Методика обоснования параметров ловушек и подхватов с мягкими подборами для лова сайры Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 639

МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛОВУШЕК И ПОДХВАТОВ С МЯГКИМИ ПОДБОРАМИ ДЛЯ ЛОВА САЙРЫ

Е.В. Осипов (КамчатГТУ), Г. С. Павлов (ОАО РК «Моряк-Рыболов»)

На основе анализа развития техники промысла сайры в России за последние годы предлагается методика обоснования параметров сайровых ловушек и подхватов с мягкими подборами.

The authors suggest the technique of substantiation of parameters of saury catchers and lift nets with soft selections on the basis of analysis of technical development of Pacific saury craft in Russia for the past years.

В настоящее время в практике рыболовства нашли применение для добычи сайры некоторые орудия рыболовства, имеющие мягкие подборы, - это кормовой сайровый подхват конструкции Ю.В. Еремина, А.Е. Тимошка, М.А. Мизюркина (рис. 1), бортовая ловушка с мягкой сигарой двух типов конструкции Ю.В. Еремина, В.Н. Филатова, В.А. Бойченко (рис. 2) и конструкции Е.В. Осипова, Г.С. Павлова (рис. 3) [1-3].

9

8

1

4 3

Рис. 1. Устройство для лова рыбы и морских беспозвоночных:

1 - сетная часть; 2 - верхняя подбора с наплавами; 3 - боковая подбора; 4 - распорные щитки; 5 - траловый мешок; 6 - ваера; 7 - стропа; 8 - судно; 9 - ваерный блок; 10 - кормовая люстра

Рис. 2. Устройство для лова рыбы и морских беспозвоночных:

1 - сетная часть; 2 - верхняя подбора; 3 - наплава; 4 - нижняя подбора; 5 - концентрированные грузы;

6 - боковая подбора; 7 - треугольные сетные пластины; 8 - пожилины; 9 - плоские гидродинамические щитки; 10 - уздечки; 11 - стяжные кольца; 12 - стяжной трос; 13 - загрузочные канаты; 14 - подтягивающие канаты;

15 - судно; 16- барабаны лебедок

6

Рис. 3. Устройство для лова гидробионтов:

1 - мотенная часть; 2 - мешок; 3 - боковая подбора; 4 - гидродинамические щитки; 5 - верхняя подбора; 6 - наплава; 7 - нижняя подбора; 8 - грузы-углубители; 9 - голые концы; 10 - кабели; 11 - ваера

Как можно заметить, вышеперечисленные орудия рыболовства появились в течение последних 7 лет, что связано с развитием промысла сайры различными типами судов - как традиционными, так и крупнотоннажными. При этом появление одного орудия лова вытекало из опыта применения предыдущего. Проанализируем конструкции данных орудий рыболовства и процессы лова, осуществляемые с их помощью.

Идея создания кормового сайрового подхвата (КСП), имеющего форму усеченной сферы, была перенесена авторами из опыта их работы с плавучими якорями, имеющими форму парашюта, хотя уже первые исследования на моделях показали, что предложенная конструкция не работает. Это было связано с небольшим сопротивлением достаточно мелкой сетной оболочки. При этом гидродинамические щитки не создавали распорной силы, поскольку располагались вдоль потока, т. е. угол их атаки а « 0 (рис. 4.)

а б

Рис. 4. Работа кормового сайрового подхвата: а - по проекту; б - реальный; 1 - мешок;

2 - сетная сферическая оболочка; 3 - гидродинамические щитки; 4 - ваера; 5 - ваерный блок

Сферическая оболочка вращения кормового сайрового подхвата кроится из дели в виде развертки на плоскости, а форма задается коэффициентами посадки на подборы. Однако В.И. Габ-рюк полагал, что плохая работа кормового сайрового подхвата связана с недостатками раскроя, и предложил модель раскроя дели в виде сферы [4]. Как известно, форма сетной оболочки зависит как от раскроя, так и от действующих на нее сил [12]. Модель, изложенная в работе [4], не учитывает действующих на сетную оболочку сил, а получаемые циклы кройки являются сложными, вследствие чего значительно возрастает стоимость постройки орудия лова. Поэтому данная модель не нашла применения при проектировании и постройке КСП. Теоретически работу кормового сайрового подхвата можно описать выражением

Е яр;+Е к^а т+я

(1)

где Яу7 - распорная сила 7-го гидродинамического щитка; Яу7 - распорная сила 7-й площадки оболочки вращения; Я^7 - сила сопротивления 7-й площадки оболочки вращения; аИ' - угол атаки 7-й площадки оболочки вращения; Ясх - сила сопротивления мешка.

