автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Гидродинамические характеристики малых плотов из плоских сплоточных единиц

На правах рукописи

о^/

Федулов Василий Михайлович

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАЛЫХ ПЛОТОВ ИЗ ПЛОСКИХ СПЛОТОЧНЫХ ЕДИНИЦ

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 О МАЙ 2013

Архангельск - 2013

005060597

Работа выполнена в Федеральном Государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова».

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор [A.A. Митрофанов;

кандидат технических наук, доцент Виктор Александрович Барабанов, ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

доктор технических наук, профессор Альберт Абетдинович Камусин, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса»

доктор технических наук, профессор Дмитрий Николаевич Афоничев, ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

ФГБОУ ВПО «Санкт-

Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова»

Защита диссертации состоится «13» июня 2013г. в 14:30 часов на заседании диссертационного совета Д212.008.01 при ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» (163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 17, ауд. 1220).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке САФУ. Автореферат разослан «8» мая 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

А.Е. Земцовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Российская Федерация обладает самыми большими запасами лесных ресурсов, которые расположены на площади более 700 млн. га. Рациональное и экологически обоснованное освоение и переработка этих ресурсов, несомненно, оказывает положительное влияние на общее экономическое и социальное развитие страны. Для успешного развития лесопромышленного комплекса (ЛПК) необходимы исследования по модернизации и совершенствованию лесозаготовительных, транспортных и лесоперерабатывающих операций на всех этапах: от заготовки древесины до реализации готового продукта потребителю.

Исторически сложилось, что водный транспорт леса, в условиях разветвлённой водной сети РФ и естественного расположения лесных массивов в бассейнах многочисленных малых и средних рек, является одним из основных видов доставки древесины потребителю. По оценкам специалистов в области ЛПК, основные запасы спелой, подлежащей вырубке древесины, в настоящее время сосредоточены в верховьях малых и средних рек большинства лесных регионов России.

К сожалению, резкое сокращение объёмов лесозаготовок в 1990-е годы 20 века и повсеместный спад производства в промышленности привели к упадку водного транспорта леса. Был запрещён молевой лесосплав, произошёл отток высококвалифицированных специалистов-сплавщиков. Оборудование для лесосплава было уничтожено, лесозаготовительные предприятия, обладавшие достаточным количеством лесосечного фонда и квалифицированными кадрами, оказались отрезанными от железных и автомобильных дорог, и рек с плотовым сплавом.

Ликвидация молевого сплава привела к прекращению лесозаготовок в отдалённых регионах, поскольку перевозка круглых лесоматериалов автотранспортом на расстояния свыше 150 км являлась невыгодной. Кроме того, строительство лесовозных магистралей требует огромных финансовых затрат.

По мнению большинства специалистов лесного комплекса, единственным высокоэффективным способом доставки древесины, заготовленной в верховьях малых рек, является только водный транспорт. Во второй половине 2000-х годов в Архангельской области появились организации, целью которых стало восстановление прежних объёмов лесосплава в плотах на крупных реках Архангельской области. При этом им приходиться решать целый комплекс проблем, таких как недостаток лесосплавного флота в технически годном состоянии и огромная стоимость его ремонта, отсутствие специалистов-сплавщиков, капитанов-плотоводов, недостаточный уровень квалификации мастерского состава.

В условиях довольно скромного бюджета лесосплавных предприятий становится особенно актуальной проблема научного обоснования и

эффективности водного транспорта леса, выполнения комплекса исследовательских работ по анализу действующих транспортно-технологических схем с целью увеличения плотового лесосплава, в том числе на малых реках с ограниченными глубинами и шириной судового хода, и судовых перевозок.

Ввиду вышесказанного, одним из путей преодоления сложившегося «застоя» является возобновление лесосплава в верховьях малых и средних рек, где раньше был молевой лесосплав. При этом важно отметить, что объёмы зимней сплотки лесоматериалов на крупных реках приближаются к своему пределу. Для увеличения объёмов перевозок лесоматериалов в судах в весенний период также существенных перспектив нет, так как при этом потребуется увеличение технически годных единиц флота, а его содержание при кратковременном периоде работы в навигацию обходится чрезвычайно дорого. Одним из выходов из сложившейся ситуации является увеличение объёмов навигационной сплотки лесоматериалов. Профессором Митрофановым A.A. были предложены новые технологии лесосплава на базе плотов из плоских сплоточных единиц с осадкой 0,25 ... 1,1 м и объёмом сплоточной единицы, соответственно, от 6 до 40 м3. Такие плоты можно формировать на малых и средних реках в течение всей навигации, а также на плотбищах в зимний период. Выполнены исследования гидродинамических характеристик одиночных сплоточных единиц, линеек из них, обоснованы параметры раскаточных машин для плоских сплоточных единиц, предложена конструкция сплоточной машины.

В настоящее время технология лесосплава на базе плотов из плоских сплоточных единиц продолжает разрабатываться. В течение ряда лет был проведён плотовой сплав по рекам Пинега, Онега, Вага и Северная Двина. Дальнейшее внедрение новых технологий сдерживается из-за недостатка технического и научного обеспечения. Данная диссертация посвящена решению конкретного вопроса этой проблемы - исследованию гидродинамических характеристик малых плотов из плоских сплоточных единиц. Под малыми будем понимать плоты, имеющие две сплоточные единицы по ширине. Знание этих характеристик необходимо для разработки новой техники для проведения лесосплава по новой технологии и для создания технологии изготовления и транспортировки лесоматериалов по малым и средним рекам.

Внедрение предлагаемых технологий с одновременным увеличением объёмов навигационной сплотки на крупных реках, по нашему мнению, приведёт к стабильному росту лесосплавных предприятий, решит проблему занятости населения в отдалённых районах, приведёт к развитию сопутствующих ремонтно-обслуживающих предприятий и предприятий-производителей техники для лесной промышленности. При возможности транспортировки древесины по мальм и средним рекам должны вырасти и объёмы заготовки круглых лесоматериалов, а, следовательно, и поступления в бюджеты всех уровней.

