Метод расчета силовых и геометрических характеристик пространственных рыболовных сетей Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Известия ТИНРО

2010 Том 163

ПРОМРЫБОЛОВСТВО

УДК 639.2.081.117

А.А. Недоступ, Д.А. Володько*

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

МЕТОД РАСЧЕТА СИЛОВЫХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОСТРАНСТВЕННЫХ РЫБОЛОВНЫХ

СЕТЕЙ

Приводятся результаты формализации пространственных сетей, а также результаты физических экспериментов, проводимых с моделями пространственных сетей в гидроканале ЗАО "МариНПО". Получены эмпирические зависимости, связывающие силовые и геометрические характеристики пространственных сетей в диапазоне: 10 < Re; 0,004 < F < 0,165; 0,1 < h,/S, < 0,98; 0,05 < l,/S, < 0,85; 0,1 < h2/S2 < 0,98; 0,05 < l2/S2 < 0,85; 0,2 < x, < 3,5; 0,2 < x2 < 3,5; 0,1 < к < 2,1. Ошибка аппроксимирующих зависимостей составляет не более 8 %. Приводится метод расчета силовых и геометрических характеристик пространственных разноглубинных рыболовных сетей. Метод расчета позволяет: определить сопротивление пространственной рыболовной сети Rx; определить глубину погружения верхней подборы сети H; рассчитать натяжение в оттяжках F; определить плавучесть оснастки верхней подборы сети Q, загрузку оснастки нижней подборы сети G, держащую силу якорей, необходимую для безаварийной работы ставных разноглубинных сетей, и в результате подобрать якоря.

Ключевые слова: эксперимент, пространственная сеть, гидроканал, ПС,

3D.

Nedostup A.A., Volodko D.A. Method of force and geometrical parameters calculation for spatial gill nets // Izv. TINRO. — 2010. — Vol. 163. — P. 388-407.

Results of spatial gill nets formalization, as well as results of experiments with their models in the flume tank of MariNPO Ltd. are presented. Empirical dependences between force and geometrical parameters of the nets are determined for the range: 10 < Re; 0.004 < F < 0.165; 0.1 < h,/S, < 0.98; 0,05 < l,/S, < 0.85; 0.1 < h2/S2 < 0.98; 0.05 < l2/S2 < 0.85; 0.2 < x, < 3.5; 0.2 < x2 < 3.5; 0.1 < к < 2.1. The dependencies approximate the experimental data with residuals < 8 %. New method of the force and geometrical parameters is proposed suitable for spatial mid-water gill nets.

The method allows to define the following parameters: net resistance; depth of its high line; its ropes pull; buoyancy of its high line equipment; loading of its bottom line equipment; and holding force of anchors for trouble-free operation of the net. The latter parameter is necessary for the anchor selection.

Key words: model experiment, spatial gill net, flume tank.

* Недоступ Александр Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой, e-mail: [email protected]; Володько Дмитрий Александрович, магистр, e-mail: [email protected].

Введение

Сетные рыболовные орудия представляют собой сети пространственной формы (далее ПС). Даже самые простые орудия лова, такие как ставные и плавные сети, которые при изготовлении представляют собой прямоугольные сетные полотна, в условиях эксплуатации под действием течения воды или при "всплы-вании" прогибаются, принимая пространственную форму, или 3D сетную оболочку. Пространственная сеть также является частью более сложных орудий лова, таких как крыло ставного невода, стенка кошелькового невода, сеть закидного невода в процессе замёта и др. Исследованию пространственных сетей посвящены работы многих ученых (Tauti, 1934; Kawakami, 1964; Miyazaki, 1970; Зонов, 1971; Matuda, 1972a-d; Иванов, Фридман, 1973; Иванов, 1975; Свекло, 1986; Hianwei, 1987; Lee et al., 2007), но до сих пор вопрос определения связи геометрических и силовых характеристик пространственных рыболовных сетей остается актуальным.

Актуальность исследования пространственных сетей заключается в определении зависимости геометрических параметров сети от нагрузок, действующих в ней (Недоступ, 2008).

Известно, что для изучения различных физических явлений, происходящих в сетных орудиях рыболовства, применяются как теоретические, так и экспериментальные методы исследований. Сущность теоретических исследований процессов и явлений заключается в составлении описывающих их конечных или дифференциальных уравнений и последующем их решении совместно с условиями однозначности. Однако во многих случаях при изучении сложных явлений составление адекватных математических их описаний вызывает значительные трудности, в других случаях решение уже составленных уравнений требует преодоления больших математических проблем, не всегда удаётся определить условия однозначности и т.д. Таким образом, возможности теоретических методов исследования не безграничны, они, как правило, применимы лишь для решения сравнительно простых задач.

Так, в связи со специфическими особенностями орудий рыболовства — гибкостью, формоизменяемостью и проницаемостью — большинство случаев их движения в воде ещё не имеет соответствующих математических описаний, хотя в последнее время проводится большая исследовательская работа в этом направлении. В тех случаях, когда с помощью теоретических методов и исследований не удаётся решить ту или иную задачу, используют экспериментальные методы. Последние включают в себя методы натурного эксперимента и методы эксперимента с моделями. В настоящей статье приводятся результаты экспериментальных исследований силовых и геометрических характеристик моделей пространственных сетей.

Материалы и методы

Форма разноглубинной ставной пространственной сети, закрепленной с помощью оттяжек и якорей, приведена на рис. 1.