Значения Я^7 и Ях7 (рис. 5) имеют соотношение

Ят 1 1

->№ _ '

X

Ят 5 10

(2)

которое зависит от й / а (й - диаметр нити, а - шаг ячеи), что значительно отличается от характеристик материалов, из которых изготавливаются плавучие якоря. Раскрытие подхвата обеспе-

т

чивается начальными силами ЕЯру' . При этом в данный момент сетную оболочку можно расі

сматривать как имеющую одинаковый угол атаки по всей ее длине. Тогда

(3)

21 ’

где аИ - угол атаки сетной оболочки в начальный момент постановки; Н - расстояние между ваерными блоками; В - диаметр мешка; I - длина сетной оболочки от подборы до мешка. Используя выражения (2) и (3), соотношение (1) примет вид

Е яр;^Е я^а+я: .

(4)

' н О

гх

гу о гх-натура О гу-натура

_ п

о

ф * *» і і і— ' і і і т т

90 80 70 60 50 40 ЗО 20 10 г

Рис. 5. Значения сил г: и гу при численном и натурном экспериментах (сетная пластина с квадратной структурой а = 100 мм, имеющая по ширине 10 ячей, по высоте - 11 ячей, диаметр нити й = 2,39 мм) [5]

У конструкции кормового сайрового подхвата (рис. 1) соотношение (4) не выполняется. Для решения этой задачи А. Паком была предложена новая конструкция подхвата с удавным стропом (рис. 6), которая уже использовалась на промысловых испытаниях [6]. У такой конструкции угол атаки щитка задается разницей длины удавного стропа к длине подборы, обеспечивая мак-

т

симальный Е я".

і

В дальнейшем были разработаны конструкции кормового сайрового подхвата и светотехники для судов типа СТР пр. 503 и СТМ диаметром 48 м, для РТМС - диаметром 56 м и распорными щитками размером 2 х 6 м [6]. При этом для обеспечения сетной оболочки формы сферы кормовой сайровый подхват состоит из 24 сетных пластин, в их числе 18 - большие (2 - боковые и нижние секции), 2 - малые равносторонние, 2 - большие и 2 - малые усеченные треугольные пластины. Нижняя часть загружена распределенной загрузкой, а верхняя - наплавами. Необходимо отметить, что рыбакам долгое время продавалось право ловить кормовым подхватом на основе неработающего патента (рис. 1), а заявка на конструкцию работающего кормового подхвата (рис. 6) подана только в 2006 г. [1].

V"

1

*<■.......

\

...

2

Рис. 6. Кормовой сайровый подхват с удавным стропом: 1 - мешок; 2 - сетная сферическая оболочка;

3 - гидродинамические щитки; 4 - ваера; 5 - ваерный блок; 6 -удавный строп; 7 - подбора

В ходе промысловых исследований была выявлена неустойчивость горизонтального раскрытия кормового подхвата при его выборке и постановке, что в дальнейшем показало и моделирование [7]. Это связано с тем, что по вертикали раскрытие обеспечивается статическими силами, а по горизонтали - динамическими силами, зависящими от скорости потока и углов атаки щитков. Как можно заметить (рис. 6), конструкция сайрового подхвата с удавным стропом не обеспечивает постоянного угла атаки, что при наличии небольшой скорости постановки объяс-

5

3

няет неустойчивое поведение подхвата. Поэтому для работы с кормовым подхватом необходима слаженная работа штурмана и тралмастера, которые должны иметь большой опыт и интуицию для управления всем процессом. При большой текучести кадров в рыбной промышленности добиться этого достаточно сложно.

В работе [6] обловленный объем кормового сайрового подхвата понимается как процеженный объем воды и определяется по формуле

К =— і

^ 4 1

(5)

где Ук - обловленный объем кормового сайрового подхвата; Н - вертикальное раскрытие КСП; I - длина стропов.