Таким образом, данная тема исследования «Гидродинамические характеристики малых плотов из плоских сплоточных единиц» является актуальной. Кроме того, работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой «Совершенствование водного лесотранспорта в Северо-Двинском бассейне» (2007 - 2012 гг.). Научные руководители A.A. Митрофанов и В.А. Барабанов.

Объект исследования. Технология водного транспорта леса на малых и средних реках.

Предмет исследования. Плоты из плоских сплоточных единиц.

Цель исследования. Определение гидродинамических характеристик плотов из плоских сплоточных единиц для совершенствования технологии лесосплава по малым и средним рекам.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследования:

1) теоретически обосновать физические процессы, происходящие при движении плота из плоских сплоточных единиц в водной среде;

2) разработать методику и выполнить экспериментальные исследования на моделях процессов взаимодействия плотов из плоских сплоточных единиц с водным потоком при равномерном прямолинейном движении;

3) построить математические модели взаимодействия движущегося плота из плоских сплоточных единиц с водной средой при равномерном движении;

4) построить математическую модель сопротивления воды движению плотов из плоских сплоточных единиц, используя метод множественной регрессии;

5) определить количественное и качественное влияние входных факторов (осадка, длина, ширина, скорость движения, интервалы между сплоточными единицами) на выходную величину (полное сопротивление воды) в уравнении регрессии; провести анализ уравнения регрессии;

6) количественно определить влияние ограниченности потока по глубине на сопротивление движению плота из плоских сплоточных единиц;

7) провести анализ точности результатов экспериментальных исследований методами математической статистики;

8) разработать конструкцию плота из плоских сплоточных единиц с повышенной гибкостью для буксировки его по извилистым малым и средним рекам.

Методы исследования. При проведении теоретических и экспериментальных исследований использованы основные законы механики, в частности гидромеханики, теория пограничного слоя, теория подобия и физического моделирования, методы математического анализа и статистики, методы планирования эксперимента. Для экспериментальных исследований была использована экспериментальная установка, в состав которой входят современные электронные приборы — персональный компьютер, бесконтактный датчик оборотов ВС-401, аналого-цифровой преобразователь ZET-220 и дифференциальный усилитель ZET-410. Для обработки и представления

данных использовалось современное программное обеспечение - ZetLab, Zet Registrator, Zet Writer, Zet Resuit Viewer (Россия), Statistica 8.0, Wolfram Mathematica 8.0 (США), Microsoft Word 2010.

Научная новизна диссертационного исследования:

- разработана методика экспериментальных исследований физического взаимодействия плотов и водной среды при их относительном движении с применением современных электронных приборов;

- получена математическая модель (в виде уравнения регрессии) взаимодействия плотов из плоских сплоточных единиц с водной средой, в которой учитывается влияние промежутков между сплоточными единицами в плоту;

- получены математические зависимости для определения коэффициентов сопротивления плотов из плоских сплоточных единиц;

- получены коэффициенты, характеризующие увеличение сопротивления равномерному движению плота из плоских сплоточных единиц при движении его в условиях ограниченных глубин;

- предложена усовершенствованная конструкция плота с повышенной гибкостью для условий буксировки по средним извилистым рекам. Новизна данной конструкции подтверждается патентом на полезную модель № 123760.

Научные положения, выносимые на защиту:

методика и результаты экспериментальных исследований взаимодействия плотов из плоских сплоточных единиц с водной средой при их движении;

- математическая модель сопротивления воды движению плота из плоских сплоточных единиц в виде уравнения регрессии, и её анализ;

математическая зависимость для определения коэффициента дополнительного сопротивления при движении плота из плоских сплоточных единиц по мелководью;

- конструкция плота из плоских сплоточных единиц с повышенной гибкостью для буксировки по малым и средним извилистым рекам.

Обоснованность и достоверность результатов исследования подтверждается аргументированностью принятых допущений при теоретических и экспериментальных исследованиях, использованием современных методов фундаментальной и прикладной науки, выполнением большого объёма экспериментальных исследований, результаты которых обработаны методами теории вероятностей и математической статистики с применением современных прикладных программных пакетов.

Практическая значимость работы. Для широкого внедрения сплава леса в плотах из плоских сплоточных единиц предложена технология сплава лесоматериалов по малым, средним, извилистым рекам, методика расчёта их транспортных характеристик. Технология обеспечивает транспортировку лесоматериалов на большие реки ранней весной по большинству малых и средних рек, где раньше был молевой сплав.

Результаты исследования гидродинамических характеристик плотов из плоских сплоточных единиц могут быть использованы при конструкторской разработке новой техники и оборудования для лесосплава и смежных областей, для технологических расчётов при буксировочных операциях, в том числе по малым и средним рекам с ограниченными глубинами и извилистым руслом. В частности, полученные результаты могут быть использованы при расчёте необходимого времени буксировки плотов, при расчёте необходимого усилия буксировки для заданного плота, либо для подбора катера-буксировщика при заданных габаритах плота. Кроме того, представленные материалы могут быть использованы в учебном процессе при подготовке специалистов водного транспорта леса для лесопромышленного комплекса.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Полученные результаты соответствуют п. 15 «Обоснование схем транспортного освоения лесосырьевых баз, поставки лесопродукции, выбора техники и способов строительства лесовозных дорог и инженерных сооружений» паспорта специальности 05.21.01 — Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях САФУ (2010 - 2012 гг.), Х1-й международной научно-технической конференции «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития» (г. Брянск, 2011 г.), международной научно-технической конференции молодых учёных и специалистов «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (г. Санкт-Петербург, 2011 г.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть работ, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК Минобрнауки России, получен патент на полезную модель.

Структура и объём диссертации. Диссертация объёмом 146 страниц состоит из введения, 4 глав, общих выводов и рекомендаций, приложений, содержит 39 иллюстраций и 12 таблиц. Список литературы включает 128 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована актуальность темы, цель работы, объект, предмет, задачи исследования, научная новизна, научные положения, выносимые на защиту и практическая значимость.