Рассмотрим пример схематизации ПС. На рис. 2 и 3 изображена форма полоски разноглубинной ПС и приложенные к ней силы. Приведем все действующие силы на полоску сети к центру масс (Недоступ, 2008; Недоступ, Володько, 2008): V — скорость потока воды; Rx — гидродинамическая сила сопротивления; Ry — распорная сила; Rz — боковая сила; Q — плавучесть оснастки верхней подборы; G — вес в воде оснастки нижней подборы; q — вес в воде ПС; R — результирующая сила; у — угол наклона ПС к плоскости OZX; h — вертикальная проекция; l — горизонтальная проекция; l — смещение нижней подборы ПС по оси OX; ß — угол поворота ПС к плоскости OZY; Lm — расстояние между "мертвыми" якорями.

Плав

«Мертвый» якорь

Пространственная разноглубинная сеть

Загрузка

Рис. 1. Форма разноглубинной ставной пространственной сети, закрепленной с помощью оттяжек и якорей

Fig. 1. Shape of a mid-water spatial gill net fixed by ropes and anchors

Z

Рис. 2. Форма разноглубинной ПС и действующие силы

Fig. 2. Shape of a mid-water spatial gill net and the operating forces

Z

L

Rz

Rr

R

Rx

Рис. 3. Вид сверху на ПС Fig. 3. Top view of a spatial gill net

l

По рис. 3 определим горизонтальную проекцию условной высоты сети по оси ОХ:

1

1

cos в

(1)

Запишем уравнение равновесия разноглубинной ПС (2) и донной ПС (3) при повороте оси OY на 1800:

Я2 = (О + д - ^ )2 + Я + % + Я2хЕ ,

Я2 = (0 - д - Яу )2 + Я2 + Я2 + Я2

хЕ

(2) (3)

Определим результирующую силу для разноглубинной и донной ПС из уравнений (2) и (3):

Выразим из-под корня сумму (Я + Я Е), получим:

л = (В + ВЛ в = (В+ВЛ

1 +

, о Л2 /

З + q - В

В + В

"хЕ

+

_В

в + В

2

хЕ

1 +

2

'б-q-В

В + В

"хЕ

+

В

2

В + В

Перепишем вышеприведенное выражение (5) в виде:

В _

Вх + ВхЕ

В _

Вх + ВхЕ "Ц

1 +

В

2

Вх + ВхЕ Вх + ВхЕ Вх + ВхЕ

+

Вг В + В

2

"хЕ

1 +

б

В

2

Вх + ВхЕ Вх + ВхЕ Вх + ВхЕ

+

В

2

В + В

Зная, что безразмерные характеристики (Недоступ, 2008): — для разноглубинной ПС

(4)

(5)

(6)

V"

О

Я + Я

С

д

Я.. + Я.

ХЕ

Я + Я

— для донной ПС

Я + ЯхЕ

где у — безразмерная сила плавучести оснастки верхней подборы — для разноглубинной ПС (7) или безразмерная сила загрузки оснастки нижней подборы — для донной ПС (8); £ — безразмерный вес в воде ПС; Е — безразмерная распорная сила сети — для разноглубинной ПС или безразмерная заглубляющая сила сети — для донной ПС (7); х — безразмерная вертикальная составляющая результирующей силы ПС.

Введем безразмерные характеристики (Недоступ, Володько, 2008):

П =

к =

Я

Я. + Я

Я

Я + Я

\2

(9)

где п — безразмерная боковая сила ПС; к — безразмерная результирующая сила ПС.

В соответствии с выражениями (6) представим второе выражение (9) в виде

к-

При условии в = 00 формула (10) выглядит следующим образом:

к = х.

Гидродинамические силы, действующие в ПС:

(10) (11)

Я = с ру2 Я

X Л 2 н

Я = с ру2 Я

У У 2 н

Я = с ру2 Я

2 2 2 н

(12)

где с , с и с

р — плотность воды,

гидродинамические коэффициенты; И — площадь ниток ПС,

Сх = С0 + (С90 - С0 )т ах

су = 0,25С90Я0 ( - 3,85а2) сг = 0,25с90( - 3,85а2)

(13)

где с90 = 16(2Ио/Ре)0,28 — коэффициент сопротивления сети, расположенной перпендикулярно потоку воды; с0 — коэффициент сопротивления сети, расположенной параллельно потоку воды; ах, а и аг — углы, характеризующие ориентацию ПС в пространстве и зависящие от углов в и у, которые в свою очередь зависят от безразмерных сил х и п; Ио — сплошность ПС.

392

С учетом последних исследований A.A. Недоступа (на основании экспериментальных данных (Lee et al., 2007)) запишем выражение для определения коэффициента сопротивления сети, расположенной параллельно потоку воды:

с0 = Fc Re

-Ь2

(14)

где Ь2 = 0,165 — коэффициент для капроновой сети.

Для оценки углов в и у необходимо определить связь геометрических и силовых характеристик ПС, построив экспериментальные зависимости:

А = - = f (к)

S

(0 = — = f (к)

S w

(15)

где Я = Н/ Б — безразмерная вертикальная проекция и а> = I / Б — безразмерная горизонтальная проекция, они также являются функциями безразмерных сил к (15), причем к — параметр.

Определение явных зависимостей (15) позволит рассчитывать силовые и геометрические характеристики пространственных сетей различных орудий рыболовства.