Используя формулу (5), авторы в работе [6] приводят сравнение по обловленному объему с бортовым подхватом и делают вывод, что обловленный объем за один цикл лова КСП в 3,2 раза больше, чем у бортового подхвата. Как можно заметить, уравнение (5) не имеет ничего общего с физикой процессов облова (рис. 7), поскольку форма облавливаемой области по формуле (5) -это цилиндр, а в реальности - усеченный конус. При этом результаты анализа уловов показывают, что за один цикл лова бортовым подхватом и КСП, когда скопления сайры небольшие, уловы практически одинаковы (в сентябре), а когда сайра лучше реагирует на свет, то уловы в 2-2,5 раза больше, чем при работе бортовой сайровой ловушкой. Формула (5) также не учитывает концентрацию гидробионтов светом, особенностей формы сконцентрированных скоплений сайры, зависящих от того, где происходит концентрация - на корме или по борту судна.

Для обоснования обловленного объема кормовым сайровым подхватом будем использовать информацию, представленную на рис. 7, 8. Как можно заметить по эхограммам, зона концентрации сайры в световом поле составляет по горизонтали 10-15 м, по глубине - 1 м на крайнем от судна расстоянии и до 10 м - над источником света.

Б

Рис. 7. Характеристики кормового сайрового подхвата (вид сверху) [2]:

- рабочее раскрытие подхвата, Б - раскрытие при облове сайры; 1 - положение кормового подхвата; 2 - скопление сайры вокруг судна; 3 - скопление сайры за кормой судна

ІГ

г и1

* • -

9

N.

14 м

: б ЛЛЛА^чЛ

34м

Рис. 8. Эхограммы работы КСП (вид сбоку) [2]: А - КСП на максимальном удалении от судна,

Б - КСП у кормы судна; 1 - скопление сайры; 2 - положение нижней подборы

Проведем схематизацию процесса облова сайры с учетом ее распределения и положения кормового подхвата (рис. 9). Это позволяет разделить процеженную область на две зоны: 1 - нерабочая; 2 - облавливаемая. Как можно видеть, облавливаемая зона значительно меньше процеженной, что объясняет разницу уловов и объема, рассчитываемого по формуле (5), для кормового подхвата и для бортовой ловушки. Необходимо отметить, что эту схематизацию можно использовать для обоснования параметров бортовой ловушки с мягкой сигарой (рис. 3) при работе ее с кормы.

Г

5 3

К1т

-V

п--л

5

"Я'!

б

Рис. 9. Схематизация облова сайры с кормы: а - вид сверху, б - вид сбоку;

1 - траектория движения ловушки; 2 - облавливаемая зона; 3 - скопление сайры;

4 - область уплотнения сайры с использованием ламп красного света; 5 - нерабочая зона

А

1

а

1

На основе этой схемы горизонтальное раскрытие Ъу любого орудия лова для промысла сайры равно расстоянию АВ, а вертикальное раскрытие ку < 15 м. Расстояние АВ будет зависеть от

мощности и расстояния от воды источников света - методики для определения этого расстояния изложены в работе [8]. Для увеличения зоны облова можно использовать специальные выстрелы, установленные на корме судна, с блоками на конце, через которые нужно пропустить ваера.

Схематизация облова сайры с борта приведена на рис.10. При сравнении с кормовой схемой видно, что схема работы бортовой ловушкой имеет большую зону облова за счет того, что расстояние между блоками СВ для бортовой схемы (рис. 10) больше, чем расстояние между ваер-ными блоками СВ для кормовой схемы (рис. 9).

Для бортовой схемы лова сайры методика выбора ограничений по горизонтальному и вертикальному раскрытию идентична кормовой схеме.

В работе [8] дается формула определения концентрации гидробионтов при облове их на свет:

С ==+-, (6)

где йу - вес улова; й, - вес процеженной воды.

Исходя из предложенной схематизации, уравнение (6) не учитывает форму скоплений сайры. Однако работа [8] вышла в 1963 г., когда рассматриваемые орудия рыболовства не существовали, и определение (6) было записано для бортовой схемы. При этом И.В. Никоноров учитывал тот факт, что рыбаки не будут цедить воду на большом расстоянии от зоны концентрации рыб. При отсутствии понимания этого факта в работе [6] основной упор сделан на то, что важно процедить большие объемы воды на большом расстоянии от зоны концентрации - и это главное достижение конструкции КСП.