В первом разделе рассмотрены виды транспорта лесоматериалов и дан их сравнительный анализ, показаны достоинства и недостатки водного транспорта, приведены краткая история развития научного направления водного транспорта леса, обзор исследований сопротивления движению тел в жидкости и обзор работ по изучаемому вопросу. Среди работ, посвященных исследованию движения лесотранспортных единиц, можно отметить работы A.A. Митрофанова, М.М. Овчинникова, В.Н. Худоногова, В.П. Корпачева, В.А. Щербакова, К.А. Чекалкина, Г.М. Черкасова, В.Я. Харитонова, Г.Я. Сурова,

В.А. Барабанова, П.Ф. Войтко, М.Н. Фоминцева, A.A. Камусина, А.Н. Минаева, В.И. Патякина и др. О.В. Мурашова и П.Н. Перфильев занимались исследованием гидродинамических характеристик одиночных сплоточных единиц и линеек из них, и настоящая работа является дальнейшим развитием этих исследований применительно к плотам. Отличительной особенностью плотов, в отличие от линеек, является наличие нескольких сплоточных единиц по ширине плота, поэтому характер обтекания будет отличаться от характера обтекания одиночных сплоточных единиц и линеек вследствие появления гидродинамических эффектов экранирования. Кроме того, возникла необходимость исследования движения плотов на мелководье, так как малые и средние реки, для буксировки по которым разрабатывалась технология сплава на базе плоских сплоточных единиц, имеют ограниченные глубины.

Исследования М.М. Овчинникова, A.A. Митрофанова и других касались преимущественно пучковых плотов. Обтекание потоком пучка отличается от обтекания плоской сплоточной единицы наличием продольных струй между брёвнами в пучках. В плоских сплоточных единицах, из-за перпендикулярного относительного расположения брёвен, таких струй в целом не будет, и характер обтекания будет иметь довольно сложную конфигурацию. Поэтому и сопротивление движению будет другим.

Во втором разделе приведено теоретическое обоснование процессов, происходящих при движении плотов из плоских сплоточных единиц в водной среде.

При обтекании плота жидкостью возникает сила лобового сопротивления и сила под держания, которые являются двумя составляющими результирующей гидродинамической силы. При изучении сопротивления использовалась гипотеза о независимости отдельных составляющих полного сопротивления. Принцип независимости связан с раздельным учётом свойств вязкости и весомости воды. Гидродинамическое сопротивление воды движению плотов, при отсутствии уклона поверхности и в условиях спокойной воды, по классической теории разделяют на три части: сопротивление трения, волновое и сопротивление формы.

R=RTp + RB+ Яф. (1)

Сопротивление трения является результатом действия сил вязкости воды, которые возникают в пограничном слое, примыкающем к поверхности плота. Влияние сил вязкости проявляется только в пределах пограничного слоя. Изучению пограничного слоя и сопротивления трения посвящено большое число исследований таких авторов как В. Рэнкин, Д.И.Менделеев, Н.Е. Жуковский, В. Фруд, Л. Прандтль, Г. Шлихтинг, В.Н. Худоногов, Я.И. Войткунский, Г.Е. Павленко, и др. Большое число исследований в современной гидродинамике, показало, что на величину сопротивления трения при движении твердого тела в жидкости оказывают влияние скорость движения тела, его габаритные размеры, шероховатость его поверхности и плотность

жидкости. Согласно выводам теории подобия, общая формула для определения сопротивления трения плота будет иметь вид:

^тр ~ ^тр 2

где 5 - площадь смоченной поверхности плота, которую определяли по формуле:

5 = (В + 27% (3)

В, Т , Ь - соответственно ширина, осадка и длина плота; С^ - коэффициент сопротивления трения, Стр = /(Де); р - плотность воды; V - скорость движения плота относительно воды; Яе — число Рейнольдса.

Для расчёта сопротивления трения плота использовалась существующая методика, основанная на допущении об эквивалентности трения поверхности плота и трения поверхности эквивалентной шероховатой пластины. Для режима с полным проявлением шероховатости, когда высота выступов превышает толщину ламинарного подслоя, зависимость коэффициентов сопротивления трения моделей плотов от относительной шероховатости может быть представлена формулой:

Стр = (1,89 + 1,62г5^)"2'5, (4)

где кв - эквивалентная песочная шероховатость. Для моделей плотов кц = 0,5 мм.

Формула (4) применима для диапазона -7 = 102... 10б. В наших

I

экспериментах все отношения — попадают в этот диапазон.

При медленном движении тела в водной среде жидкость обтекает тело без значительного нарушения равновесия свободной поверхности воды. При увеличении скорости движения жидкость не успевает плавно обойти тело, свободная поверхность воды деформируется. Частицы жидкости, выведенные из положения равновесия, совершают колебательные движения. Возникновение колебаний приводит к перераспределению давлений: повышение давлений в носовой и кормовой частях тела; понижение его в средней части тела. Возникающая вследствие этого результирующая сила нормальных давлений представляет собой волновое сопротивление.

Результаты опытных буксировок с одиночными брёвнами в натуральную величину показали, что волновое сопротивление начинает играть роль при числе Фруда Fr = 0,35 и более. Поскольку все буксировочные и технологические операции на воде с лесотранспортными единицами проводятся при достаточно малых скоростях, то и числа Фруда будут малы. В проведённых экспериментах числа Фруда (линейный параметр в которых длина Ь) не превышали значений ¥г = 0,10, поэтому влияние доли волнового сопротивления в общем объёме сопротивления будет незначительно и его в расчётах не учитывали.

Для определения коэффициента сопротивления формы была использована методика, суть которой сводится к следующей формуле:

Яф — ^общ ~ ^тр (5)

Общее сопротивление движению /?о6щ определялось по результатам экспериментальных исследований. Сопротивление трения /?тр определялось по методике, описанной выше. Таким образом, коэффициент сопротивления формы для моделей плотов из плоских сплоточных единиц определялся по формуле:

В третьем разделе изложена программа экспериментальных исследований, применяемое оборудование, методика проведения исследований, их результаты и статистическая обработка.