Отметим, что, рассматривая орудие рыболовства (ставная сеть, плавная сеть и др.) как пространственную сеть, необходимо учитывать стягивающие усилия в точках крепления оттяжек Т (рис. 4 и 5).

у

t*

Qi А

Ryil\

Rxi

n

Рис. 4. Форма ПС с гибкими подборами и действующие силы

Fig. 4. Shape of a spatial gill net with flexible lines and the operating forces

Рис. 5. Форма ПС с гибкими подборами и действующие силы: а — в плоскости OYX; б — в плоскости OXZ

Fig. 5. Shape of a spatial gill net with flexible flanks and the operating forces: а — in the plane OYX; б — in the plane OXZ

Тогда запишем выражение (10) в виде

к = л1х2 + , (16)

где о — безразмерное стягивающее усилие в точках крепления оттяжек, о = = T /(R + R E).

z' v x xE/

Если вектор скорости течения направлен не перпендикулярно сетному орудию рыболовства (разноглубинной ставной сети), тогда

к = Ухi2 + (°i у

К2 =л1х2 + (о2 у

(17)

где X, = + Z, + Щ, Щ = C1/(Rx1 + ^.Х Z, = q1/(Rx1 + RJ, 4 = R 1/(Rx1 + ЯеЛ

= Tz1/(Rx1 + Re^ 01 = Tz/(Rx1 + Rx Д П = Rz / (Rx 1 + RxE1) и X2 = -4 + Z2 + Щ

V = G2/(Rx2 + RxA Z 2 = q2/(Rx2/ + RxеД 4 = R2/(Rx2 + RxA?>2 = Tz2/(Rx2 + RJ>

02 = Tz/(Rx2 + RxE2^ П = Rz2/(Rx2 + RxE2) Доступ 2008).

394

На рис. 4 и 5 изображено: Ях1 — гидродинамическая сила сопротивления 1-й части ПС; Ях2 — гидродинамическая сила сопротивления 2-й части ПС; Я — распорная сила 1-й части ПС; Яу2 — распорная сила 2-й части ПС; Яг1 — боковая сила 1-й части ПС; Яг2 — боковая сила 2-й части ПС; Q1 — плавучесть оснастки 1-й части верхней подборы ПС, Q1 = QL./L; Q2 — плавучесть оснастки 2-й части верхней подборы ПС, Q2 = QL2/L ^ = Q1 + Q2 и Ь = Ь1 + Ь2); й1 — загрузка оснастки 1-й части нижней подборы ПС, й1 = йЬ1/Ь; й2 — загрузка оснастки 2-й части нижней подборы ПС, й2 = йЬ2/Ь (й = й1 + б2); д — вес 1-й части ПС в воде; д2 — вес 2-й части ПС в воде (д = qx + д2); Тг — стягивающие усилия 1 и 2-й сетных частей ПС; ЯхЕ1 — сила сопротивления оснастки 1-й части ПС; ЯхЕ2 — сила сопротивления оснастки 2-й части ПС; Ьот — длина наклонной оттяжки; Ьй — хорда верхней подборы ПС; Н1 — вертикальная проекция 1-й части ПС; к2 — вертикальная проекция 2-й части ПС; Нг1 — хорда 1-й части верхней подборы ПС; Нг2 — хорда 2-й части верхней подборы ПС, (Ьк = Нг1 + Нг2);

— натяжение в 1-й наклонной оттяжке ПС; — натяжение во 2-й наклонной оттяжке ПС; Ьт — расстояние между креплениями наклонных оттяжек (между "мертвыми" якорями); Н — расположение верхней подборы ПС; 81 — угол наклона 1-й наклонной оттяжки к плоскости 0X2; 82 — угол наклона 2-й наклонной оттяжки к плоскости 0X2; в1 — угол наклона 1-й наклонной оттяжки к плоскости 0XY; в2 — угол наклона 2-й наклонной оттяжки к плоскости 0XY. Запишем основные уравнения равновесия разноглубинной ПС: — связывающие геометрические характеристики в плоскости 0XY

\ = - )

К2 = (1-)

к = (* ) 4 = (е~к2)

(18)

где /1 — горизонтальная проекция 1-й части ПС; /2 — горизонтальная проекция 2-й части ПС;

— связывающие геометрические характеристики в плоскости 0X2

К 2 =((- е-(02 ))^2

I, = ((0 % /г 2 = ( -П2 ^ К = К, + (е0-п -1)

К2 = К2 +(е02-П2 -1)^2

4 = К + К 2

(19)

где Н1г1 — хорда по центру 1-й части ПС; НЫ2 — хорда по центру 2-й части ПС; /г1 — стрелка прогиба 1-й части ПС; /г2 — стрелка прогиба 2-й части ПС;

— связывающие геометрические характеристики в плоскостях 0XY и 0X2

8т (аг^ (о, -п ))со8 (аг^ (Я -%х)) + + 8т (аг^ (02 -Ц2 ))со8 (аг^ ($2 -%2))

395

= -1-(( С08в-Ь„), (20)

со8(аг^(о2 -цг ))с08(аг^(й2 -%г ))-- со8 (аг^ (о1 ))со8 (аг^ (й1 - х1))

где й = д/^ + кЕ) и й = 2 +

К

((1 + - ^2 - - К 51П в) , (21)

