Метод расчета силовых и геометрических характеристик плавных сетей. Физическое моделирование плавных сетей Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

2008

Известия ТИНРО

Том 155

УДК 639.2.081.11

А.А. Недоступ*

Калининградский государственный технический университет, 236000, г. Калининград, Советский проспект, 1

МЕТОД РАСЧЕТА СИЛОВЫХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАВНЫХ СЕТЕЙ. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛАВНЫХ СЕТЕЙ

Разработана методика физического моделирования плавных рыболовных сетей. Приведены условия подобия плавных рыболовных сетей. При физическом моделировании плавных сетей необходимо учитывать равенство значений гидродинамического качества k = f(uv, F , а) и равенство значений динамических коэффициентов трения оснастки нижней подборы о грунт водоема fd = f(uv, Fo, а, qE/dE) плавных сетей. Приводится алгоритм расчета силовых и геометрических характеристик плавной донной сети. В гидроканале ЗАО "МариНПО" (г. Калининград) проведены эксперименты с моделью донной плавной сети. На основании минимизации абсолютной ошибки отклонения угла атаки модели сети aM от угла атаки натурной сети aH (aH-aM^min) и отклонения коэффициента трения fidM модели сети от коэффициента трения f натурной сети (fdH-fdM^min) были получены условия моделирования, при котором масштабные эффекты минимальны.

Ключевые слова: плавная сеть, физическое моделирование, масштабный эффект.

Nedostup A.A. Method to calculate forcing and geometrical parameters for bottom drift nets. Physical modeling of bottom drift nets // Izv. TINRO. — 2008. — Vol. 155. — C. 280-294.

Method of physical modeling of bottom drift net is developed using the basic rules for physical modeling of fishing gears proposed by A.L. Fridman. Rules of the drift nets similarity are stated. In the physical modeling of bottom drift net, principles of equality should be taken into account for the values of hydrodynamic quality k and for the values of dynamic coefficients of bottom friction fid = f(uv, F , a, q /dE) where u — dimensionless speed of the bottom drift net; F — relative area of the net;

v r ' О '

a — angle of the net attack; qE — weight in water of the net bottom selections per 1 m; dE — characteristic size (diameter) of the net bottom selections. Formulas to determine the values k and fid are presented. Algorithm to calculate the forcing and geometrical parameters of bottom drift net is proposed. The model of bottom drift net was tested in the flume tank of MariNPO Co. (Kaliningrad). Scale effects were estimated: they were < 1 % for linear values and < 7 % for forcing parameters. The scale effects were minimized by the way of absolute errors minimization between the model hydrodynamic quality kM and the hydrodynamic quality kH for a full-scale bottom drift net (kH-kM^min) and between the model coefficient of friction fidM and the coefficient of friction fidH for the real net (f -fdM^min).

Key words: drift net, physical modeling, scale effect.

* Hedocmyn Александр Алексеевич, кандидат технических наук, заведующий-кафедрой промышленного рыболовства, e-mail: anedostup@yahoo.com.

Введение

Плавные сети применяют, как правило, на реках: Волге, Дону, Кубани, Оке, Печоре, Неве и на других реках России и всего мира — для лова ходовой рыбы, которая мигрирует против течения. Ловят плавными сетями рыбу различных пород — сельдь, лосося, леща, судака, сазана, осетровых и др. Плавные сети, как и ставные, представляют собой сетное полотно, посаженное на подборы, оснащенные плавом и грузом (рис. 1).

Длина сети в посадке колеблется от 50-70 до 250-300 и даже до 600 м в зависимости от ширины плеса и условий лова. Высота сети также различна: от 1,5-2,0 до 8,0 м (Феофилактова, 1950; Отмахов, 1953; Мельников, 1981; Вой-никанис-Мирский, 1985; Дверник, 2007). Различают три способа эксплуатации сетей: плав по поверхности, плав "в полводы", или разноглубинный, и плав донный (Баранов, 1969).

Если сеть "сплывает" у поверхности воды — поверхностная плавная сеть (СПП) (рис. 2), то подъемная сила поплавков, которыми ее оснащают больше потопляющей силы грузил (Kawakami, 1964; Розенштейн, 2000; Литвинен-ко, 2003, 2004).

Рис. 1. Плавная сеть Fig. 1. The drift net

Рис. 2. Поверхностная плавная сеть Fig. 2. The surface drift net

Если сеть "сплывает" в пелагиали — разноглубинная плавная сеть (СПР) (рис. 3), то подъемная сила поплавков и буев, которыми ее оснащают, больше потопляющей силы грузил.