Экспериментальные исследования были выполнены на моделях в масштабе 1:20 в опытовом бассейне гравитационного типа в лаборатории кафедры водного транспорта леса и гидравлики САФУ. Для создания тяговых усилий использовалась канатоблочная система из трёхкратных полиспастов (рисунок 1).

Рисунок 1 - Опытовый бассейн и схема канатоблочной системы

Разгон и равномерное движение модели плота 1 с достигнутой скоростью осуществлялось силой (й1 + й3 — С2)/1п- В конце периода равномерного движения модели груз доходил до подставки 5 и останавливался. В дальнейшем торможение моделей осуществлялось силой (6'2 — С3)/1П. Таким образом, каждый опыт давал данные о трёх режимах движения: разгоне, равномерном движении и торможении моделей. Величина груза 6'3, необходимая для компенсации сил трения в блоках, определялась тарировкой. Инерционные силы движущихся частей системы в эксперименте не учитывались, так как массы этих частей пренебрежимо малы по сравнению с массой моделей плотов. Расчёты показали, что суммарная кинетическая энергия движущихся блоков и грузов системы составляет в среднем лишь 0,2 % от кинетической энергии модели плота при его движении.

В качестве звена, фиксирующего скорость движения модели, использовались бесконтактный датчик оборотов ВС-401, дифференциальный усилитель 2ЕТ-410 и аналого-цифровой преобразователь 2ЕТ-220 производства компании «Электронные технологии и метрологические системы» (2ЕТЪАВ).

Запись и первоначальная обработка сигналов, поступающих от датчика оборотов, проводилась при помощи программного пакета «гегЬаЬ», который поставлялся вместе с вышеназванным измерительным оборудованием. По результатам буксировки строился график зависимости скорости от времени. Пример графика показан на рисунке 2.

Время, с

Рисунок 2 - График зависимости скорости движения модели от времени

Для изготовления моделей использовались модельные брёвна диаметром от 10 до 11 мм, длиной от 323 до 327 мм. Моделирование выполнялось в диапазоне чисел Фруда Fr (0,017...0,095). Числа Рейнольдса при этом варьируются в диапазоне (0,5-Ю5...3,6-105). Опыты проводились при температуре воды 15...16°С. Буксировка моделей проводилась при различных скоростях, соответствующих натурным от 0,35 до 1 м/с. Число повторений опытов в серии было принято равным пяти.

Скорость движения модели плота в каждом опыте определялась в зависимости от заданного усилия буксировки, которое в свою очередь определялось соотношением масс грузов в канатоблочной системе. По результатам эксперимента для каждой модели плота были построены графики связи между средней скоростью равномерного движения и усилием буксировки. Пример графиков связи между полным сопротивлением и средней скоростью равномерного движения показан на рисунке 3.

Семейство графиков ЗАС6-4-2

0.06

0,10

„ „ □ ЗАС4 024 л ЗАС2

0.12 0,14 0,16 0,18 0,20 0, Средняя скорость модели V, м/с

Рисунок 3 - Экспериментальная зависимость полного сопротивления от средней скорости движения модели плота

Для получения математической зависимости для определения полного сопротивления вбды движению модели плота из плоских сплоточных единиц был использован метод множественной регрессии (multiple regression). В качестве входных величин были выбраны длина L, осадка Т, интервал по ширине между сплоточными единицами Сг, интервал по длине между сплоточными единицами С2 и квадрат скорости движения модели и2. Ширина плота В изменялась путём изменения интервала по ширине Сг между сплоточными единицами. Ширина сплоточных единиц не изменялась. Входные факторы варьировались на различных уровнях. Осадка и длина - на трёх уровнях, интервалы - на двух, скорость - на пяти.

Все расчёты были выполнены на ПК при помощи программного пакета Statistica. Были рассмотрены два варианта расчёта. В первом варианте не учитывались взаимодействия между входными факторами, во втором -учитывались. В результате расчётов были получены два уравнения регрессии. Первое уравнение регрессии имеет вид:

8 = -0,35 + 7,31Г + 0,64с' + 0,58с" + 0,11 L + 12Д0и2 (7)

Во втором варианте расчёта применялся метод пошагового включения переменных (forward stepwise). В результате получили второе уравнение регрессии:

8 = 0,06 + 202,16Ги2 + 2,26 Lv2 + 50,76TLv2 + 12,56 C2lv2 + (8) +442,93ГС1и2 + 564,59TC&L - 13559,27TC&Lv2.

Значимость коэффициентов регрессии определялась при помощи t-критерия Стьюдента. Значимость регрессии в целом определялась при помощи дисперсионного анализа. Расчётное значение F-критерия для каждого коэффициента в обоих уравнениях регрессии сравнивалось с табличным значением при заданном числе степеней свободы и доверительной вероятности 95 %. Так как для всех значений Fpac4 > Fn6ll, то значимость регрессии обеспечена на уровне 95 %.

Далее вычислялся коэффициент множественной корреляции й2 и скорректированный коэффициент множественной корреляции Radj- В уравнении (7) Я2 = 0,902, R2adj = 0,900, в уравнении (8) R2 = 0,992, R2dj = 0,991. Следовательно, полученное уравнение регрессии (8) объясняет разброс данных относительно среднего на 99,1%, в то время как уравнение (7) -лишь на 90 %. Для простоты расчёта лучше использовать уравнение (7), а для более точного расчёта - уравнение (8). Оба они имеют высокий показатель ff2

На рисунке 4 показан график связи между наблюдаемыми в эксперименте значениями силы сопротивления и предсказанными по уравнению регрессии (8) значениями силы сопротивления. Видно, что экспериментальные точки лежат на достаточной близости от биссектрисы координатного угла, следовательно, уравнение (8) адекватно описывает опытные данные. Оценка гистограммы остатков (рисунок 5) показала, что значительного отклонения от нормальности не наблюдается (критерий Колмогорова-Смирнова K-S d = 0,095),

следовательно, применение регрессионного метода можно считать обоснованным.