и 02

с учетом, что углы

01 = аг^ (й -Х1 ) 1,

02 = агЩ (й2 -Х2 )

а углы 81 и 82

81 = агщ О -П1 )1

82 = агЩ (02 -Ц2)|

имеем выражения вместо (20) и (21)

1

1

определяются по формулам

(22)

(23)

8Ш8, СОБ0 + 8Ш& СОБ0

С08 81 С08 01 - С08 82 С08 02 =

(( О» в- ,

((1 + 121 - 4 - К 2 - вШ в ;

(24)

(25)

— для гидродинамических сил, действующих в двух частях ПС (разноглубинная ПС)

(26)

Я = ср 2ян1/2 К 2 = Сх 2PV 2 2/2

*У1 = суР 2ЯН1/2

яу 2 = Су р 2ЯН 2/2

ял = ср 2ян1/2 к 2 = с, 2ру 2ян 2/2

где сх1, су1, сг1 и сх2, су2, сг2 — гидродинамические коэффициенты двух частей ПС; ^я1 — площадь ниток 1-й части ПС (^я1 = З^.рД Ь1 — длина верхней подборы 1-й части ПС; ^я2 — площадь ниток 2-й части ПС (^я2 = или ^я2 = Б(Ь -

L2 — длина верхней подборы 2-й части ПС;

— для гидродинамических коэффициентов

Сх1 = Со +(с90 - Со )та

X1

X 2

Сх 2 = С0 + (С90 - С0

су1 = 0,25с90я{) (ваг 1 - 3,85а2 ) су2 = 0, 25с90я0 (ват2 - 3,85а22) с,1 = 0,25с90я(> (1 - 3,85а^1) с,2 = 0,25с90я0 (2 - 3,85а^ )

(27)

где аxl, агг ах1 и О^ ^ От ПС в пространстве;

углы, характеризующие ориентацию двух частей 396

— для значений углов

ах 1 - аг^ (еК -1)

ах 2 = аг^ ( -1)

аг 1 - аг^ (еК -1)

а 2 = аг^ ( -1)

а21 - --аг^ ( -1)

аг 2 - аг^ (е°2 -П2 -1)

Вес в воде ПС, а также 1 и 2-го участков ПС определим по формулам

(29)

9 = 91 + 92 9г = 9А8 92 = 9А8

где дс — вес в воде 1 габаритного метра сети.

Для донной пространственной сети можно воспользоваться формулами (16)-(29), но учитывая (7) и (8).

При расчете пространственной сети, закрепленной за верхнюю и нижнюю подборы, требуется рассматривать 4 части ПС (две части разноглубинной сети и две части донной сети), и тем самым определение геометрических характеристик усложняется. В настоящей статье мы не рассматриваем такой расчет.

Натяжения в наклонных оттяжках определим по формулам

Р =

В

00805 008 &

т-, Вт р = _X2_

2 008 0 008 &

(30)

Введем параметр к качества ПС:

среднее взвешенное значение гидродинамического

к = к1рт + к2рн 2 р

(31)

где ^ = с„, / с

- гидродинамическое качество 1-го участка ПС; k2 = су2/сх2 — гидродинамическое качество 2-го участка ПС.

Для эффективной эксплуатации ПС определим необходимый вес в воде "мертвых" якорей наклонных оттяжек из условий:

Рт1 * + ВхЕ1 Рт2 * Кх2 + КхЕ2

Рт1 * Гт ( -(( + 008 ) |

Рт2 * Гт (т -( + Ве2 )tanв2 008 & ) |

(32)

(33)

где Рт1 — держащая сила "мертвого" якоря 1-й части ПС; Рт2 — держащая сила "мертвого" якоря 2-й части ПС; йт — вес в воде "мертвого" якоря; fm — коэффициент трения "мертвого" якоря.

С учетом выражений (32) и (33) запишем:

П > у + tan^ cos^

J m

Пт2 > — + tan 62 cos ô2

fm

ГДе Пт1 = GJ(Rxl '

.... ...... + RJ -

ной оттяжки 1-й части ПС

безразмерный вес в воде "мертвого" якоря наклоняй = Gm/(Rx2 + RxE2) — безразмерный вес в воде "мертвого" якоря наклонной оттяжки 2-й части ПС.

Выразим из формул (34) достаточную массу "мертвого" якоря наклонных оттяжек (при Rx1 ^ max и Rx2 ^ max):

M > + Rej

m /

g

Ym

M > Rx2 + RxE 2

g

С \

Ym У *

Ym

f

J m

f

J m

■ + tan 6j cos ôj

■ + tan 62 cos ô2

(35)

где Ym — объемный вес "мертвого" якоря наклонной оттяжки; ув — объемный вес воды.

Экспериментальная часть

Эксперименты с сетными конструкциями проходили в гидроканале ЗАО "МариНПО" (г. Калининград) (Белов, 2000) в два этапа. На первом этапе эксперименты проходили с ПС, у которых верхняя и нижняя подборы были прямолинейны. Конструктивные характеристики моделей сетей приведены в табл. 1 (Лит-виненко, 2003а, б, 2004).

