Modelos de Simulador de Manobras de Navios em Tempo Real vem se tornando cada vez mais comuns e necessários na análise de viabilidade de portos e canais de acesso. O aumento do porte das embarcações, não acompanhado por equivalente aumento das dimensões dos portos, faz com que cada vez mais os efeitos de águas rasas e interação com margens e estruturas portuárias se tornem relevantes durante uma manobra. Com o intuito de aumentar a gama de aplicação desse tipo de simulador, o presente trabalho aborda uma modelagem matemática para estimar as forças hidrodinâmicas de interação com as margens e outros navios para aplicação em simuladores de manobras. O modelo usa, como base, dados oriundos de um método numérico validado experimentalmente, o Método dos Elementos de Contorno. Baseado nesse método, alguns casos tipo foram selecionados para gerar um banco de dados e um modelo matemático foi desenvolvido para estimar as forças de interação, extrapolando as respostas obtidas para casos não previstos anteriormente. A obtenção das forças através do modelo é baseada em alguns parâmetros de entrada, tais como velocidade de avanço da embarcação e as distâncias relativas entre o navio e o meio. Assim, aplica-se uma série de medidas para determinar geometrias aproximadas do meio e/ou posição de outros navios em um dado instante. Foi realizada uma verificação do modelo para casos não previstos, avaliando os erros associados à modelagem e sua aplicabilidade. Os erros foram considerados aceitáveis para as condições impostas, visto as aplicações existentes em simuladores de manobras. Além disso, o modelo desenvolvido foi executado no simulador de manobras, no qual foram realizados alguns testes de sensibilidade ao movimento, além de algumas comparações com outros trabalhos, quando possível. / Real-time Ship Maneuvering Simulator models are becoming more common and necessary in the feasibility analysis of ports and access channels. The constant increase in the length and draught of vessels, not followed by equivalent ports development, makes the effects of shallow water, ship-bank and ship-port interaction with other structures more relevant during a maneuver. In order to increase the application range of this kind of simulator, the present work develops a mathematical model to estimate ship-bank and ship-ship hydrodynamic interaction forces and moments during a maneuver. The model uses, as a reference, data derived from an experimentally validated numerical method, the Boundary Element Method (BEM). Based on this method, some reference cases were selected to generate a database which would be used by our mathematical model to extrapolate results and estimate the interaction forces for any unexpected scenario. The forces obtained through the model are based on some input parameters, such as the vessel forward speed and the relative distances between the ship and bank and other ships. Thus, a series of measurements were developed to determine approximate geometries of the port and/or position of other ships at a given time slot. A model verification was performed for some unexpected scenarios, evaluating the errors associated with the model and its application. By taking similar works developed in maritime simulators as a comparison point, the errors obtained in our mathematical model were considered acceptable. The developed model was implemented in the ship maneuvering simulator located at TPN-USP, where some movement sensitivity tests were performed as well as some comparisons with other works, whenever possible.

Modelos de Simulador de Manobras de Navios em Tempo Real vem se tornando cada vez mais comuns e necessários na análise de viabilidade de portos e canais de acesso. O aumento do porte das embarcações, não acompanhado por equivalente aumento das dimensões dos portos, faz com que cada vez mais os efeitos de águas rasas e interação com margens e estruturas portuárias se tornem relevantes durante uma manobra. Com o intuito de aumentar a gama de aplicação desse tipo de simulador, o presente trabalho aborda uma modelagem matemática para estimar as forças hidrodinâmicas de interação com as margens e outros navios para aplicação em simuladores de manobras. O modelo usa, como base, dados oriundos de um método numérico validado experimentalmente, o Método dos Elementos de Contorno. Baseado nesse método, alguns casos tipo foram selecionados para gerar um banco de dados e um modelo matemático foi desenvolvido para estimar as forças de interação, extrapolando as respostas obtidas para casos não previstos anteriormente. A obtenção das forças através do modelo é baseada em alguns parâmetros de entrada, tais como velocidade de avanço da embarcação e as distâncias relativas entre o navio e o meio. Assim, aplica-se uma série de medidas para determinar geometrias aproximadas do meio e/ou posição de outros navios em um dado instante. Foi realizada uma verificação do modelo para casos não previstos, avaliando os erros associados à modelagem e sua aplicabilidade. Os erros foram considerados aceitáveis para as condições impostas, visto as aplicações existentes em simuladores de manobras. Além disso, o modelo desenvolvido foi executado no simulador de manobras, no qual foram realizados alguns testes de sensibilidade ao movimento, além de algumas comparações com outros trabalhos, quando possível. / Real-time Ship Maneuvering Simulator models are becoming more common and necessary in the feasibility analysis of ports and access channels. The constant increase in the length and draught of vessels, not followed by equivalent ports development, makes the effects of shallow water, ship-bank and ship-port interaction with other structures more relevant during a maneuver. In order to increase the application range of this kind of simulator, the present work develops a mathematical model to estimate ship-bank and ship-ship hydrodynamic interaction forces and moments during a maneuver. The model uses, as a reference, data derived from an experimentally validated numerical method, the Boundary Element Method (BEM). Based on this method, some reference cases were selected to generate a database which would be used by our mathematical model to extrapolate results and estimate the interaction forces for any unexpected scenario. The forces obtained through the model are based on some input parameters, such as the vessel forward speed and the relative distances between the ship and bank and other ships. Thus, a series of measurements were developed to determine approximate geometries of the port and/or position of other ships at a given time slot. A model verification was performed for some unexpected scenarios, evaluating the errors associated with the model and its application. By taking similar works developed in maritime simulators as a comparison point, the errors obtained in our mathematical model were considered acceptable. The developed model was implemented in the ship maneuvering simulator located at TPN-USP, where some movement sensitivity tests were performed as well as some comparisons with other works, whenever possible.