Рисунок 4 - График связи между предсказанными и наблюдаемыми значениями

сопротивления

К-З 09506 ЗЫдагоЛМк 96337, р= ,00007

-0,08 -0,06 -0,04 -0,02 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 Остатки ег(1 Н

Рисунок 5 - Гистограмма остатков

Результаты расчётов коэффициентов сопротивления формы Сф по

формуле (6) были обобщены в виде зависимости, полученной методом

т

наименьших квадратов. На рисунке 6 показан график сф = /(-).

Рисунок 6 - Зависимость коэффициента сопротивления формы Сф = /(-)

Расчёты проводились в программе Statistica. Опытные точки были

\ const3 -) методом

наименьших квадратов (least squares). В результате была получена формула, применимая для модельных и натурных условий:

Сф = 0,93 + 0,006 g) 115. (9)

Зависимость (9) применима для исследованного диапазона натурных скоростей i9H от 0,35 до 1 м/с, для диапазона изменения отношения (j^j = 0,01 ...0,07. Все коэффициенты зависимости (9) были проверены на значимость.

Известно, что при переходе с глубокой воды на мелководье возникает сила дополнительного сопротивления. Величина этой силы зависит от соотношения глубины h к осадке плота Т. Для количественного определения этой силы в опытовом бассейне были проведены опыты, в которых варьировалось отношение глубины наполнения бассейна к осадке модели плота h = Эксперименты проводились при разных скоростях, соответствующих

числам Фруда Fr = 0,028... 0,081. Параметр h варьировался в пределах 6,5... 1,6. Дополнительное сопротивление при буксировке по мелководью ДRM представим в долях сопротивления R, которое получилось бы, если бы плот буксировался на глубокой воде с той же скоростью:

Л*„=*й, (Ю)

где х ~ коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление от влияния мелководья.

По результатам эксперимента были построены графики зависимости сопротивления от скорости движения модели. Графики приведены на рисунке 7.

Рисунок 7 - Графики зависимости силы сопротивления от скорости при влиянии мелководья

Полученные расчётные формулы и построенные по опытным данным графики позволяют определить коэффициенты х для разных значений параметра К. Из рисунка 7 видно, что полное сопротивление движению при уменьшении параметра К увеличивается. Например, при скорости модели 17м = 0Д7 м/с при Я = 6,5 Д = 0,42 Н, а при К = 1,6 Д = 0,66 Н, то есть больше примерно на 50 %.

Обобщив опытные данные, мы построили графики зависимости коэффициента дополнительного сопротивления X от отношения глубины к осадке (рисунок 8).

Сплошной линией показана кривая, построенная методом средневзвешенных наименьших квадратов, прерывистой линией - подобранная аппроксимирующая зависимость в виде полинома третьей степени:

* = 1,39 - 0,78£ + 0,15 (£)2 - 0,01 (£)3 (11)

Рисунок 8 - Зависимость коэффициента х °т отношения -

Оба графика проходят на достаточной близости от экспериментальных точек. Отметим, что коэффициент корреляции Л = 0,89. По графику, нарисованному сплошной линией, можно, задаваясь различными величинами /г, определять коэффициенты дополнительного сопротивления от влияния ограниченности потока по глубине. Формула (11) позволяет определить значения х без использования графика.

В четвёртом разделе рассмотрены вопросы, касающиеся габаритов сплавного хода на малых и средних реках, а также предложена конструкция плота из плоских сплоточных единиц, обладающая повышенной гибкостью, рекомендуемая для условий сплава по извилистым рекам. Данная конструкция защищена патентом на полезную модель № 123760. Также рассмотрена технология изготовления вышеназванного плота.

Повышение гибкости плота достигается тем, что плот, содержащий плоские сплоточные единицы, соединённые между собой бортовыми лежнями, поперечными счалами, такелажными замками, и установленные линейками в группы, причём линейки в поперечном направлении соединены между собой за обвязки сплоточных единиц гибкими связями. Каждая группа сплоточных единиц формируется из нечётного числа линеек, причём средняя линейка выполнена большей длины.

На рисунке 9 изображена схема плота, вид сверху.

сплоточных единиц для применения на извилистых реках

Плот содержит плоские сплоточные единицы 1, которые соединены между собой бортовыми лежнями 2, поперечными счалами 3, установленными в голове и хвосте каждой группы сплоточных единиц. Бортовые лежни и поперечные счалы зафиксированы дуговыми сжимами 4. В точках пересечения бортовых лежней и счалов установлены пластинчатые сжимы 5. Каждая группа сплоточных единиц формируется из нечётного числа линеек, причём средняя линейка выполнена большей длины.

В поперечном направлении линейки соединены между собой за обвязки сплоточных единиц гибкими связями 6 (обвязки сплоточных единиц на рисунке 9 не показаны). Плот формируется из групп сплоточных единиц. При этом бортовые лежни соединяются такелажными скобами 7.

Предлагаемый плот обладает повышенной гибкостью, что позволяет использовать его для доставки круглых лесоматериалов по извилистым рекам. Использование этой конструкции плота позволяет проходит извилистые участки рек, имеющие в среднем на 30 % меньший радиус закругления сплавного хода, чем при использовании стандартного плота из плоских сплоточных единиц, имеющего линейки равной длины.

Общие выводы и рекомендации.

1. Обзор литературных источников показал, что имеются работы, связанные с вопросами определения силы сопротивления движению пучковых плотов. Выполнялись работы по определению сопротивления воды движению одиночных плоских единиц и линеек из них. Работы по определению сопротивления воды движению плотов из плоских сплоточных единиц конструкции A.A. Митрофанова ранее не выполнялись.

2. Дано теоретическое обоснование физических процессов, происходящих при движении плота из плоских сплоточных единиц в водной среде. Пограничный слой является полностью турбулентным. Моделирование выполняется в автомодельной области чисел Рейнольдса.