Если сеть "сплывает по дну" — донная плавная сеть (СПД) (рис. 4), то плав удерживает в воде только сеть без учета грузил. Загрузка нижней подборы й (рис. 5) выполняет две функции: во-первых, она заставляет сеть опуститься и двигаться по дну, и во-вторых, регулирует скорость движения сети по дну V. Чем больше загрузка, тем больше ее сила трения о дно, тем сильнее она тормозит движение сети. Загрузка также регулирует наклон сети — угол атаки а сетного полотна к вектору скорости потока воды. Чем сильнее торможение, тем меньше угол атаки (Баранов, 1969; Мельников, 1981; Войниканис-Мирский, 1985; Дверник, 2007).

При изменении загрузки й изменяется угол атаки сети а. Угол атаки сети увеличивает ее уловистость. Создается как бы козырек, которым накрывается рыба. Переход рыбы через верх сети от этого уменьшается. Однако слишком маленький угол атаки сети уменьшает высоту облавливаемого пространства. Учесть

Рис. 3. Разноглубинная плавная сеть: а — с буями и буйковыми поводцами; б — без буйковых поводцов

Fig. 3. The mid-water drift net: а — with buoys and buoy lines; б — without buoy

lines

Рис. 4. Донная плавная сеть Fig. 4. The bottom drift net

Рис. 5. Форма донной плавной сети: а — при рабочей скорости; б — при критической скорости

Fig. 5. The form of a strip of bottom drift net: а — at normal speed; б — at critical

speed

указанные факторы является важной задачей при обосновании эффективности лова рыбы.

Цель настоящей работы состоит в разработке метода расчета силовых и геометрических характеристик плавных рыболовных сетей и правил их физического моделирования.

Материалы и методы

Исследованием работы плавных сетей занимались многие ученые (Баранов, 1960, 1969; Ма^а, Sannomiya, 1977а, Ь, 1978; ^акат^ 1981; Войниканис-Мирский, 1985; Дверник, 2007; Недоступ, 2007). Под действием скорости течения и СПД "сплывает" со скоростью V, которая меньше скорости течения из-за действия силы трения Р возникающей между грунтом реки или другого водоема и нижней подборой СПД с оснасткой (рис. 5). Речные течения, особенно на крупных реках, имеют большие скорости, достигающие в половодье 1,5 м/с, а скорости 0,2-0,5 м/с являются обычными (рис. 5, а). Скорости 1,0—1,5 м/с являются критическими (рис. 5, б).

Так, японские исследователи Ма1^а и Sannomiya (1977а, Ь, 1978) приводят эмпирическое выражение для расчета скорости движения сети относительно движения водных масс V = и — V, полученное экспериментальным путем:

V = 0,8¡dG (1)

где 5 — высота сети; ¡1 — динамический коэффициент трения нижней подборы СПД о грунт водоема; G — вес в воде загрузки нижней подборы СПД, кг/с2; Q — сила плавучести оснастки верхней подборы СПД, кг/с2; к — размерный коэффициент сопротивления сети, кг/м3,

к = ^ , (2)

где сХ9о — коэффициент сопротивления нитки, расположенной перпендикулярно потоку воды (Kawakami, 1964, 1981; Фридман, 1981; Розенштейн, 2000); р — плотность воды; Р — относительная площадь сети (Фридман, 1981; Розенштейн, 2000; Недоступ, 2007).

После анализа работы СПД (численными методами исследовалась форма плавной донной сети) японские исследователи Ма1^а и Sannomiya (1977а, Ь, 1978) получили формулу для расчета скорости V:

V . (3)

V

Отметим, что в формулах (1) и (3) не используются весовые характеристики сети, распорная сила сети, геометрические и силовые параметры нижней подборы. Известно, что динамический коэффициент трения нижней подборы СПД о грунт водоема ¡¡л зависит от скорости "сплывания" V, веса в воде 1 м загрузки нижней подборы сети, qE = G/L, где . — длина сети (нижней подборы), и характерного размера детали оснастки нижней подборы сети (диаметр детали загрузки) йЕ (Недоступ, Ацапкин, 2007а, б).

М.М. Розенштейн (2000) предложил для расчета характеристик плавной донной сети использовать равенство

(а-а)ц = е90 р{и-и) 8Гов, (4)

где /л — статический коэффициент трения нижней подборы сети о дно водоема; c90 — коэффициент сопротивления сети, расположенной перпендикулярно потоку воды (Фридман, 1981; Розенштейн, 2000); 0 — коэффициент, характеризующий провис сети (Ревин, 1959).