Dissertação(Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Oceanografia Biológica, Instituto de Oceanografia, 2006. / Submitted by Cristiane Gomides (cristiane_gomides@hotmail.com) on 2013-10-17T12:34:02Z No. of bitstreams: 1 Stefan.pdf: 1989770 bytes, checksum: 0cfdf3653fbd708f4597e22268dfad34 (MD5) / Approved for entry into archive by Sabrina Andrade (sabrinabeatriz@ibest.com.br) on 2013-10-17T16:31:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Stefan.pdf: 1989770 bytes, checksum: 0cfdf3653fbd708f4597e22268dfad34 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-10-17T16:31:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Stefan.pdf: 1989770 bytes, checksum: 0cfdf3653fbd708f4597e22268dfad34 (MD5) Previous issue date: 2006 / Montes submarinos são as principais feições topográficas de fundo oceânico. Com uma gama considerável de alturas e profundidades de topo, dispondo de uma variedade de tipos de substratos e habitats, constituem importantes ecossistemas para a biota de regiões oceânicas. Ao longo da ZEE das regiões Central e Nordeste registra-se a presença de diversos bancos e ilhas oceânicas, as quais compreendem a área de estudo do presente trabalho. Essas áreas foram prospectadas com metodologia hidroacústica ao longo de dois cruzeiros, executados nas regiões Central e Nordeste do Brasil. Os dados hidroacústicos, ambientais e biológicos provenientes desses dois cruzeiros foram analisados a fim de classificar os eco-registros detectados, estudar possíveis alterações na estrutura termohalina decorrentes da presença de bancos e ilhas, e avaliar a relação entre a presença destas feições e a distribuição e abundâncias de organismos pelágicos. Os eco-registros detectados pela sonda, na região Nordeste do Brasil, nos setores Bancos Oceânicos do Ceará, Atol das Rocas e Arquipélagos de Fernando de Noronha e de São Pedro e São Paulo, foram classificados nos ecotipos Camada Oceânica, Myctophidae, Camada Oceânica com Myctophidae e Nuvem de Quebra. Efeitos da presença dos bancos e ilhas, provocando alterações nas características termohalinas locais, não foram evidenciados a partir dos dados ambientais disponíveis. Não foi observado um padrão claro na distribuição dos valores de densidade acústica nos entornos das feições consideradas no presente estudo, indicando diferenças locais associadas às mesmas. Eventos de migração nictemeral foram frequentemente observados e hidroacusticamente registrados. Essas migrações estabelecem importantes diferenças nos níveis de densidades acústicas durante o dia e a noite. No período noturno as densidades são mais elevadas entre a superfície e os 500 m, limite das prospecções, do que no período diurno. Tais eventos são, provavelmente, de destacada importância ecológica para a região. / Seamounts are the main topographical features of the oceanic bottom. With a considerable range of heights and top depths, and a variety of substrata and different habitats, constitute important ecosystems. Along the Exclusive Economic Zone (ZEE) of the Central and Northeast coasts of Brazil several oceanic banks and islands exist and are the geographical area of the present study where two acoustic assessment cruises were carried out. The aims of this study are the classification of the echo records, to evaluate possible alterations in the thermohaline structure due the presence of banks and islands, and the analysis of the relationship between the presence of these features and the distribution and abundance of pelagic organisms. Hydroacoustic, environmental and biological data derived from such cruises were used. The echo records were classified in the Oceanic Layer, Myctophidae, Oceanic Layer with Myctophidae and Cloud of Break echo types. Evidences were not found of the effects of the presence of banks and islands in the local thermohaline structure, with the available data. A clear pattern was not observed in the distribution of the recorded acoustic density around the features, indicating local differences associated to the same ones. Strong and important vertical migration events were frequently observed and recorded. Acoustic densities observed from the surface down to 500 m, maximum assessed depth, were higher during the night compared to daylight hours. Such events are, probably, ecologically very important in the studied area.