3. Полученные в результате эксперимента математические модели в виде уравнений регрессии могут быть использованы для определения силы полного сопротивления воды движению плота. Анализ уравнений позволил выявить факторы, наиболее сильно влияющие на силу сопротивления. Исследования показали, что такими факторами являются осадка и скорость движения. Чем больше осадка и скорость движения - тем больше сила сопротивления. Меньший вклад в суммарное сопротивление воды вносит длина плота. При увеличении длины плота в 2 раза, при неизменных остальных факторах, полное сопротивление увеличивается в среднем на 20 %. При увеличении осадки с трёх до пяти рядов брёвен в сплоточной единице сопротивление увеличивается в среднем на 40 %. Уравнения проверены на адекватность, коэффициенты уравнения на значимость. Остатки проверены на нормальность распределения.

4. Определены математические зависимости для вычисления коэффициента сопротивления формы плота из плоских сплоточных единиц в

виде Сф = / Зависимости рекомендуются для использования при диапазоне

натурных скоростей движения плотов i9H от 0,35 до 1 м/с, для диапазона

изменения отношения = 0,01 ...0,07.

5. Построен график зависимости коэффициента х от отношения Данный график может быть рекомендован для определения дополнительного сопротивления воды движению плота на мелководье. Показано, что на

мелководье при - ~ 1,5 сопротивление движению плота увеличивается на 50 %.

6. Предложена конструкция плота из плоских сплоточных единиц с повышенной гибкостью для буксировки его по малым и средним извилистым рекам.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнаукн Росии

1. Федулов В.М., Барабанов В. А. Результаты исследования гидродинамических характеристик плотов из плоских сплоточных единиц. / Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. Архангельск,2012. №4, с. 83 - 90.

Статьи и материалы конференций

2. Федулов В.М., Леонов И.Е., Барабанов В.А. Методика исследования гидродинамических и инерционных характеристик плотов из плоских сплоточных единиц. / Актуальные проблемы лесного комплекса. Сборник научных трудов. Брянск, 2011. №30, с. 171 - 176.

3. Леонов И.Е., Федулов В.М. Новые технологии в лесосплаве: сплоточные единицы малой осадки. / Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка. Материалы конференции 10 - 11 ноября 2011 года. Санкт-Петербург, 2011, с. 294 - 296.

4. Федулов В.М., Леонов И.Е., Барабанов В.А. Методика исследования гидродинамических характеристик малых плотов из плоских сплоточных единиц. / Наука - Северному региону. Сборник материалов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных, инженерно-технических работников и аспирантов по итогам работ за 2010 год. Архангельск, 2011. с. 111 - 114.

5. Федулов В.М. Применение метода множественной регрессии для обработки результатов экспериментальных исследований плотов из плоских сплоточных единиц. / Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка. Материалы конференции 10-11 ноября 2011 года. Санкт-Петербург, 2011, с. 335 - 338.

6. Fedulov V.M., Barabanov V.A. Determination of the Form Drag Coefficient for Flat-Units Rafts. / Актуальные проблемы лесного комплекса. Сборник научных трудов. Брянск, 2011. №30, с. 137 - 139.

Патенты и свидетельства 7. Пат. 123760 Российская Федерация, МПК В63В35/62, В65(}69/20. Плот для извилистых малых рек [Текст] / Г.Я. Суров, В.А. Барабанов, В.М. Федулов; патентообладатель ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова». - № 2012125316; заявл. 18.06.2012' опубл. 10.01.2013.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим направлять по адресу: 163002, г. Архангельск, ул. Наб. Северной Двины, д. 17, САФУ, ученому секретарю диссертационного совета Д212.008.01 Земцовскому А.Е. Телефон 8(8182)21-61-49. Телефон-факс 8(8182)21-61-50.

Подписано в печать 29.04.2013. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 1527.

Издательско-полиграфический центр им. В.Н. Булатова ФГАОУ ВПО САФУ 163060, г. Архангельск, ул. Урицкого, д. 56

СЕВЕРНЫЙ (АРКТИЧЕСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В.

ЛОМОНОСОВА

________. На правах рукописи

0470?5588*6

ФЕДУЛОВ ВАСИЛИЙ МИХАЙЛОВИЧ

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАЛЫХ ПЛОТОВ ИЗ ПЛОСКИХ СПЛОТОЧНЫХ ЕДИНИЦ

Специальность 05.21.01 Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор [А.А.Митрофанов кандидат технических наук, доцент В.А.Барабанов

Архангельск-2013 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................... 4

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА

1.1. Водный транспорт леса как необходимый вид транспорта лесоматериалов...................................................................................................... 11

1.2. Развитие научного направления водного транспорта леса........................... 13

1.3. Плоты из плоских сплоточных единиц малой осадки.................................. 16

1.4. Краткая история исследования вопросов сопротивления движению тел в жидкости.............................................................................................. 19

1.5. Краткий обзор опубликованных работ по изучаемому вопросу..................... 24

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ ДВИЖЕНИИ ПЛОТОВ ИЗ ПЛОСКИХ СПЛОТОЧНЫХ ЕДИНИЦ В ВОДНОЙ СРЕДЕ

2.1. Предварительные замечания.............................................................. 29

2.2. Составляющие полного сопротивления воды движению плотов.................... 31

2.3. Безразмерные коэффициенты сопротивления......................................... 34

2.4. Пограничный слой, образующийся при движении плота в водной среде. Сопротивление трения.................................................................................... 35

2.5. Волновое сопротивление.................................................................. 42

2.6. Общий вид математической зависимости для определения коэффициентов сопротивления формы................................................................................. 42

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАЛЫХ ПЛОТОВ ИЗ ПЛОСКИХ СПЛОТОЧНЫХ ЕДИНИЦ НА МОДЕЛЯХ

3.1. Предварительные замечания.............................................................. 44

3.2. Критерии подобия при моделировании установившегося равномерного движения плотов из плоских сплоточных единиц......................................... 45