Таблица 1

Конструктивные характеристики моделей сетей

Table 1

Design characteristics of the spatial gill nets models

Модель Диаметр нитей d, мм Шаг ячеи а, мм Длина сети L, м Высота сети S, м Площадь ниток F , м2 н1 Сплошность сети, F о Вес в воде сети q, H Загрузка нижней подборы (вес в воде) G, Н

1 1,2 30 1,50 1,70 0,260 0,102 0,30 0-5,75

2 2,0 200 1,44 1,86 0,080 0,030 0,10 0-2,30

3 2,0 30 0,99 1,40 0,161 0,130 0,24 2,30-3,45

Опыты с моделями сетей проводились в диапазоне скоростей 0,2-0,4 м/с с различной загрузкой нижней подборы G и углом в (см. рис. 2).

Тензодатчики (предел измерений 10 Н, точность 0,01 Н) для измерения силы сопротивления ПС крепились к точкам А и В. Все измерения проводились тензометрической станцией М1С-200. Как только скорость потока становилась постоянной, с помощью угломеров замерялась проекция высоты сети Н и смещение нижней подборы ПС по оси ОХ V. Фотографии моделей ПС представлены на рис. 6-8.

№ 1

Рис. 6. Модель пространственной сети Fig. 6. Model of the spatial gill net № 1

№ 2

Рис. 7. Модель пространственной сети Fig. 7. Model of the spatial gill net № 2

Рис. 8. Модель разноглубинной ПС № 2

Fig. 8. Model of the spatial gill mid-water net № 2

Обработка экспериментальных данных выполнялась по схеме, приведенной в работе Е.С. Вентцель (1962). В каждом случае (измерении) подсчитывалось среднее значение показаний тензостанции как отношение суммы показаний тен-зометрической станции к их числу, т.е.

Yw

Wcp = , n

(36)

где п — количество измерений (частота опроса тензостанции М1С-200 — 50 опросов в секунду (по настройке)); № — показания тензометрической станции (Н); №ср — среднее значение показаний тензометрической станции (Н). Далее определялось среднеквадратичное отклонение:

О

' -WcP )2

n-( n—1)

Подсчитана абсолютная ошибка: e = tß О,

(37)

(38)

где tв = 1,96, при количестве замеров — ^ и вероятности 0,95.

На основании показаний тензодатчиков определены значения сил сопротивления Ях пространственных рыболовных сетей. Определены значения коэффициентов сопротивления ПС:

= 2Ях /(ру%). (39)

На основании экспериментальных данных определены значения безразмерных параметров раскрытия ПС Я и о.

На рис. 9 и 10 изображены экспериментальные зависимости Я = f(к) и со = f(к).

А 1

09

05 0.7

06 0.5 04 03 0.: 0.1

о

■ ■ _ _ -

X, < о ■

о X 4

I У я

>9, <

■Э х -хо X XX - о =0,102

1 Iß ■ ■ - Fo=0,03

ии - г

0.44

О 66

0.SS

11

Рис. 9. График зависимости X = /(к) Fig. 9. Function X = /(к)

132

1.54

1.76

198

К

2.2

СО

üi>

0.S 0.7 0.6 0J 0.4 0.3

о: 0.1

ж хх - F ; =0,102

Х| ч- ■ ■ -F0=CU)3

V хО оо -1

-J*

X г

X

X' < " с> ■ ■

0.44

0.66

0.SS

11

132

1.54

1.76

1 OS

К'

Рис. 10. График зависимости о = /(к) Fig. 10. Function о = /(к)

На основании результатов обработки характеристик ПС зависимости Я = f(к), о = ^к) имеют вид (Недоступ, Володько, 2008):

(40)

(41)

Я = 1 - в~к, о = в~к.

Отметим, что при условии в = 00 ^ к = %.

Выражения (40) и (41) характеризуют связь силовых характеристик пространственной сети с ее геометрическими характеристиками (в случае прямолинейности верхней и нижней подбор ПС).

В 2010 г. проводились эксперименты с ПС, у которых верхняя и нижняя подборы представляли собой гибкие элементы (табл. 2).

Таблица 2

Конструктивные характеристики моделей сетей

Table 2

Design characteristics of the spatial gill nets models

Диаметр Шаг Длина Высота Площадь Сплошность Вес

Модель нитей d, ячеи а, сети L, сети S, ниток F, сети, в воде q,

мм мм м м м2 F О H

4 2,1 30 1,2 0,85 0,146 0,14 0,80

5 1,1 55 1,3 0,86 0,045 0,04 0,43

Опыты с моделями ПС проводились в диапазоне скоростей 0,2-0,5 м/с с различной загрузкой нижней подборы G (рис. 11 и 12).

Рис. 11. Модель пространственной сети № 4

Fig. 11. Model of the spatial gill net № 4

№ 5

№ 5

Рис. 12. Модель пространственной сети Fig. 12. Model of the spatial gill net

В табл. 3 приведены экспериментальные данные ПС (см. табл. 2).

Результаты и их обсуждение

Для примера приведем расчетные характеристики ПС (см. рис. 4), имеющей следующие параметры: й = 0,61 мм — диаметр нитки; а = 60 мм — шаг ячеи; и = 0,5 — посадочный коэффициент по верхней подборе; 5 = 2,6 м — высота сети; Ь = 48,0 м — длина сети; Ио = 0,023 — относительная площадь ПС; Q = 1,1 Н/м; G = 0,3 Н/м; V = 0,08 ■ 0,50 м/с — скорость течения воды; = 0,06 Н/м2 — вес в воде 1 квадратного (габаритного) метра сети; Ьт = 60,0 м — расстояние между "мертвыми" якорями. При расчете характеристик ПС приняты условия: У = 20 м; р = 1034 кг/м3 — плотность воды; V = 1,3 • 10-6 м2/с — коэффициент кинематической вязкости воды; ут = 25000 Н/м3 — объемный вес "мертвых" якорей. Вектор скорости направлен перпендикулярно плоскости, в которой расположены "мертвые" якоря. Весом в воде оттяжек пренебрегаем.