Между тем использование равенства (4) для расчета плавных донных сетей влечет за собой большие ошибки в определении силовых и геометрических характеристик, так как не учтены вес сети в воде q (Недоступ, 2008) и распорная сила сети R , а коэффициент 0 рассчитывается по параболической зависимости (Ревин, 1959), что является ошибочным (Фридман, 1981; Недоступ, 2008).

Kawakami (Kawakami, 1981) предложил рассчитывать динамический коэффициент трения нижней подборы плавных донных сетей по формуле

/ =л + aum, (5)

где а и m — эмпирические коэффициенты, зависящие от материала подборы и характеристик грунта дна водоема.

Отметим, что при увеличении скорости "сплывания" v плавной донной сети динамический коэффициент трения / рассчитанный по формуле (5), увеличивается, что является неверным, ведь величина / с увеличением скорости v достигает максимального значения, а затем уменьшается (Федоров, 2003).

На основании результатов опытов Paschen (Paschen, 2005; Недоступ, 2007) представим коэффициент / d как

I щ.ЗЛ. -

/ = 0,765 • ^ dE >, (6)

где nt = 0,0042 м2/Н и и2 = 0,544 с/м — эмпирические коэффициенты.

Отметим, что зависимость (6) справедлива при условии, что грунт — песок и для диапазонов физических условий 80 Н/м2 < q /dE < 300 Н/м2 и 0,2 м/с < v < 1,0 м/с.

Составим уравнение равновесия сил, действующих на СПД (без учета гидродинамического сопротивления оснастки верхней и нижней подбор Rx = 0) (Недоступ, 2007; Rozenshtein et al., 2007a, b):

Fd = Ъ (7)

где Fd — сила трения нижней подборы сети о грунт; Rx — сила сопротивления сети.

Представим силу трения Fd как

Fd = (G + q + Ry - Q)/d , (8)

где q — вес в воде сети; Ry — вертикальная составляющая полного гидродинамического давления воды на сеть.

Подставим выражение (7) в (8), получим:

(G + q + Ry - Q= Rx. (9)

Разделим левую и правую части выражения (9) на Rx 2, тогда:

' G+q+R - Q1

R R R R

/ = 1. (10)

Запишем безразмерные комбинации: р = О^х, £ = q|Rx, у = Q|RX и Ry/Rx, а х = -С-^+¥ (Недоступ, 2007; Rozenshtein е! а1., 2007а, Ь). Запишем выражение (10) в виде

р-х=— (11)

Подставим выражение (6) в формулу (11), получим:

1

ф-Х = -

0,765 • е

Введем дополнительный параметр иу ния" СПД:

и =

и

и'

безразмерную скорость "сплыва-

(13)

На основании вышеприведенных формул составим алгоритм расчета силовых и геометрических характеристик СПД (рис. 6). В алгоритме приводятся следующие обозначения: Рн — площадь ниток сети; с90 — коэффициент сопротивления сети, расположенной перпендикулярно потоку воды; с0— коэффициент сопротивления сети, расположенной параллельно потоку воды; Н — вертикальная и I — горизонтальная проекция сети (Недоступ, 2007, 2008; Rozenshtein е! а1., 2007а, Ь). Алгоритм расчета характеристик СПД (рис. 6) позволяет определить:

— угол атаки сети а, тем самым обосновав эффективность лова рыбы (см. п. 9);

— вертикальную Н и горизонтальную I проекцию сети (см. п. 13);

— скорость "сплывания" сети V (см. п. 3);

— коэффициент трения ¡1 (см. п. 14);

— силы Я и Я (см. п. 11);

х у ,

— гидродинамическое качество сети к = Яу/ Ях.

На рис. 7 и 8 изображены трехмерные зависимости к = f(uv, а, Ро) и ¡¡й = f(uv, а, Р) для СПД, полученные на основании использования алгоритма (см. рис. 6), имеющего следующие конструктивные характеристики: й = 0,7 мм; а = 60 мм; Ро = 0,027; д = 43 Н; их = 0,5; и = 0,1 + 0,6 м/с; Ь = 50 м; 5 = 3,0 м; q = 14,3 Н; в = 51,1 Н; йЕ = 10 мм.

