In this study, a motion control problem for the vessels towed by tugboats or towing ships on the sea is considered. The towed vessels, such as barge ships, are used for several purposes. Generally, these vessels have no power propulsion system and are towed using ropes and towing vessel (tugboats). The basic mathematical model of the towed vessel in which three active rudders are attached was introduced from a previous study. Owing to the dependency of the motions of the towed vessel to the towing ship, a method is suggested to cope with the undesirable disturbance and improve the tracking performance. For the simulation study, a model of the towed vessel with a towing ship is made, and necessary physical parameters are identified from the experiment. For the defined and linearized model, a control system is designed, and the control performance is also evaluated. A simulation study is conducted and the effectiveness of the proposed control strategy is verified.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.943-956
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2020
In this study, the motion control problem of the vessel towed by a towing ship (tugboat) is considered. The non-powered towed ship is dragged by the towing ship. Even though the towed ship is equipped with propulsion systems, they cannot be used at low or constant speeds due to safety issues. In narrow canals, rivers, and busy harbor areas especially, where extreme tension is required during towing operation, the course stability of the towed vessel depends on the towing ship. Therefore, the authors propose a new control strategy in which the rudder system of the towed vessel is activated to provide its maneuverability. Based on the leader-follower system configuration, a nonlinear mathematical model is derived and a back-stepping control is designed. By simulation and experiment results with a comparison study, the usefulness and effectiveness of the proposed strategy are validated.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.19
no.5
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pp.559-566
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2016
Cables for Towed Array Sonar System(TASS) were developed. In order to verify the performance of cables, environmental and operational conditions as well as functional requirements were investigated during design stage. Double armored high and low voltage integrated cable for towed body and two kinds of cables, armored and light weight power and optic hybrid cables for towed array sensor system were developed by modeling and simulation. Customized manufacturing process and test method, such as foam extrusion and dynamic fatigue test were applied to this development. In conclusion, underwater towed hybrid cable with high tensile strength and compact structure were developed.
In this study, the static and modal analyses to find the characteristic of eigenvalues for a towed cable were with a free boundary condition at the bottom end carried out with numerical study. The resulting numerical code with finite element method was used to study sample problems for a cable with towing speeds. After tracing the equilibrium state with a towing speed through the static analysis, modal analysis on the basis of static results was performed. The static top tension for a critical towing speed is nearly 50 percent of what it was for a free hanging pipe. From static analyses, it is found that towing speed has a noticeable effect on top tension of a towed pipe. At a high towing speed, differences between the first and second periods become larger. Compared to the fundamental period for a free hanging pipe, that for a towed pipe with a critical towing speed is approximately 1.4 times larger. This result is very important point in that the lock in condition and tension of the towed cable system with top excitation can be predicted. The corrected close form solution to solve natural periods for a towed cable was presented in this study. The code is validated by comparison of the results of theoretical and numerical studies. Two results were in very good agreement. This study can contribute to predicting the lock-in condition and tension for a towed cable or pipe with top excitation.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.54
no.4
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pp.343-352
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2018
In this study, a motion control problem for the vessels towed by tugboats or towing ships on the sea is considered. The towed vessel looks like the barge ship, which is used for many purposes. In these vessels, basically, the power propulsion system is not installed but just towed by a towing vessel such as tugboats with ropes and wires. It means that the motions of towed vessel are basically dependent on the tracking route of towing boat. Therefore, in some cases, undesirable and unpredictable motions may be made by environmental factors such as wave, wind attack and so on. As a result, a collision accident with others may occur during maneuvering situation. Based on these facts, the authors try to encourage the steering performance of the towed vessel by using controllable rudders without any propulsion system. In this study, especially, a controllable vessel with three rudders is considered, and a mathematical model is induced for the future study. The model is described as surge, sway motion and inertia moment by following the general representation method for the surface ship.
This paper presents a new technique of mathematical treatment using a finite element model for analyzing the vibration of the towed line array. Since the towed line array has the axisymmetricity, axisymmetric elements are used in finite element modeling for the towed array structure. The fluid-structure interaction is also considered. The array consists of a series of identical substructures which can include internal structures such as spacers, hydrophones and ropes. That periodicity of substrucutres permits the substructure synthesis technique using characteristic wave guide for analyzing the response of towed array system. This synthesis technique can reduce the cost of computing the array response. It is suggested that a response of towed array can be computed by the finite element method and substructure synthesis technique using wave guide. Several experiments for towed array were performed to verify the present computation technique. The predicted vibration for the towed array shows good agreement with the measured result.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.6
no.3
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pp.36-43
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2003
Multi-target away signal simulator which can simulate the radiated noises of maneuvering targets in a specified ocean range is an essential equipment for the validation of developed towed array sonar system. This simulator should provide realistic multi-channel signals those are required for beamforming on the signal processing unit of towed away system. This paper describes the overall system configuration and signal synthesis techniques for the target radiated noise. And this paper considers why the time delays between target and individual sensors are caused and how to compensate these time delays to individual sensors output. This multi-purpose target simulator could be used for the training of TASS operators.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.12-23
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2021
In the conventional experiment to assess the towing operations, the towing stability of the towed vessel has been evaluated under the condition without lateral motion of the tug-boat. However, the tug-boats may have a lateral force to change the direction of the towed vessel. In this study, experiments have been conducted considering unsteady conditions in the towing system. First, a towing test system in a Circular Water Channel (CWC) using the conventional experimental method is built. Second, the towing characteristics of the towed vessel are investigated using the conventional method, and they are compared with other research results and stability discriminant criteria. Third, the lateral motion of the tug-boat was modeled as a sinusoidal motion using a forced oscillation device changing frequency and amplitude. Finally, the discussion is given in terms of both towing- and course-stability of the towed vessel according to the lateral motion of the tug-boat.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.56
no.3
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pp.238-245
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2020
In this study, a motion control problem for the vessel towed by towing ship on the sea is considered. The towed vessel does not have self-control capabilities such that its course stability totally depends on the towing ship. Especially, in the narrow canal, river and congested harbor area, extreme tension is required during the towing operation. The authors, therefore, propose a new control system design method in which the rudder is activated to provide its maneuverability. Based on the leader following system configuration, a nonlinear mathematical model is derived and a backstepping control is designed. By experiment results with nonlinear control framework, the usefulness and effectiveness of the proposed strategy are presented.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.9
no.3
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pp.33-40
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2006
In towed array passive sonar system, sonar operators cannot detect and track the all targets simultaneously in the omni-directional area by just Operator Initiated Tracking(OIT). In this paper, omni-directional automatic target detection and tracking algorithm is described and optimize the parameters through ocean data to overcome the drawbacks of OITs. The algorithm is verified through sea trials with submarines.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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