A nonlinear dynamics perspective on some aspects of towing operations relevant to safety and energy efficiency

Una perspectiva dinámica no lineal en algunos aspectos de las operaciones de remolque relevantes para la seguridad y la eficiencia energética
Sinibaldi, Marco
•
Bulian, Gabriele
•
Francescutto, Alberto
2013
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ISBN
978-88-8303-505-0
e-ISBN
978-88-8303-506-7
Abstract
Scheduled and emergency towing operations are carried out daily, both at sea and in restricted waters, as a means of transporting goods, aiding ships during berthing and casting-off or rescuing units in distress. Even in mild weather conditions, such activities can pose serious threats to the safety of the personnel and units involved and to the environment. This study investigates the dynamics of a tug-tow system, where towing is carried out by means of a single elastic towing line. A simplified model is used, in which the tug is modelled as a point-particle with a prescribed motion, while the dynamics of the towed object is modelled as a 3-DOF (surge/sway/yaw) nonlinear dynamical system. Equilibria of the system are analysed through a bifurcation analysis technique, supplemented by time-domain simulations, if/when necessary. An example application is reported for the case of towing of a barge-like hull, showing the effects of several parameters: ship speed, towline length, water depth and wind. The performed calculations confirm that, depending on the configuration parameters, multiple stable/unstable steady-state towing positions may exist. It is also clarified in this study that, in the absence of stable equilibria, the potentially dangerous oscillating phenomenon called “fishtailing” takes place.
Maniobras de remolque, programadas y de emergencia, se llevan a cabo diariamente, tanto en mar abierto como en aguas restringidas, con el fin de transportar mercancías, asistir a buques durante el atraque y zarpe o rescatar unidades en situación de emergencia. Incluso en condiciones climáticas leves, estas actividades pueden suponer serias amenazas a la seguridad del personal y las unidades involucradas y al medio ambiente. Este estudio investiga las dinámicas de un sistema de remolque-empuje, donde el remolque se lleva a cabo por medio de una sola línea elástica de remolque. Se ha utilizado un modelo simplificado, en el cual el empujador se modela como una partícula puntual con un movimiento preestablecido, mientras que las dinámicas del objeto remolcado se modelan como un sistema dinámico no lineal a 3 grados de libertad (avance/deriva/guiñada). Los equilibrios del sistema son analizados por medio de una técnica de análisis de bifurcación, añadiendo simulaciones en dominio del tiempo cuando, en caso, sean necesarias. Se presenta un ejemplo de aplicación para el caso del remolque de una carena similar a una barcaza, mostrando los efectos de varios parámetros: velocidad del buque, longitud de la línea de remolque, profundidad del canal y viento. Los cálculos realizados confirman que, dependiendo de la configuración de los parámetros, pueden existir múltiples posiciones, estables e inestables, de estado estacionario del remolque. En el estudio también se aclara que, en ausencia de equilibrios estables, aparece el potencialmente peligroso fenómeno oscilatorio denominado “fishtailing”.
Subjects
Publisher
EUT Edizioni Università di Trieste
Source
Marco Sinibaldi, Gabriele Bulian, Alberto Francescutto, "A nonlinear dynamics perspective on some aspects of towing operations relevant to safety and energy efficiency", in: Alberto Francescutto, Manuel Arcenio Urcia Larios, Gabriele Bulian (eds.), "Safety and energy efficiency in river transportation for a sustainable development of the peruvian Amazon region. First International Conference, 17th-19th July 2013, Iquitos, Peru", Trieste, EUT Edizioni Università di Trieste, 2013, pp. 05-1 – 05-16.
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en
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