В табл. 4 приведены расчетные характеристики ПС для Ьот = 15 м, 25 и 35 м (см. пример). В табл. 5 — расчетные характеристики ПС для Ьот = 15 м, 25 и 35 м при в = 300 (см. пример).

Таблица 3

Экспериментальные данные ПС при L = 2,25 м

Table 3

Experimental data for the spatial gill net with L = 2.25 m

r r ^ от

Модель v, м/с м G, H Q, H А град F1, H F, H Lh cm град 02, град

0,2 1,26 0,66 18

0,4 0 0 3,50 0,66 12

0,5 5,20 0,67 11

0,2 0,381 0 1,38 0,63 9

0,2 1,18 1,62 0,7 0,45 21 16

0,3 0 30 2,40 1,3 0,46 17 12

0,4 3,20 1,9 0,47 11 15

0,2 1,80 0,31 0,20 20 14

0,3 0 46 2,40 0,5 0,22 18 12

4 0,4 3,0 0,9 0,24 16 11

0,3 1,7 0,68 22

0,4 0,762 0 3,6 0,67 18

0,5 5,3 0,66 12

0,3 3,0 2,3 0,65 17 19

0,4 0,762 2,36 10 4,0 3,2 0,64 16 15

0,5 5,5 4,5 0,64 14 12

0,3 3,5 1,3 0,45 22 15

0,4 0,762 30 4,3 2,0 0,46 19 13

0,5 1,8 5,1 3,0 0,47 17 12

0,3 0,90 0,74 30

0,4 0 0 1,20 0,71 22

0,5 1,45 0,70 18

0,3 1,0 0,80 0,70 30 27

0,4 0 10 1,3 1,0 0,69 24 21

0,5 1,6 1,20 0,68 20 17

0,3 1,3 0,41 0,50 33 25

0,4 0 30 1,5 0,60 0,48 26 18

5 0,5 1,18 2,0 0,80 0,48 22 15

0,3 1,0 0,70 12

0,4 0,381 0 1,30 0,68 10

0,5 1,65 0,68 9

0,3 1,15 0,8 0,66 13 12

0,4 0,381 10 1,50 1,1 0,66 11 10

0,5 1,80 1,4 0,66 9 9

0,3 1,40 0,5 0,47 13 11

0,4 0,381 30 1,80 0,7 0,48 11 9

0,5 2,20 0,9 0,48 10 8

Приведем графики зависимостей (табл. 4 и 5 при Ь = 15 м): Я 1 = f(v), Ях2 = Я = Яу2 = f(v), Ял = Яг2 = ДД ^ = Л(у) и = Л(у) (рис. 13 и 14); h1 = f(v), h2 = Л(^), /1 = f(v) и 12 = f(v) (рис. 15 и 16), а также Н1 = Я(у), Н2 = f(v), hz1 = f(v) и hг2 = Я(у) для вышеуказанного примера (рис. 17 и 18).

На рис. 19 и 20 изображены трехмерные зависимости k1 = f(Re, Яо, arctg(h1/11)) и ^ = Л^е, arctg(h2/12)) (табл. 4 и 5 при Ьот = 15 м).

Зависимости, изображенные на рис. 13 и 14, характеризуют изменение силы сопротивления пространственной разноглубинной рыболовной сети и натяжения в оттяжках в зависимости от скорости течения v и направления ее вектора.

Таблица 4

Расчетные характеристики ПС (см. данные примера), 5 = 2,6 м, L = 48 м

Table 4

Design performances for the spatial gill net (see example in the text) with 5 = 2.6 m, L = 48 m

L , т L , от V, Re RxV RX2> R , х' F F Г 2' ^^ ml' ^^ 11 вг в2, <?,, д2, ^А1' КЛГ V R,2' К НГ Н2> А,, А2,

м м м/с Н Н Н н н КГ кг град град град град Н Н Н Н м м м м м м м м м

15 0,08 38 10,8 22,0 23,0 8,5 55,3 34,0 0,14 0,150 23,75 47,5 10,2 1,76 0,83

0,20 94 35,0 70,0 45,0 22,0 25,0 32,0 0,80 0,720 23,50 47,0 5,3 1,10 1,48

0,50 235 146,0 292,0 173,0 86,0 7,3 31,0 3,50 3,450 23,0 46,0 1,6 1,0 1,60

25 0,08 38 10,6 21,6 22,2 8,4 55,4 31,3 0,135 0,145 23,60 47,2 17,6 1,74 0,85

60 0,20 94 32,8 65,6 41,5 21,3 26,0 28,3 0,750 0,700 21,10 42,2 9,8 1,0 1,52

0,50 235 130,0 260,0 148,0 76,0 8,1 27,2 3,200 3,200 20,0 40,0 3,2 0,90 1,70

35 0,08 38 10,8 21,6 22,0 8,3 55,5 30,0 0,120 0,140 22,0 44,0 25,2 1,73 0,86

0,20 94 31,2 62,4 39,0 20,4 27,0 25,0 0,770 0,680 19,0 38,0 14,4 0,95 1,57

0,50 235 117,0 234,0 130,0 70,0 9,0 24,0 3,100 3,0 18,0 36,0 5,0 0,81 1,80

Расчетные характеристики ПС (см. данные примера), 5 = 2,6 м, L = 48 м, /3 = 30° Design performances for the spatial gill net (see example in the text) with 5 = 2.6 m, L = 48 m, /3 = 30°

