CC BY
30
УДК: 629.5
ФАКТОРНАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ СУДНО-ТРАЛ В РЕЖИМАХ УСТАНОВИВШЕГОСЯ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ДВИЖЕНИЯ
В. А. Пелешенко
FACTOR MODEL OF THE SHIP-TRAWL SYSTEM IN THE MODE OF STEADY CIRCULATION MOTION
V. A. Peleshenko
Статья посвящена проблематике работы системы судно-трал на режимах циркуляционного движения. Рассмотрена существующая методика схематизации системы судно-трал, предложенная Ф.И. Барановым для прямолинейного движения судна, и на её основе составлена схематизация циркуляционного режима. Разработаны формулы расчёта скоростей и гидродинамических сил на трале и траловых досках в режиме циркуляции. Проанализирована взаимосвязь различных параметров системы судно-трал, на основе чего была получена факторная модель, которая может быть применена при расчётах, связанных с проектированием траулеров, рыбопромыслового оборудования, а также созданием автоматических комплексов управления систем судно-трал.
система судно-трал, циркуляция
The article deals with the operation of the ship-trawl system in the mode of circulation motion. We have studied the existing methods for mapping of the ship-trawl system suggested by F.I. Baranov for rectilinear movement of the vessel; on its basis we have drawn up a scheme for circulation mode. We have prepared a formula for calculation of the velocities and hydrodynamic forces on the trawl and trawl boards in circulation mode. We have analyzed relationships between various parameters of the ship-trawl system, on the basis of which a factor model has been obtained that can be applied in calculations associated with the design of the trawlers, fishing equipment as well as creation of automatic control complexes of the ship-trawl systems.
ship-trawl system, circulation
На сегодняшний день больше половины объёмов выловов морепродуктов осуществляется при помощи траулеров. Согласно судостроительной доктрине РФ траулерам отводится главенствующая роль в отечественном рыболовном флоте, в связи с чем планируется проектирование и постройка большого количества новых судов данного типа, а также разработка и производство современного тралового оборудования. Эффективность траулеров определяется слаженностью работы системы судно-трал. Впервые описание подобной системы предложил Ф.И. Баранов в [1] (1947), где была получена взаимосвязь силовых и геометрических характеристик. Согласно данной методике судно движется прямолинейно, представляет собой материальную точку, ваеры и канатно-сетная часть тралового комплекса схе-
матизируются при помощи прямых, расположенных в горизонтальной плоскости, а силы - при помощи сосредоточенных нагрузок. Данный метод на текущий момент является общепризнанным и широко применяется в расчётах системы судно-трал. При работе траулерам часто приходится не только прямолинейно двигаться, но и маневрировать и выходить на режимы циркуляции. Особенности функционирования системы судно-трал в подобных режимах мало изучены. В настоящей статье рассмотрены взаимосвязи силовых и геометрических характеристик этой системы в режимах установившегося циркуляционного движения, на основе которых разработана факторная модель. Установившаяся циркуляция судна представляет собой траекторию, приближенную к форме правильной окружности, которую описывает центр тяжести судна при движении с отклонённым на постоянный угол рулем в условии равновесия действующих на судно сил: упора винта, гидродинамических сил на руле и корпусе, центробежной силы.
Рис. 1. Система судно-трал в условиях установившегося циркуляционного движения Fig. 1. Ship-trawl system in conditions of the steady circulation motion
На рис. 1 приведена система судно-трал в условиях установившегося циркуляционного движения.
Здесь: точка C расположена в центре тяжести судна; Rcc - радиус циркуляции суда; V - скорость судна; O - точка крепления ваеров; отрезок ODL - левый ваер; отрезок ODR - правый ваер; точка DL схематически отображает левую траловую доску; RCL - радиус циркуляции левой траловой доски; RDL - гидродинамическая сила, возникающая на левой траловой доске; точка DR схематически отображает правую траловую доску; RCR - радиус циркуляции правой траловой доски; точка DR схематически отображает правую траловую доску; RDR - гидродинамическая сила, возникающая на правой траловой доске; точка Т расположена в оконечности трала; RT - сила сопротивления трала; RCT - радиус циркуляции трала; - угол отклонения трала от траектории движения судна.
Судно, перемещаясь с постоянной скоростью V по радиусу циркуляции RCC, через натяжение ваеров задаёт движение траловым доскам DL и DR по циркуляционным радиусам RCL и Rcr соответственно. При движении траловых досок набегающий поток воды создаёт на них гидродинамические силы RDL и RDR, которые можно выразить следующей системой уравнений (1):
rdl — c(ocdl )р ° l r d r — ос d r ),р d r
(1)
2
где С - коэффициент сопротивления досок при углах атаки ос 0 ь для левой доски и о 0 к для правой доски; р - плотность жидкости; У0 ^ - скорость левой доски, У0 д - скорость правой доски.
Гидродинамические силы на траловых досках обеспечивают раскрытие трала, через натяжение кабелей приводят его в движение. Двигаясь в толще воды, он создаёт гидродинамическое сопротивление RT, которое можно выразить аналогичным уравнением (2):
КТ=С( от , (2)
где С - коэффициент сопротивления трала при угле атаки , р - плотность жидкости, Ут - скорость трала.
