Ograniczenia modelowania na przykładzie analiz dynamiki wału korbowego

Analizowane zjawiska fizyczne należy upraszczać maksymalnie mocno, ale tak, żeby powstałe modele dawały poprawne przewidywania wyników eksperymentalnych. Naukowiec powinien jednak zdawać sobie sprawę z ograniczeń i zakresu stosowalności danego modelu. Inżynier nie może zapominać, że posługuje się tylko modelem rzeczywistości, który ma swoje ograniczenia - zakres stosowalności. W pracy przedstawiono analizy dynamiki układu tłokowo-korbowego silnika okrętowego ze szczególnym uwzględnieniem ruchu wału korbowego. W świetle współczesnych badań, świat fizyczny jest nieliniowy i dynamiczny w stanach dalekich od stanu równowagi. Jednakże większość problemów inżynierskich jest modelowanych liniowo, jako zjawiska statyczne bądź quasi-statyczne. Podejście to jest użyteczne i optymalne, ale nie można zapominać o ograniczeniach takich modeli. Wykazano, że pomimo przyjęcia ściśle deterministycznych oraz w pełni liniowych równań mechaniki, przewidywalność dokładnych parametrów ruchu jest ograniczona. Rozważono ruch prostego obiektu mechanicznego: obrót wału korbowego silnika. W rozważanym przypadku jest to wał korbowy 10-cylindrowego, okrętowego silnika wolnoobrotowego: 10K98 firmy MAN B&W. Założono, że znana jest z nieskończoną (!) dokładnością prędkość obrotowa wału, która jest dodatkowo niezmienna. Przyjęto, że również czas jest możliwy do wyznaczenia nieskończenie dokładnie. W takim przypadku względne położenie wykorbienia określa w pełni deterministyczna prosta zależność. W celu znajomości położenia danego wykorbienia w dowolnej chwili czasu musimy jeszcze znać warunki początkowe. Kąt obrotu w chwili t=0 wyznaczono niezwykle dokładnie, ale ze skończoną dokładnością. Wykazano, że po pewnym czasie położenie wykorbienia jest całkowicie niezdeterminowane. Co więcej, ruch układu tłokowo-korbowego charakteryzuje się naturalną zmiennością, nawet po pominięciu zmienności sił wymuszających. Wpływa to dodatkowo na ograniczenia modelowania rozważanego deterministycznego układu fizycznego.