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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2022.tde-19052022-074953
Document
Auteur
Nom complet
Lariuss Zago
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2022
Directeur
Jury
Simos, Alexandre Nicolaos (Président)
Cruz, José Jaime da
Dottori, Marcelo
Gonçalves, Rodolfo Trentin
Tannuri, Eduardo Aoun
Titre en anglais
A new vessel motion based method for parametric estimation of the waves encountered by the ship in a seaway.
Mots-clés en anglais
Directional wave spectrum
Forward speed
Parametric inference
Ship dynamics
Wave spectrum inference
Weibull distribution
Resumé en anglais
The present work proposes a new approach for the vessel motion-based (VMB) estimation of the sea state based on the parametric methodology. In this approach, a parametric description of the encounter wave spectrum is proposed, enabling the algorithm to solve the wave inference problem in the ship's reference frame. The method is tested with data obtained from numerical simulations and experimental tests, both comprising conditions with and without ship's forward speed. Because of its practical aspects for improving the day-to-day operational eciency and the crew's safety and comfort, in the more recent years, the interest in the VMB sea state inference increased signicantly. At Escola Politecnica of the University of S~ao Paulo, studies on sea state estimation (SSE) eld for stationary oating systems has been conducted since the year 2000, and more recently these studies have been expanded to include ships in a seaway. Once studying ships in operation, its forward speed must be considered and modelled in the SSE problem. Commonly, the methodologies proposed in the literature tends to carry out the wave inference already in the earth xed reference frame, and not in the ship's referential. This procedure leads to a greater complexity of the estimation algorithm when it tries to implement the eects of the ship's forward speed, in particular the uncertainties inherent to the SSE problem associated with the Doppler eect for waves reaching the ship from the stern. Recent publications presented ways to convert the encounter wave spectra to their \absolute domain" description. This way, if there were an analytical representation capable of describing the wide range of forms of the encounter wave spectrum, it would be possible to carry out the inference process in the ship's referential, using the parametric approach and avoiding several numerical considerations associated with the triple-valued problem. Here, this necessity is satised and an innovative approach is proposed where a descriptive curve for the encounter wave spectrum, based on the Weibull distribution, is introduced and studied in the context of estimating the sea states using the VMB strategy. The study carried out here was based on data obtained from the USP oceanographic vessel, Alpha Delphini. Numerical simulations on hydrodynamic numerical tools and model-scale tests on two dierent wave basins were performed, and the results achieved prove that the methodology is capable of providing expedient estimates of the waves encountered by the ship under dierent operating conditions.
Titre en portugais
Um novo método baseado nos movimentos de embarcações para estimativa paramétrica das ondas encontradas por um navio no mar.
Mots-clés en portugais
Dinâmica
Distribuição de Weibull
Espectro direcional de ondas
Inferência de espectro de ondas
Inferência paramétrica
Navios
Velocidade de avanço
Resumé en portugais
O presente trabalho propõe uma nova abordagem para a estimativa do estado do mar baseada no movimentação de uma embarcações (em inglês, VMB) por meio da metodologia paramétrica. Nesta abordagem, é proposta uma descrição paramétrica do espectro de ondas de encontro, permitindo que o algoritmo resolva o problema de inferência de ondas no referencial do navio. O método é testado com dados obtidos a partir de simulações numéricas e testes experimentais, ambos compreendendo condições com e sem velocidade de avanço do navio. Por seus aspectos práticos relacionados com a melhoria da e ciência operacional diária do navio, bem como na segurança e conforto da tripulação, nos anos mais recentes, o interesse pela inferência do estado do mar VMB aumentou significativamente. Na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, desde o ano 2000 são realizados estudos na área de estimativa de estado de mar (em inglês, SSE) para sistemas flutuantes estacionários, e mais recentemente essas pesquisas foram ampliadas para incluir navios em vias marítimas. Ao se estudar navios em operação, a velocidade de avanço destes sistemas devem ser considerada e modelada no problema SSE. Comumente, as metodologias propostas na literatura tendem a realizar a processo de inferência já no referencial fixo a terra, e não no referencial solidário ao navio. Este procedimento leva a uma maior complexidade do algoritmo de estimação quando este tenta implementar os efeitos da velocidade de avanço do navio, em especial as incertezas inerentes ao problema SSE associadas ao efeito Doppler para ondas que atingem o navio pela popa. Publicações recentes apresentaram algoritmos de conversão de espectros de ondas de encontro para suas respectivas descrições no domínio absoluto". Desta forma, se existisse uma representação analítica capaz de descrever a ampla gama de formas do espectro de ondas de encontro, seria possível realizar o processo de inferência no referencial do navio, utilizando a abordagem paramétrica e evitando várias considerações numéricas associadas ao problema de valor triplo. Aqui, esta necessidade é satisfeita e uma abordagem inovadora é proposta onde uma curva descritiva para o espectro de ondas de encontro, baseada na distribuição Weibull, é introduzida e estudada no contexto da estimativa dos estados do mar usando a estratégia VMB. O estudo aqui realizado foi baseado em dados obtidos do navio oceanográfico da USP, Alpha Delphini. Simulações numéricas em ferramentas hidrodinâmicas e testes em escala de modelo em dois tanques de prova diferentes foram realizadas, e os resultados obtidos comprovam que a metodologia é capaz de fornecer estimativas expeditas das ondas encontradas pelo navio em diferentes condições de operação.
 
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LariussZagoCorr22.pdf (17.96 Mbytes)
Date de Publication
2022-05-19
 
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