Выразим скорость траловых досок и трала через скорость судна (3):
VDL — у RpL Л ~~ Ree
Vor _ у rdr Ree (3)
VT Rc с }
Учитывая, что радиус циркуляции левой траловой доски больше, чем правой, скорость набегающего потока на левой доске будет больше, чем на правой. Соответственно, и гидродинамическая сила на левой доске больше, чем на правой. Это приведёт к отклонению трала от траектории движения судна, выражаемому углом ос т . При прямолинейном движении судна согласно ранее разработанным методикам Ф.И. Баранова [1], М.М. Розенштейна [2], H Stengel [3], В.А. Пелешенко [4] углы атаки траловых досок принято считать равными. Однако при циркуляционном движении угол отклонения трала от траектории движения судна увеличивает угол атаки на правой траловой доске и уменьшает на левой. Изменение углов атаки траловых досок согласно системе уравнений (1) приводит к изменению возникающих на них гидродинамических сил, что, в свою очередь, влияет на отклонение трала от траектории движения судна, а следовательно, влечёт за собой изменение радиусов циркуляции траловых досок и углов атаки. Согласно системе уравнений (3) это приводит к изменению скоростей набегающих потоков на левую и правую траловую доски и значений их гидродинамических коэффициентов, изменяя тем самым величины гидродинамических сил. Изменение же гидродинамических сил на траловых досках и положения трала относительно траектории движения судна приводит к
изменению сопротивления трала и общего гидродинамического сопротивления системы, что оказывает воздействие на скорость и радиус циркуляции судна.
На основе всестороннего анализа вышеизложенной взаимосвязи параметров системы судно-трал разработана факторная модель, представленная на рис. 2.
ч
Рис. 2. Факторная модель системы судно-трал в режиме циркуляционного движения Fig. 2. Factor model of the ship-trawl system in the mode of circulation motion
Таким образом, взаимосвязь факторов представляет собой несколько замкнутых рекурсивных циклов. Внешне рекурсивное кольцо состоит из последовательного влияния фактора скорости и радиуса циркуляции судна на радиусы циркуляции траловых досок. Это сказывается на скорости траловых досок, что, в свою очередь, воздействует на гидродинамические силы траловых досок, отражающиеся на скорости и радиусе циркуляции судна, а также на отклонении трала от траектории движения судна. Отклонение задаёт радиус циркуляции трала, влияющий на скорость трала, которая определяет его гидродинамическое сопротивление, в итоге влияющее на первоначальный фактор - скорость и циркуляционный радиус судна. Внутренние рекурсивные кольца состоят из влияния гидродинамических сил на траловые доски и сопротивление трала на углы атаки траловых досок, которые, в свою очередь, напрямую воздействуют на гидродинамические силы, образуемые на траловых досках, и через них опосредованно - на отклонение трала от траектории движения судна. Оно же действует на радиус циркуляции трала, отражающегося на скорости трала, влияющей на его гидродинамическое сопротивление. Внутреннее рекурсивное
кольцо проходит через фактор отклонения трала от траектории движения судна: радиус циркуляции траловых досок воздействует на скорость траловых досок, а она, в свою очередь, влияет на гидродинамические силы траловых досок, которые задают отклонение трала от траектории движения судна, отражается на радиусе циркуляции траловых досок.
На основе вышеизложенного можно сделать вывод о том, что система судно-трал основывается на множестве взаимосвязей, в полной мере отображённых в разработанной факторной модели. Произведённая схематизация этой системы в режиме установившегося циркуляционного движения, разработанные формулы для расчёта скоростей и гидродинамических сил на трале и траловых досках в режиме циркуляции, анализ взаимосвязи параметров и разработанная на их основе факторная модель системы судно-трал в режиме установившегося циркуляционного движения могут быть применены при расчётах, связанных с проектированием траулеров, рыбопромыслового оборудования, а также созданием автоматических комплексов управления систем судно-трал.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Баранов, Ф. И. Вертикально раскрытие трала / Ф. И. Баранов // Рыбное хозяйство. - 1947. - № 2. - С. 25-28.
2. Розенштейн, М. М. Механика орудий рыболовства / М. М. Розенштейн // Калининград: Изд-во КГТУ, 2000. - 363 с.
3. Stengel H, Fridman A.L. Fischfang-Gerate.Theorie und Entwerfen von Fanggeraten der Hochseefischerei. // Berlin: VEB Verlage Technik. 332 s
4. Пелешенко, В. А. Метод автоматизированного расчёта балансировочного угла атаки распорных досок разноглубинного трала / В. А. Пелешенко // Рыбное хозяйство. - 2015. - № 5. - С. 90-92.
REFERENCES
1. Baranov F.I. Vertikal'no raskrytie trala [Vertical opening of the trawl]. Rybnoe khozyaystvo, 1947, no. 2, pp. 25-28.
2. Rozenshteyn M.M. Mekhanika orudiy rybolovstva [Mechanism of fishing gear]. Kaliningrad, UOP KGTU, 2000, 363 p.
3. Stengel H., Fridman A.L. Fischfang-Gerate. Theorie und Entwerfen von Fanggeraten der Hochseefischerei. Berlin, VEB Verlage Technik, 332 p.
4. Peleshenko V.A. Metod avtomatizirovannogo rascheta balansirovochnogo ugla ataki raspornykh dosok raznoglubinnogo trala [Computer analysis method for the balance angle of attack of the otter boards]. Rybnoe khozyaystvo, 2015, no. 5, pp. 90-92.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ ABTOPE
Пелешенко Виталий Алексеевич - Калининградский государственный технический университет; соискатель; E-mail: vitaliy.peleshenko@yandex.ru
Peleshenko Vitaliy Alekseevich - Kalinigrad State Technical University; applicant; E-mail: vitaliy.peleshenko@yandex.ru