Таблица 5 Table 5

L , L ,

v,

M м/с

Re

R ., R R, F., F.„ M ,, M „, 0., ft,, 8., 8„ R Я „, /? R „, /г., /г „, H_H_H_H_H_кг кг град град град град Н Н Н Н м_м_

Fl., #„,

/„ м

/о,

15 0,08 38 17,3 4,1 21,4 32,1 15,5 14,0 2,7 56,0 53,7 16,0 0,20 94 48,3 15,6 63,9 58,2 29,3 32,0 9,3 29,3 18,5 18,0 0,50 235 166,3 66,4 233,0 179,4 106,6 100,0 38,5 10,5 5,0 19,0

63 0,22 0,03 0,16 0,05 20,3 22,9 43,2 11,9 5,4 1,70 2,0 0,90 0,61 56 1,18 0,23 0,85 0,24 22,8 16,0 38,8 7,0 2,6 0,94 1,60 1,65 1,0 52 4,50 1,10 4,40 1,08 25,1 13,2 38,3 2,6 0,8 0,70 1,45 1,93 1,15

25 0,08 38 17,0 4,3 21,3 31,3 13,8 14,0 3,0 55,9 54,0 15,0 60 0,20 94 46,1 15,4 61,5 55,2 24,5 30,8 9,4 30,0 20,0 15,1

0,50 235 145,0 62,7 207,7 154,3 85,2 87,7 36,6 11,6 5,8 16,7

57 0,20 0,04 0,14 0,06 18,5 20,2 38,7 20,0 11,0 1,70 1,90 0,90 0,68 48 1,10 0,20 0,73 0,27 19,1 13,7 32,8 12,0 5,8 0,92 1,41 1,68 1,19 42 4,10 1,20 3,90 1,23 21,2 11,0 32,2 4,6 1,9 0,60 1,23 1,96 1,36

35 0,08 38 16,7 4,5 21,2 30,8 12,6 13,7 3,2 56,0 54,5 13,7 0,20 94 44,7 14,8 59,5 53,3 21,5 30,0 9,2 30,5 21,7 12,8 0,50 235 129,3 57,6 186,9 137,0 71,8 78,8 34,0 12,7 6,6 14,2

52 0,20 0,05 0,14 0,06 16,9 18,0 34,9 28,2 17,5 1,70 1,90 0,91 0,72 42 1,10 0,29 0,64 0,29 16,2 12,0 28,2 17,3 9,6 0,90 1,30 1,70 1,30 36 3,70 1,30 3,40 1,29 18,1 9,6 27,7 7,5 3,2 0,60 1,10 2,0 1,50

ÄV1

Fr H

Frf\ v) > у у >

,

/(v)

-

- .V 2 7(1 )

' * 7/ - R =f < V)

> ■ ..... "zi >\v ) < ,

R

y2

Рис. 13. График зависимостей (табл. 4, L = 15 м): R 1 -- f(v), Rzl = f(v), Rz2 = f(v), F, = f(v) и°>2 = f(v) Fig. 13. Functions Rxi = f(v), R^ = f(v), R = f(v), R^2 f(v), and F2 = f(v) for Table 4, L = 15 m

= f( v)> Rx2 = f(v)> Ry1 f(v:), Rz1 = f(v), Rz2

f(v), f(v),

R

Рис. 14. График зависимостей (табл. 5, Lom = 15 м): R = f(v), Rx2 = f(v), R

y2

f(v), Rz1 = f(v), RZ2 = f(v), F1 = f(v) и F2 = f(v) Fig. 14. Functions Rx1 = f(v), Rx2 = f(v), R = f(v), R f(v), and F2 = f(v) for Table 5, L = 15 m

y2

ZW, R , = f(v), R

f(v), f(v),

Й, к

\ л=/ '(V)

'1- /(r )

\

\

/

/ V K=fiy) =A.V

/

/

Рис. 15. График зависимостей (см. табл. 4, Lom = 15 м): h = f(v), A. = = f(v), /1 = f(v) и /2 = f(v) Fig. 15. Functions A1 = f(v), A 2 = f(v), /1 = = f(v), and /2 = f(v) for Table 4, L = 15 m

Рис. 16. График зависимостей (см. табл. 5, L = 15 м): A1 = f(v), h2 = f(v), /1 = f(v) и /2 = f(v)

Fig. 16. Functions h1 = f(v), h2 = f(v), /1 = f(v), and /2 = f(v) for Table 5, Lom = 15 m

я,,

Я

Azi

h„

■&—.__ V fix) Av)

Я = Л»

Hr Л.Г)

—'--f

0.0: 1. 09: 0:14 0.1? 0.23 032S 0.32 0.37 0.41 0.46 . 0.3

\

MC

Рис. 17. График зависимостей (см. табл. 4, L = 15 м): H = /(v), H2 = /(v), h 1 = /(v) и hz2 = /(v)