Воспользовавшись анализом размерностей и я:-теоремой (Седов, 1954; Эпш-тейн, 1970; Фридман, 1981; Гусман, 1993; Розенштейн, 2000), установим критерии подобия процессов, происходящих с плавными донными сетями. Составим систему критериев подобия СПД (критерии П—П7, П20 выведены А.Л. Фридманом (1981), критерий П19 получен В.А. Беловым (2000), а критерии П8-П18 — автором настоящей статьи):

П = ^; я2 =а

я5 = N6; П6 =е:

П3 = Re; П7 = Бк;

п4 = п

п8 =

у

с

с с

= 1;

П

с,

Сс Сл

сю " Е

1; П

с

10

С С2

П11

с„

с с2

1;

сс

П =_

П12 с с 2

сРгР CV

=1;

сс

П _ сЛесУ*

13

с

с

1; П14 = с с 2с 4

сРгр CVс1

Ш_= 1; П =

1 П 15

с

сс

сРгр CV

Шг=1;

п

16

с,= 1;

П17 = = 1

Д. = С = 1;

П

19

4Т = V V

По =1

где П — сплошность сети; П2 — углы ориентации элементов сети; П3 — критерий Рейнольдса; П4 — обобщенный критерий Фруда; П5 — критерий Ньютона;

(О

Начало

1. Ввод: d,a,ux,u ,G,Q,q,L,S,p,v,U,dB

I

2. F0,

3. и

4. V

Hd

5. Re

6. C9Q, C0

7. x^p

9. a

10. CX , ^y

11. Rx, Ry

12. x

Конец

F = d / a-ux'uy;

F„ =

-[V = U -v

-¡2 Re = d-V/v

C9Q = 16- (2-Fo /Re)

cQ = 0,1 Re0

v = QR; Z = q/R* x = -Z+w; p = g/r*

£

a = arctg (X/o)

co = e

c* = c0 +(c90 -c0)sina,cy =(0,6 a-0,385-a2))

R = с -

p- V

p-V2

2 Fh , Ry = cy 2

■F„

13. h,l

1

£ id = 0,765 ^

С Y1 = p-x; Y2 = 1/id

Рис. 6. Алгоритм расчета силовых и геометрических характеристик СПД. Пояснения в тексте

Fig. 6. Algorithm of calculation of force and geometrical characteristics of bottom drift net. Explanations ave given in the text

П6 — безразмерная величина относительной деформации ниток и подбор; П7 — критерий Струхала; П8 — критерий, характеризующий сдвиг грунта, где Ст — масштаб сопротивления грунта сдвигу, С — масштаб плотности грунта, C?V —

ргр V

286

X = 1 - e~x

2

масштаб скорости; Я9 — критерий, характеризующий равную безразмерную силу трения, где СЕ — масштаб силы трения нижней подборы о грунт, СС — масштаб связности грунта, Сй — масштаб диаметров деталей оснастки нижней подборы сети (диаметр детали загрузки); Я10 — критерий, характеризующий равную безразмерную силу трения (аналогичный критерий с Я9), причем СС = Ст (Сеславинский, 1975)? Я11 — критерий удельной нормальной нагрузки на грунт, где С — масштаб удельной нормальной нагрузки на грунт; Я12 — критерий связности грунта; Я13 — критерий, характеризующий форму детали загрузки нижней подборы, ее вес в воде и связность грунта, где С , — масштаб объемного веса детали загрузки нижней подборы СПД в воде; Я14 — критерий изгибной жесткости, где С1 — масштаб геометрических характеристик (масштаб длины нижней подборы СПД), СЕ1 — масштаб из-гибной жесткости нижней подборы СПД; Я15 — критерий упругости грунта, где СЕ — масштаб модуля упругости грунта; Я = С — масштаб стати' 16 ¡1

ческих коэффициентов трения нижней подборы СПД о грунт;

Я.. = С

17 ¡й

Рис. 7. Зависимость k = f(u , F = 0,027, а)

^ V О ' ' '

Fig. 7. Three-dimensional dependences k = f(uv, = 0.027, а)

масштаб динами-

Рис. 8. Зависимость и, = f(u , F = 0,027, а, q/d = 100 Н/м2)

Fig. 8. Three-dimensional dependences ud = f(uv, F = 0.027, а, q/d = 100 Н/м2)

ческих коэффициентов трения нижней подборы СПД о грунт; Я18 = С^ — масштаб углов внутреннего трения грунта; Я19 — критерий, характеризующий частоту колебаний ниток и подбор, где f — частота колебаний ниток и подбор; Я20 — критерий укрута ниток.

Необходимым условием моделирования движения СПД является

Сс = С= С

(14)

"гр Е

Если при физическом моделировании грунт по своим механическим свойствам одинаков у натуры и модели, тогда можно записать (Недоступ, Ацапкин, 2007а, б):

с

=1, (15)

CdE

где Cq — масштаб веса в воде 1 м загрузки нижней подборы СПД. Выражение (15) можно записать в виде

C C

-C^ = -с^ = 1, (16)

с с CC

L dE L dE

где CG = CR — силовой масштаб СПД.