Рис. 10. Схематизация облова сайры с борта: 1 - траектория движения ловушки; 2 - облавливаемая зона;

3 - скопление сайры; 4 - область уплотнения сайры с использованием ламп красного света; 5 - нерабочая зона

Таким образом, с учетом предложенных схем облова (рис. 9 - 10) запишем формулу (6) в виде

б/

С =

йи + йа

(7)

где Qf - вес улова; Qn - вес процеженной воды в нерабочей зоне; Qo - вес процеженной воды в облавливаемой зоне.

Формулу (7) можно использовать для определения эффективности облова. Тогда оптимизация показателя С достигается при следующих условиях: Qf ^ max; Qn ^ min; Qo ^ min .

Используя формулу (7), можно сделать вывод, что горизонтальные и вертикальные конструктивные размеры КСП необоснованно завышены - примерно в 5 раз. Несмотря на недостатки конструкции, опыт применения кормового сайрового подхвата имеет ряд важных результатов. В частности, реакция сайры на свет преобладает перед другими факторами, такими, как потоки воды от винта судна и значительное количество канатов в зоне концентрации.

Для решения задачи по увеличению площади облова Ю.В. Ереминым, В.Н. Филатовым и В.А. Бойченко была предложена бортовая ловушка с мягкой сигарой (рис. 2). При ее промысловых испытаниях в 2005 г., так же как и с КСП, гидродинамические щитки не работали, мешали процессу выборки ловушки и поэтому были исключены из конструкции. Изменения были внесены и в промысловую схему: добавлен кабель, который через стрелу соединялся в центре с верхней подборой, поскольку без этого верхнюю подбору выдувало на большое расстояние от судна, что увеличивало время выборки. В результате конструкция устройства и промысловая схема стали похожи на плоские бортовые подхваты (рис. 11) [9]. Этот интересный факт заставил обратиться к тексту патента [2], анализ которого показал, что авторы использовали в качестве прототипа кольцевой бортовой подхват, приведенный в работе [9] и по конструкции значительно отличающийся от устройства, приведенного в работе [2]. При этом приведенный в работе [9] плоский бортовой подхват (рис. 11) в тексте патента даже не упоминается. К тому же, как и в случае с кормовым подхватом, авторы продают право на постройку бортового подхвата, приведенного в работе [9], предъявляя патент [2]. Если при разработке кормового подхвата, приведенного в работе [1], необходимо иметь навыки и умение определять отличительные особенности конструкции, то с появлением известного учебника [9] возникает много вопросов, связанных с профессиональным уровнем покупателей.

Рис. 11. Плоский бортовой подхват [9]: 1 - сливная часть; 2 - основное сетное полотно;

3 - верхняя подбора; 4 - наплав; 5 - боковая опушка; 6 - боковая подбора; 7 - стяжные кольца;

8 - стяжной трос; 9 - нижняя подбора; 10 - нижняя опушка; 11 - груз; 12 - верхняя опушка

На основе подробного анализа конструкций КСП и бортовой ловушка с мягкой сигарой была разработана бортовая ловушка с мягкой верхней подборой, по конструкции напоминающей трал (рис. 3). Мотенная часть выполняется в виде усеченного конуса из шести сетных пластин, при этом две нижние пластины значительно длиннее верхних. К концу мотни крепится мешок, к боковым пластинам по подборе - гидродинамические пластины. Верхняя подбора оснащается сигарой, выполненной из наплавов. К нижним пластинам по одному краю подсоединяются грузы. По краям верхней, боковой подбор и по одному краю нижней подборы подсоединяются голые концы, а к ним - кабели, которые соединяются в двух точках. В этих точках к ним подсоединяются левый и правый ваера. Для сокращения времени постановки ловушки гидродинамические

пластины имеют фиксированный угол атаки, что позволяет сразу раскрыть ловушку по горизонтали. Использование гидродинамических щитков с фиксированным углом атаки обеспечивает необходимое горизонтальное раскрытие ловушки в процессе ее выборки, что предотвращает преждевременное закрытие ловушки, приводящее к потере части сконцентрированного улова. Выполнение гидродинамических элементов эластичными, в частности из авизента, кивлара, дакрона, лавсана, обеспечивает простоту расположения устройства на палубе в нерабочем состоянии. Верхние кабели значительно длиннее нижних, что позволяет нижней подборе при выборке ловушки подойти к борту судна быстрее, чем верхняя подбора, и предотвращает потерю улова.

