типу нерівностей враховують допустимі діапазони зміни керувань. Отримані результати можуть бути використані при розробці математичного забезпечення систем керування автономними суднами, або математичного забезпечення модулів автоматичного керування в автоматизованих системах.
Посилання
2. Tony Glatz. Analyzing the Kinematics of Rotor Sails, Research Gate (2021). https://www.researchgate.net/publication/348420252_Analyzing_the_Kinematics_of_Rotor_Sails.
3. Данилов О. (2024). Вантажне судно Pyxis Ocean з жорсткими вітрилами завершило шестимісячні випробування. Вітрила економлять у середньому 3 тонни палива на день. Українська правда. https://mezha.ua/2024/03/21/pyxis-ocean-windwings-test-end/.
4. Ship kite propulsion system, Nautic expo connect (2025). https://www.nauticexpo.com/boat-manufacturer/ship-kite-propulsion-system-48507.html.
5. David Tyler (2014). The design of soft wing sails for cruising. https://www.boatdesign.net/threads/the-design-of-soft-wing-sails-for-cruising.49425/
6. Holloway, J. (2013). Vindskip ship concept uses the hull as a sail, New Atlas. https://newatlas.com/vindskip-wind-ship/29101/.
7. Carlson, O., Nilsson, P. (2015). Wind Turbines on Ships, Chalmers Publication Library. https://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/217076/local_217076.pdf .
8. Amy Peacock (2023). Pioneering wind-powered cargo ship charts course for greener shipping. https://www.dezeen.com/2023/08/22/pyxis-ocean-windwings-wind-powered-cargo-ship/.
9. Can Emir (2023). Berge Bulk’s Berge Olympus: A wind-powered marvel for greener oceans, Transportation. https://interestingengineering.com/innovation/berge-bulks-berge-olympus-wind-power?ysclid=mj2k50t8xn606954660.
10. Buitendijk, М. (2024). Wind Challenger saves fuel for coal carrier Shofu Maru, SWZ|Maritime. https://swzmaritime.nl/news/2024/05/23/wind-challenger-saves-fuel-for-coal-carrier-shofu-maru/.
11. Malayil, J. (2024). World-first wind-powered containership to have 11,300 sq ft total sail area, Interesting Engeneering, 2025. https://interestingengineering.com/innovation/world-first-open-hatch-sail-powered-containership?ysclid=mj2oa6lyrc348910409.
12. Suction Wings Wind-Assisted Propulsion in the Marine Industry: An Overview, Nautical Voice (2024). https://nauticalvoice.com/suction-wings-wind-assisted-propulsion-in-the-marine-industry-an-overview/21754/.
13. Wind Challenger. The Wind Assisted Ship Propulsion System. https://www.mol-service.com/en/services/energy-saving-technologies/wind-challenger.
14. Zinchenko, S., Kyrychenko, K., Grosheva, O., Nosov, P., Popovych, I., Mamenko, P. (2023). Automatic reset of kinetic energy in case of inevitable collision of ships, IEEE Xplore, pp. 496–500, 13th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT), Wrocław, Poland. https://doi.org/10.1109/ACIT58437.2023.10275545. https://ieeexplore.ieee.org/ document/10275545.
15. Zinchenko, S. N., Lyashenko, V. G., Grosheva, O. A. (2018). Synthesis of optimal control of a vessel with boundary conditions, Scientific Bulletin of KhSMA, No. 1(18). http://journals.ksma.ks.ua/nvksma/article/view/502/440.
16. Zinchenko, S. N., Lyashenko, V. G., Shalaeva, A. A. (2017). Assessment of the maneuverability of a vessel using a neural network model synthesized in the process of its regular operation, Materials of the IV international scientific and practical conference "Life Safety in Transport and Production Education, Science, Practice", Kherson, September 14–16, pp. 236–240.
17. Zinchenko, S. N., Lyashenko, V. G. (2017). Using a neural network model of a ship to solve control problems, Scientific Bulletin of the KhSMA No. 2 (17), pp. 231–237. http://journals.ksma.ks.ua/nvksma/article/view/587/524.
18. Zinchenko, S. M., Mateychuk, V. M., Lyashenko, V. G. (2018). Using modeling information systems for the development and testing of automatic vessel movement control systems, Materials of the V MNPK "Life Safety in Transport and Production: Education, Science, Practice", Kherson, September 13-15, pp. 27–29.
19. Lübbecke, E., Lübbecke, M. E., Möhring, R. (2019). Ship Traffic Optimization for the Kiel Canal, Operations Research, Vol. 67, No. 3. https://doi.org/10.1287/opre.2018.1814.
20. Jia, Q., Li, R., Li, J., Li, Zh., Liu, J. (2023). Vessel traffic scheduling optimization for passenger RoRo terminals with restricted harbor basin, Ocean & Coastal Management, Volume 246, 106904. https://doi.org/10.1016/j.ocecoaman.2023.106904.
21. Wang, K., Yan, X., Yuan, Yu., Jiang, X., Lin, X., Negenborn, R. R. (2018). Dynamic optimization of ship energy efficiency considering time-varying environmental factors, Transportation Research Part D: Transport and Environment, Volume 62, July 2018, Pages 685–698. https://doi.org/10.1016/j.trd.2018.04.005.
22. Farzanegan, B., Esmailian, E., Menhaj, M. B. (2019). A data-driven method for optimal control of ship motions for safe crew transfer to offshore wind turbines, Applied Ocean Research, Vol. 90, September 2019, 101847. https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.06.004.
23. Miyusov, M. V., Kryvyi, O. F. (2024). Optimal control of the combined propulsion system of a vessel with wind propulsors, Судноводіння | Shipping & Navigation. https://doi.org/10.31653/2306-5761.36.2024.116-130.
24. Inegiyemiema, M., Robinson, U. A., Eluku, D. A. (22025). Performance Investigation of the Hybrid Propulsion System of Tanker Vessel: A Case Study of Diesel and Wind Sail, The Journal of Scientific and Engineering Research 12(7):63–74.
25. Song J., Tan Yi., Zhang L., Liu Sh. (2025). An Optimal Energy‐Saving Coordination Control System for Sail‐Propeller of Wind‐Assisted Ships, IET Intelligent Transport Systems 19(1). https://doi.org/10.1049/itr2.70090.