3.3. Экспериментальная установка. Методика проведения эксперимента............ 48

3.4. Методика обработки экспериментальных данных..................................... 55

3.5. Результаты исследования сопротивления воды движению моделей плотов из плоских сплоточных единиц методом множественной регрессии..................... 63

3.5.1. Первый вариант расчёта................................................................... 65

3.5.2. Второй вариант расчёта.................................................................... 71

3.6. Влияние мелководья на сопротивление движению плотов из плоских сплоточных единиц.................................................................................... 75

3.7. Анализ точности расчётных формул, полученных в результате экспериментальных исследований................................................................................ 80

3.8. Анализ результатов экспериментальных исследований и их практическое

применение............................................................................................. 82

4. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ ПЛОТА ДЛЯ МАЛЫХ И СРЕДНИХ ИЗВИЛИСТЫХ РЕК

4.1. Эксплуатационные характеристики лесосплавных путей............................. 86

4.2. Техническое решение плота из плоских сплоточных единиц для условий сплава по извилистым рекам................................................................... 89

4.3. Технология изготовления плота усовершенствованной конструкции............ 93

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ..................................................... 95

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................... 96

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................... 108

Приложение 1 - Характеристика моделей плотов из плоских сплоточных единиц................................................................................................... 109

Приложение 2 - Результаты статистической обработки опытов по определению

скоростей движения моделей.................................................................. 110

Приложение 3 - Определение коэффициентов Ci и с2.................................... 117

Приложение 4 - Графики зависимости полного сопротивления воды от скорости

равномерного движения для различных типоразмеров моделей плотов............. 125

Приложение 5 - Расчёт коэффициентов сопротивления................................. 137

Приложение 6 - Относительные и абсолютные погрешности расчётных формул.. 142

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования.

Российская Федерация обладает самыми большими запасами лесных ресурсов, которые расположены на площади более 700 млн. га. Рациональное и экологически обоснованное освоение и переработка этих ресурсов, несомненно, оказывает положительное влияние на общее экономическое и социальное развитие страны. Для успешного развития лесопромышленного комплекса (ЛПК) необходимы исследования по модернизации и совершенствованию лесозаготовительных, транспортных и лесоперерабатывающих операций на всех этапах: от заготовки древесины до реализации готового продукта потребителю.

Исторически сложилось, что водный транспорт леса, в условиях разветвлённой водной сети РФ и естественного расположения лесных массивов в бассейнах многочисленных малых и средних рек, является одним из основных видов доставки древесины потребителю. По оценкам специалистов в области ЛПК, основные запасы спелой, подлежащей вырубке древесины, в настоящее время сосредоточены в верховьях малых и средних рек большинства лесных регионов России [80].

К сожалению, резкое сокращение объёмов лесозаготовок в 1990-е годы 20 века и повсеместный спад производства в промышленности привели к упадку водного транспорта леса. Был запрещён молевой лесосплав, произошёл отгок высококвалифицированных специалистов-сплавщиков. Лесосплавное

оборудование было уничтожено, лесозаготовительные предприятия, обладавшие достаточным количеством лесосечного фонда и квалифицированными кадрами, оказались отрезанными от железных и автомобильных дорог, и рек с плотовым сплавом.

Ликвидация молевого сплава привела к прекращению лесозаготовок в отдалённых регионах, поскольку перевозка круглых лесоматериалов автотранспортом на расстояния свыше 150 км являлась невыгодной, да и само строительство лесовозных магистралей, по всей видимости, на данном этапе было неосуществимо.

По мнению большинства специалистов лесного комплекса, единственным и высокоэффективным способом доставки древесины, заготовленной в верховьях малых рек, является только водный транспорт. Во второй половине 2000-х годов в Архангельской области появились предприятия, целью которых стало возобновление и восстановление прежних объёмов лесосплава в плотах на крупных реках Архангельской области. При этом им приходилось решать целый комплекс проблем, таких как недостаток лесосплавного флота в технически годном состоянии и огромная стоимость его ремонта, отсутствие специалистов-сплавщиков, капитанов-плотоводов, недостаточный уровень квалификации мастерского состава.

В условиях довольно скромного бюджета лесосплавных предприятий становится особенно актуальной проблема научного обоснования и эффективности водного транспорта леса, выполнения комплекса исследовательских работ по анализу действующих транспортно-технологических схем с целью увеличения плотового лесосплава, в том числе на малых реках с ограниченными глубинами и шириной судового хода, и судовых перевозок.

Ввиду вышесказанного, одним из путей преодоления сложившегося «застоя» является возобновление лесосплава в верховьях малых и средних рек, где раньше был молевой лесосплав. При этом важно отметить, что объёмы зимней сплотки лесоматериалов на крупных реках приближаются к своему пределу. Для увеличения объёмов перевозок лесоматериалов в судах в весенний период также существенных перспектив нет, так как при этом потребуется увеличение технически годных единиц флота, а его содержание при кратковременном периоде работы в навигацию обходится чрезвычайно дорого. Одним из выходов из сложившейся ситуации является увеличение объёмов навигационной сплотки лесоматериалов. Профессором Митрофановым A.A. [43] были предложены новые технологии лесосплава на базе плотов из плоских сплоточных единиц с осадкой 0,25 ... 1,1 ми объёмом сплоточной единицы, соответственно, от 6 до 40 м3. Такие плоты можно формировать на малых и средних реках в течение всей навигации, а также на плотбищах в зимний период. Выполнены исследования гидродинамических характеристик одиночных сплоточных единиц [53], линеек из

них [72], обоснованы параметры раскаточных машин для плоских сплоточных единиц [26], предложена конструкция сплоточной машины [43].