Рис. 12. Общий вид установки бортового подхвата [9]: 1 - бортовой подхват; 2 - груз; 3 - стяжной трос;

4 - ваер; 5 - выстрел; 6 - стрела; 7 - концентрирующая лампа; 8 - кабели левого борта; 9 - крепление борта;

10 - оттяжка подхвата; 11 - бесконечный трос для установки концентрирующей лампы

На основе предложенных методов расчета, изложенных в работе [11], была спроектирована бортовая ловушка с мягкой верхней подборой. В ходе промысла, который длился с конца сентября по ноябрь 2004 г., СТР-503 «Виноградовка» выловил ею более 1 200 тонн. За один цикл «постановка - выборка» улов составлял 15-20 т. Экипаж ориентировался на производительность морозильной установки, которая рассчитана на 35 т в сутки [10]. Однако в работе [6] имеется ошибочное утверждение, что в этот период СТР-503 «Виноградовка» работала с КСП. Это связано с тем, что для возможности работы на промысле новым орудием лова промысловый билет был выписан на кормовой подхват, поскольку для промысла сайры можно было использовать только два орудия рыболовства - КСП и бортовую ловушку.

Бортовая ловушка с мягкой верхней подборой (рис. 3) является корпоративной разработкой ОАО РК «Моряк-Рыболов» и в настоящее время не планируется к широкому внедрению на судах других рыболовных компаний. Однако результаты промысла показали, что она может использоваться при работе как с кормы, так и с борта судна.

Литература

1. Еремин Ю.В., Тимошок А.Е., Мизюркин М.А. Устройство для лова рыбы и морских беспозвоночных: Пат. 2170012 Россия, № 99126962; Заявл. 23.12.99; Опубл. 10.07.2001. - Бюл. № 19. - 6 с.

2. Устройство для лова рыбы и морских беспозвоночных: Пат. 2264098 Россия, № 2004107208 / Ю.В. Еремин, В.Н. Филатов, В.А. Бойченко и др.; Заявл.10.03.2004; Опубл. 20.11.2005. - 8 с.

3. Осипов Е.В., Павлов Г.С. Устройство для лова гидробионтов: Пат. РФ, заявка № 2006124590/22(026659).

4. Габрюк В.И., Мизюркин М.А., Пак А. Определение циклов кройки пластин сетных оболочек вращения, используемых в сайровых кормовых подхватах // Науч. тр. Дальрыбвтуза. -2003. - Вып. 15. - С. 80-86.

5. Осипов Е.В. Математическое и натурное моделирование сетной пластины // Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике: Материалы VI междунар. науч.-практ. конф. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006. - С. 34-36.

6. Разновидовой промысел / М.А. Мизюркин, А.В. Мизюркина, В.А. Татарников, А. Пак. -Владивосток: ТИНРО-центр, 2004. - 137 с.

7. Еремин Ю.В., Осипов Е.В. Математическое моделирование кормового подхвата для лова сайры // Вестник Морского государственного университета. - Владивосток: МГУ им. адм. Г.И. Невельского, 2003. - С. 48-54.

8. НиконоровИ.В. Лов рыбы на свет. - М.: Пищ. пром-сть, 1963. - 166 с.

9. Мельников В.Н. Устройство орудий лова и технология добычи. - М.: Агропромиздат, 1991. - 384 с.

10. Павлов Г.С. Конструкция и методика работы бортовой ловушкой с мягкой верхней подборой на промысле сайры // Материалы III междунар. науч. конф. «Рыбохозяйственные исследования Мирового океана». Т. 1. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2005. - С. 91-93.

11. Осипов Е.В., Павлов Г. С. Методика расчета параметров оснастки подбора сайровой ловушки с мягким каркасом // Материалы науч.-практ. конф. «Проблемы современного естествознания. Рациональное использование водных биоресурсов». - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2006. - С. 102-104.

12. Габрюк В.И., Кулагин В.Д. Механика орудий рыболовства и АРМ промысловика. - М.: Колос, 2000. - 416 с.