Аналогично движению урезов донного невода (Недоступ, Ацапкин, 2007а, б) при моделировании движения нижней подборы СПД по грунту (если при физическом моделировании грунт по своим механическим свойствам одинаков у натуры и модели (14)) имеем

Cd

Cf == 1. (17)

CL

Исходя из приведенных критериев и математических выкладок выделим критерии геометрического (конструктивного) и силового подобия для элементов СПД. Критерии геометрического подобия: сети П,, П2, П6 и П20; подбор П2, П6 и П20; плава П2 и загрузки П2. Критерии силового подобия: сети П3-П5, П7 и П17; подбор П3-П5 и П7-П19; плава П3-П5 и П7; загрузки П3-П5 и П7-П19. Экспериментально установлены автомодельные области, в пределах которых некоторое изменение ряда основных критериев подобия не оказывает существенного влияния на результаты физического моделирования по ряду параметров, определяющих процесс работы СПД. Установлено также, что исследуемые процессы в пределах изменения параметров, имеющих место при работе СПД, могут не контролироваться по следующим критериям: для сетей П3 > 600 и П4 > 130; канатов, веревок 102 < П3 < 105 и П4 > 130; плава, загрузки 103 < П3 < 105 и П4 > 5. Условие П1 = idem всегда можно выполнить. По условию П2 судят о правильности выполнения правил подобия. Условия П3 = idem и П4 = idem выполнимы. Условие П5 выполнимо. Условия П6 = idem, П7 = idem, П8 = idem, П9 = idem выполнимы. Условия П8 = idem, П9 = idem, П10 = idem, П11 = idem, П12 = idem, П,3 = idem, П.. = idem, П,5 = idem, П,6 = idem, П,7 = idem и П,8 = idem выполни-

13 '14 '15 '16 ' 17 18

мы, если при физическом моделировании грунт по своим механическим свойствам одинаков у натуры и модели. Условия П19 = idem и П20 = idem выполнимы. По итогам настоящих исследований можно будет сказать, как качественно в совокупности влияют характеристики СПД на масштабный эффект. Критерий Струхала П7 в настоящей работе не рассматривается, так как исследуется стационарный процесс движения СПД.

На основании теории моделирования определим соотношения безразмерных сил (10), действующих в СПД:

GM - GH LMd E.f LH d E

(P-X)h

■ e

(p-x) "11 tJ--iFHh + "2 (и» -им )

W Х)М = e [LMdEm LHdEh j (18)

где индексом "н" обозначены характеристики натурной СПД, а индексом "м" — характеристики модели СПД.

Левая часть выражения (18) стремится к единице, или (рр-х}м ^ \. Тогда,

{Р-Х)н

прологарифмировав выражение (18), имеем:

288

7М ^н

+ п2 ( -им )= о . (19)

Перепишем выражение (19) в виде:

(1 -Сг )= 0 , (20)

1 1Нd Ен

-1

с1к

+ П 2 ин

где йм = Сд ■ йн; Ьм = Сь ■ Ьн; dEM = СЕ ■ k ■ dEH (k — коэффициент пропорциональности); Ум = Су ■ Ун (йу = Си ■ — масштаб скорости).

Запишем основные критерии моделирования для СПД в индикаторном виде: критерий Я1 —

СЕ = 1; (21)

' о

критерий Я2 —

С = 1; (22)

а ' 4 '

критерий Рейнольдса Я3 —

Cd ■ Су/Сг = 1; (23)

критерий Ньютона Я5 —

СК • Са /Ск • Ср • С • С1 • С, = 1; (24)

критерий Я17 —

С = 1, (25)

где Сл = dм/ dн — масштаб диаметров ниток — диаметр нитки модели сети; dн — диаметр нитки натурной сети); Су = 1 — масштаб коэффициентов кинематической вязкости воды; С — масштаб шага ячеи; С = с /с = с /с —

а к. хм хн ум ^ ун

масштаб гидродинамических коэффициентов сопротивления или распорной силы сети; Ср — масштаб плотности воды.

Условия (21)-(25) заменим следующими правилами моделирования плавных сетей:

кн - км ^ 0; (26) и - и ^ 0, (27)

йн йм

где км — гидродинамическое качество модели сети; кн — гидродинамическое качество натурной сети; и — динамический коэффициент трения оснастки ниж-

М

ней подборы модели СПД; и — динамический коэффициент трения оснастки нижней подборы натурной СПД.