Fig. 17. Functions H1 = /(v), H2 = /(v), А 1 = /(v), and А 2 = /(v) for Table 4, Lom = 15 m

Рис. 18. График зависимостей (см. табл. 5, L = 15 м): H = f(v), H2 = f(v), A 1 = f(v)

и A 2 = f(v)

Fig. 18. Functions H1 = f(v), H2 = f(v), Az1 = f(v), and A 2 = f(v) for Table 5, Lom = 15 m

Рис. 19. Трехмерные зависимости k. = /(Re, Fo = = 0,023, arctg(h/1)) и k = = /(Re, Fo = 0,023, arctg(h/l2)) Fig. 19. 3D-functions k. = /(Re, Fo = 0.023, arctg(hj/lj)) and k2 = /(Re, Fo = 0.023, arctg(h2/l2))

Рис. 20. Трехмерные зависимости k1 = /(Re, Fo = = 0,023, arctg(h/1.)) и k° = = /(Re, Fo = 0,023, arctg(h/l2)) Fig. 20. 3D-functions k. = /(Re, Fo = 0,023, arctg(h./1.)) and k2 = /(Re, Fo = 0,023, arctg(h2/l2))

Заключение

Получены эмпирические зависимости, связывающие силовые и геометрические характеристики пространственных сетей в диапазоне: 10 < Re; 0,004 < Ро < 0,165; 0,1 < Н/Б, < 0,98; 0,05 < 1/Э, < 0,85; 0,1 < Н2/Б2 < 0,98; 0,05 < 12/>Б2 < 0,85; 0,2 < х, < 3,5; 0,2 < х2 < 3,5; 0,1 < к < 2,1. Ошибка аппроксимирующих зависимостей составляет не более 8 %. Приводится метод расчета силовых и геометрических характеристик пространственных разноглубинных рыболовных сетей.

Метод расчета позволяет: определить сопротивление пространственной рыболовной сети Я, глубину погружения верхней подборы сети Н; рассчитать натяжение в оттяжках И; определить плавучесть оснастки верхней подборы сети Q, необходимую для эффективной работы ставных сетей; загрузку оснастки нижней подборы сети G, необходимую для эффективной работы ставных сетей; держащую силу якорей, необходимую для безаварийной работы ставных разноглубинных сетей и в результате подобрать якоря.

Список литературы

Белов В.А. Гидродинамика нитей, сетей и сетных орудий лова : монография. — Калининград, 2000. — 200 с.

Вентцель Е.С. Теория вероятностей : монография. — М. : Физ.-мат. лит., 1962. — 564 с.

Зонов А.И. Геометрия рыболовной сети и ее равновесное состояние // Изв. ГНИ-ИОиРРХ. — 1971. — Т. 73. — С. 96-167.

Иванов Э.П. Вариационные задачи теории сетных оболочек // Сб. тр. КТИРПиХ / Промышленное рыболовство. — 1975. — Вып. 57. — С. 69-79.

Иванов Э.П., Фридман А.Л. Теория и проектирование орудий промышленного рыболовства : методическое пособие. — Калининград, 1973. — 66 с.

Литвиненко А.И. Орудия промышленного рыболовства внутренних водоемов России : справочник. — Тюмень : ГОСРЫБЦЕНТР, 2003а. — Т. 2 : Орудия промышленного рыболовства Сибири и Урала. — 186 с.

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

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

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., Володько Д.А. К вопросу исследования силовых и геометрических характеристик пространственной сети // Сб. тез. докл. 6-й Междунар. науч. конф. "Инновации в науке и образовании — 2008". — Калининград : КГТУ, 2008. — С. 32-35.

Свекло В.А. О равновесии рыболовной сети // Тематич. сб. тр. КТИРПиХ. — 1986. — С. 83-102.

Hianwei S. Difference methods in figuring out the configuration and tension of nets and their application in gill net design // J. of Zhejiang College of fisheries. — 1987. — Vol. 6, № 2. — P. 83-95.

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

Lee C.W., Lee G.H., Choe M.Y., Lee M.K. Development of a design and simulation tool for the moored underwater flexible system // 12th Intern. Congress of the International Maritime Association of the Mediterranean IMAM 2007. Maritime Industry. Ocean Engineering and Coastal Resources. — L., 2007. — P. 935-939.

Matuda K. Some notes on the fishing gear and method of the sweeping trammel net // Reprinted from memoirs of the college of agriculture. — Kyoto Univ., 1972a. — № 103. — P. 17.

Matuda K. Model experiment on the sweeping trammel net // Reprinted from memoirs of the college of agriculture. — Kyoto Univ., 1972b. — № 103. — P. 18-32.

Matuda K. Mechanical analysis of the sweeping trammel net // Reprinted from memoirs of the college of agriculture. — Kyoto Univ., 1972c. — № 103. — P. 33-44.

Matuda K. On matching the gear size to the engine power of boats and its ideal operation in the sweeping trammel net fishery // Reprinted from memoirs of the college of agriculture. — Kyoto Univ., 1972d. — № 103. — P. 53-67.

Miyazaki Y. The configuration and tension of a rope a plane net set in a uniform stream // J. Tokyo Univ. — 1970. — Vol. 56, № 1-2. — Р. 49-117.

Tauti M. The force acting on the plane net in motion through the water // Nippon Suisan Gakkaishi. — 1934. — № 3. — Р. 1-4.

Поступила в редакцию 5.04.10 г.