Таким образом, при моделировании СПД необходимо выполнить условия моделирования (26) и (27). С учетом (18) подбирается коэффициент пропорциональности к, характеризующий форму детали загрузки нижней подборы модели плавной сети. По аналогии с правилами моделирований ставных сетей (Недоступ, 2008) определяют характеристики модели сети dм, ам и соответствующее

им стандартное значение ам, а также и , исходя из следующих зависимостей:

м хм

Со • Р0н = dм|aм-1/ыХм-д/1 -< ); (28)

йм =Ум • Reн• Cd • Су/(Ум • С,), (29)

где Ум — коэффициент кинематической вязкости воды в модельных условиях. С учетом условий (19), (20) и (24) подбираются значения dE , Qм и йм.

Результаты и их обсуждение

Рассмотрим поэтапно методику моделирования донной плавной сети.

1. Определяем масштаб геометрических характеристик СПД:

Cl = , (30)

SH

где Ьгк = SM — максимальная глубина экспериментальной установки, м.

2. Исходя из (28) и (29), определяем dM.

3. Исходя из характеристик экспериментальной установки, определяем скорость потока воды UM.

4. Определяем длину модели СПД LM:

LM = 1 гк - 2 ' *гк> (31)

где 1гк — ширина рабочего участка экспериментальной установки; t = 0,4 ' м — для ЗАО "МариНПО" (Недоступ, 2008).

5. Исходя из критерия Пр подбираем шаг ячеи ам модели сети и значения

посадочных коэффициентов u , (uy = д/ 1 - u2x ) с учетом (28). Определяем

вес в воде выбранной модели сети qM.

6. Рассчитываем характеристики модели СПД по алгоритму, приведенному на рис. 6, с учетом характеристик модели сети. С учетом критерия П5 подбираются значения qM, GM и QM. С учетом выражения (20) — значения dE .

7. Уточняем равенство линейного масштаба:

C = Sм _ lm _ hM _

sh lh hh lh

8. Уточняем значения критериев подобия: П^П5 = idem и П = idem.

9. Расчетную модель оснащаем плавом QM и загрузкой нижней подборы GM и проводим эксперименты на выбранной установке.

10. Определяем масштабный эффект

— геометрических характеристик:

MX =, (32)

CLXH

где Хм — экспериментальная геометрическая характеристика модели сети; XH — расчетная геометрическая характеристика натурной сети;

— силовых характеристик:

MR =. (33)

crrh

где RM — экспериментальная силовая характеристика модели сети; RH — расчетная (экспериментальная) силовая характеристика натурной сети.

Для проверки на точность метода физического моделирования СПД в гидроканале ЗАО "МариНПО" (г. Калининград) были проведены эксперименты с образцом полоски СПД (Недоступ, 2008), характеристики которой приведены в табл. 1 . Далее примем эти характеристики за натурные данные СПД.

Эксперименты проходили в два этапа для натурной сети и ее модели: 1-й этап — определение скорости течения, при которой происходит отрыв и скольжение нижней подборы по дну гидроканала; 2-й этап — определение силы сопротивления Rx и проекций сети на вертикальную h и горизонтальные l оси при различных скоростях потока воды и "сплывания" сети. Схема проведения экспериментов показана на рис. 9,

Таблица 1

Характеристики натурной СПД

Table 1

The characteristics of full scale bottom drift net

dH, ан, UxH Q„, G„, dEW FoH F HH ^Н Материал

м м мм мм Н Н Н мм м2 нижней

подборы

3,0 1,74 0,7 60 0,5 0,5 1,5 1,78 10,0 0,027 0,141 0,15 Сталь

Примечание. ¡xH = 0,15 (металл (дно гидроканала) по металлу (трубка) в воде).

где 1 — полоска СПД; 2 — раздвижной нож; 3 — тен-зодатчик измерительной станции М1С-200; Н — вертикальная проекция СПД; I — горизонтальная проекция полоски СПД. Э кспери-менты проводились при скоростях потока воды для натурной СПД ин = (0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 и 0,6 м/с) и для ее модели и м = (0,06; 0,10; 0,17; 0,23; 0,29 и 0,34 м/с). Для измерения силы сопротивления полоски СПД Я применялась тензо-метрическая станция М1С-200 и два тензодатчика, установленные по концам отрезка нижней подборы (Недоступ, 2008). Измерения силы сопротивления проводились в стационарном режиме (при постоянных значениях скоростей потока воды и).

С учетом правил моделирования (21)-(25) были определены масштабы моделирования СПД (табл. 2).

Рис. 9. Схема проведения экспериментов с образцом полоски СПД. Пояснения в тексте

Fig. 9. The scheme of experiments with the sample of a size of bottom drift net. Explanations ave given in the text

Масштабы моделирования плавной донной сети Modelling scales of full scale bottom drift net

Таблица 2 Table 2

Cd C a CUx CV CL CFo C FH CR Ck C ß C p Cv

1 ,75 1,76 1,0 0,57 0,61 1,0 0,368 0,12 1,0 1,0 1,0 1,0

Конструктивные параметры модели плавной донной сети приведены в табл. 3.

Таблица 3 Table 3

Характеристики модели плавной донной сети The characteristics of model bottom drift net

м м мм aM, мм UxM Н Qм, Н Н dEM, мм F f FoM F HM, м2 Материал нижней подборы

1,8 1,0 1,21 106 0,5 0,06 0,18 0,2 1,3 0,027 0,052 Сталь

Примечание. ¡лм = 0,15 (металл (дно гидроканала) по металлу (проволока) в воде).

На рис. 10, 11 изображены трехмерные зависимости к = f(u , Р , а) и ^ = Р о = 0,027, ан) СПД.

Рис. 10. Зависимости ku = f(u , F = 0,027,

H ,J y V o ' '

ан) и kM = f(uv, Fo = 0,027, aM)

Fig. 10. Three-dimensional dependences kH = = f(uv, Fo = 0.027, ан) and kM = f(uv, Fo = 0.027,

aM)

Рис. 11. Зависимости = f(u , F = 0,027,

, , ~dH J, V o ' '

ан, Ян/dH = 100 Н/м2) и ^m = f(uv, Fo = 0,027, ам, ^м/dM = 100 Н/м2

Fig. 11. Three-dimensional dependences fidH = = f(uv, F = 0,027, aH, qH/dH = 100 Н/м2) and VdM = f(uV, Fo = °.°27, ам, qM/dM = 100 н/м2)

В табл. 4 приведены значения отношений Нн/ 1Н и Нм/ 1М для различных безразмерных скоростей потока воды

В данном примере моделирования СПД (рис. 10 и 11, табл. 4) отклонение от натурных значений kн характеристик модели kм, или величина масштабного эффекта по линейным размерам, составляет менее 1 %. Величина масштабного эффекта по силовым характеристикам (рис. 10 и 11) составляет не более 7 %.

Заключение

Таким образом, в настоящей статье приведены условия подобия плавных рыболовных сетей. С помощью разработанного метода расчета геометрических и силовых характеристик СПД можно определить угол атаки сети, скорость "сплывания", вертикальную и горизонтальную проекции высоты сети, сопротивление сети и другие параметры.

Масштабы физического моделирования рыболовной плавной сети обоснованы с учетом ранее выведенных А.Л. Фридманом (1981) и В.А. Б еловым (2000) критериев подобия. Определены конструктивные и силовые характеристики модели СПД. Проведенные в гидроканале ЗАО "МариН-ПО" экспериментальные исследования с натурной СПД и ее моделью позволили обосновать методику физического моделирования рыболовных плавных сетей. Получены численные значения масштабных эффектов по значению

Таблица 4

Значения hH/lH и hM/lM для различных значений безразмерной скорости uv

Table 4

Values hH/lH and hM/1 of dimensionless relations of a full scale bottom drift net and its model for five values of dimensionless speed u

Характеристика СПД 0,001 0,52 u v 0,69 0,78 0,83 0,87

hH/lH hM/lM 1,21 1,22 1.30 1.31 1,40 1 ,42 1 ,53 1,54 1,68 1,69 1 ,860 1,865

гидродинамического качества плавной сети, динамическому коэффициенту трения нижней подборы о грунт, вертикальной и горизонтальной проекциям высоты сети. По линейным размерам значение масштабного эффекта составляет менее 1 %, по силовым характеристикам — не более 7 %.

Список литературы

Баранов Ф.И. Избранные труды. Т. 1: Техника промышленного рыболовства : монография. — М. : Пищ. пром-сть, 1969. — 719 с.

Баранов Ф.И. Техника промышленного рыболовства : монография. — М. : Пи-щепромиздат, 1960. — 696 с.

Белов В.А. Гидродинамика нитей, сетей и сетных конструкций : монография. — Калининград : МариНПО, 2000. — 201 с.

Войниканис-Мирский В.Н. Рыболовные материалы, сетные и такелажные работы. Справочник. — М. : Агропромиздат, 1985. — 184 с.

Гусман А.А. Теория подобия, размерностей, характеристические масштабы : монография / А.А. Гусман, А.А. Зайцев. — М. : Росвузнаук, 1993. — 75 с.

Дверник А.В. Устройство орудий рыболовства : монография / А.В. Дверник, Л.Н. Шеховцев. — М. : Колос, 2007. — 273 с.

Литвиненко А.И. Орудия промышленного рыболовства внутренних водоемов России. Справочник. Т. 3: Орудия промышленного рыболовства южных районов Европейской части России. — Тюмень : ГОСРЫБЦЕНТР, 2003. — 248 с.

Литвиненко А.И. Орудия промышленного рыболовства внутренних водоемов России. Справочник. Т. 4: Орудия промышленного рыболовства центрального, северного и северо-западного районов Европейской части России. — Тюмень : ГОСРЫБЦЕНТР, 2004. — 242 с.

Мельников В.Н. Техника промышленного рыболовства : монография / В.Н. Мельников, В.Н. Лукашов. — М. : Легк. и пищ. пром-сть, 1981. — 311 с.

Недоступ А.А. Алгоритм расчета характеристик донной плавной сети // Изв. КГТУ. — 2007. — № 13. — С. 38-41.

Недоступ А.А. Метод расчета силовых и геометрических характеристик ставных сетей. Физическое и математическое моделирование ставных сетей // Изв. ТИНРО. — 2008. — Т. 154. — С. 295-323.

Недоступ А.А., Ацапкин Е.К. Исследование коэффициента трения урезов снюрре-водов // Мат-лы междунар. науч.-техн. конф. "Наука и образование — 2007 (МГТУ)". — М., 2007а. — С. 1030-1033.

Недоступ А.А., Ацапкин Е.К. Моделирование характеристик урезов снюррево-дов с учетом механических свойств грунтов // Мат-лы междунар. науч.-техн. конф. "Наука и образование — 2007 (МГТУ)". — М., 2007б. — С. 1034-1038.

Отмахов В.И. Бригадная организация плавного сетного лова // Рыб. хоз-во. — 1953. — № 8. — С. 43-44.

Ревин А.С. Исследование влияния структуры и формы траловой сети на ее сопротивление в воде // Сб. науч. тр. ВНИРО. — 1959. — Т. 41. — С. 66-82.

Розенштейн М.М. Механика орудий промышленного рыболовства : монография. — Калининград : КГТУ, 2000. — 364 с.

Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике : монография. — М. : Гос. изд-во тех. лит-ры, 1954. — 328 с.

Сеславинский В.И. Грунты — область взаимодействия тралирующих орудий лова // Изв. ТИНРО. — 1975. — Т. 94. — С. 184-194.

Федоров С.В. Основы трибоэргодинамики и физико-химические предпосылки теории совместимости : монография. — Калининград : КГТУ, 2003. — 410 с.

Феофилактова А.Г. Двухстенные плавные и двухстенные и трехстенные ставные сети // Рыб. хоз-во. — 1950. — № 1. — С. 29-30.

Фридман А.Л. Теория и проектирование орудий промышленного рыболовства : монография. — М. : Лег. и пищ. пром-сть, 1981. — 327 с.

Эпштейн Л.А. Методы теории размерностей и подобия в задачах гидромеханики судов : монография. — Л. : Судостроение, 1970. — 208 с.

Kawakami T. The theory of designing and testing fishing nets in model // Modern fishing gear of the World 2. — L. : Fishing News Books, 1964. — Р. 471-482.

Kawakami T. Введение в анализ орудий лова : монография. — Токио : Косейся-косейкаку, 1981. — 140 с. (Пер. с яп.)

Matuda K., Sannomiya N. Theory and design of bottom drift net — I. A method of numerical analysis on the motion of gear // Bull. of the Jap. Soc. of Scien. Fish. — 1977а. — № 43(6). — P. 669-678.

Matuda K., Sannomiya N. Theory and design of bottom drift net — II. Results of numerical analysis on the motion of gear // Bull. of the Jap. Soc. of Scien. Fish. — 1977b. — № 43(6). — P. 679-687.

Matuda K., Sannomiya N. Theory and design of bottom drift net — III. Analytical solutions of equation of motion of gear // Bull. of the Jap. Soc. of Scien. Fish. — 1978. — № 44(1). — P. 7-13.

Paschen M. Seabed-Structure-Interaction of selected Fishing Gear Elements // Contributions on the Theory of Fishing Gears and Related Marine Systems (DEMAT'05). — 2005. — Vol. 4. — P. 207-222.

Rozenshtein M.M., Nedostup A.A., Popov S.V., Ermakova T.V. Some questions of numerical and physical modelling of fishing gears // 12th International Congress of the International Maritime Association of the Mediterranean IMAM 2007. Maritime Industry, Ocean Engineering and Coastal Resources. — L., 2007a. — P. 953-959.

Rozenshtein M.M., Nedostup A.A., Ermakova T.V. Physical modelling of gill net, drift net and trawl net // Methods for the development and evaluation of maritime technologies DEMAT 2007. — Rostock, 2007b. — P. 89-100.

Поступила в редакцию 30.06.08 г.