В настоящее время технология лесосплава на базе плотов из плоских сплоточных единиц продолжает разрабатываться. В течение ряда лет был проведён плотовой сплав по рекам Пинега, Онега, Вага и Северная Двина. Дальнейшее внедрение новых технологий сдерживается из-за недостатка технического и научного обеспечения. Данная диссертация посвящена решению конкретного вопроса этой проблемы - исследованию гидродинамических характеристик малых плотов из плоских сплоточных единиц в условиях ограниченных и неограниченных глубин. Под малыми подразумеваются плоты, имеющие две сплоточные единицы по ширине. Знание этих характеристик важно для разработки техники для проведения сплава по новой технологии и для создания технологии изготовления и транспортировки лесоматериалов по малым и средним извилистым рекам.

Внедрение предлагаемых технологий с одновременным увеличением объёмов навигационной сплотки на крупных реках, по нашему мнению, приведёт к стабильному развитию лесосплавных предприятий, решит проблему занятости населения в отдалённых районах, приведёт к развитию сопутствующих судоремонтных и судостроительных отраслей, а также изготовителей техники для лесной промышленности. При возможности транспортировки древесины по малым и средним рекам должны вырасти и объёмы заготовки круглых лесоматериалов, а, следовательно, и поступления в бюджеты всех уровней.

Таким образом, тема исследования «Гидродинамические характеристики малых плотов из плоских сплоточных единиц» является актуальной. Кроме того, работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой «Совершенствование водного лесотранспорта в Северо-Двинском бассейне» (2007 - 2012 гг.). Научные руководители A.A. Митрофанов и В.А. Барабанов.

Объект исследования. Технология водного транспорта леса на малых и средних извилистых реках.

Предмет исследования. Плоты из плоских сплоточных единиц.

Цель исследования. Определение гидродинамических характеристик плотов из плоских сплоточных единиц для совершенствования технологии лесосплава по малым и средним, извилистым рекам.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследования:

1) теоретически обосновать физические процессы, происходящие при движении плота из плоских сплоточных единиц в водной среде;

2) усовершенствовать методику и выполнить экспериментальные исследования на моделях процессов взаимодействия плотов из плоских сплоточных единиц с водным потоком при равномерном прямолинейном движении;

3) построить математические модели взаимодействия движущегося плота из плоских сплоточных единиц с водной средой при равномерном движении;

4) построить математическую модель сопротивления воды движению плотов из плоских сплоточных единиц, используя метод множественной регрессии;

5) определить количественное и качественное влияние входных факторов (осадка, длина, ширина, скорость движения, интервалы между сплоточными единицами) на выходную величину (полное сопротивление воды) в уравнении регрессии; провести анализ уравнения регрессии;

6) получить зависимость для определения коэффициента дополнительного сопротивления от ограниченности потока по глубине на сопротивление движению плота из плоских сплоточных единиц;

7) провести анализ точности результатов экспериментальных исследований методами математической статистики;

8) разработать конструкцию плота из плоских сплоточных единиц с повышенной гибкостью для буксировки его по извилистым малым и средним рекам.

Методы исследования. При проведении теоретических и экспериментальных исследований использованы основные законы механики, в частности гидромеханики, теория пограничного слоя, теория подобия и физического моделирования, методы математического анализа и статистики, методы планирования эксперимента. Для экспериментальных исследований была использована опытная установка, в состав которой входят современные электронные приборы - персональный компьютер, бесконтактный датчик оборотов ВС-401, аналого-цифровой преобразователь гЕТ-220 и дифференциальный

усилитель ZET-410. Для обработки и представления данных использовалось современное программное обеспечение - ZetLab, Zet Registrator, Zet Writer, Zet Result Viewer (Россия), IBM SPSS Statistics 19.0, Statistica 8.0, Wolfram Mathematica 8.0 (США), Microsoft Word 2010.

Научная новизна диссертационного исследования:

усовершенствована методика экспериментальных исследований физического взаимодействия плотов и водной среды при их относительном движении с применением современных электронных приборов;

- получена математическая модель (в виде уравнения регрессии) взаимодействия плотов из плоских сплоточных единиц с водной средой, в которой учитывается влияние промежутков между сплоточными единицами в плоту;

- получены математические зависимости для определения коэффициентов сопротивления плотов из плоских сплоточных единиц;

- получены коэффициенты, характеризующие увеличение сопротивления равномерному движению плота из плоских сплоточных единиц при движении его в условиях ограниченных глубин;

- предложена усовершенствованная конструкция плота с повышенной гибкостью для условий буксировки по средним извилистым рекам. Оригинальность конструкции подтверждается патентом на полезную модель № 123760 .

Научные положения, выносимые на защиту:

- методика и результаты экспериментальных исследований взаимодействия плотов из плоских сплоточных единиц с водной средой при их движении;

- полученная математическая модель сопротивления воды движению плота из плоских сплоточных единиц в виде уравнения регрессии, и её анализ;

математическая зависимость для определения коэффициента дополнительного сопротивления при движении плота из плоских сплоточных единиц по мелководью;

- конструкция плота из плоских сплоточных единиц с повышенной гибкостью для буксировки по малым и средним извилистым рекам.

Обоснованность и достоверность результатов исследования подтверждается аргументированностью принятых допущений при теоретических и

экспериментальных исследованиях, использованием современных методов фундаментальной и прикладной науки, выполнением большого объёма экспериментальной работы, результаты которой обработаны методами теории вероятностей и математической статистики с применением современных прикладных программных пакетов.

Практическая значимость работы. Технология лесосплава на базе плотов из плоских сплоточных единиц обеспечивает транспортировку лесоматериалов на большие реки ранней весной по большинству малых и средних рек, где раньше был молевой сплав.

Результаты исследования гидродинамических характеристик плотов из плоских сплоточных единиц, могут быть использованы при конструкторской разработке новой техники и оборудования для лесосплава и смежных областей, для технологических расчётов при буксировочных операциях, в том числе по малым и средним рекам с ограниченными глубинами и извилистым руслом. Например, полученные результаты могут быть использованы при расчёте необходимого времени буксировки плотов, при расчёте необходимого усилия буксировки для заданного плота, либо для подбора катера-буксировщика при заданных габаритах плота. Кроме того, представленные материалы могут быть использованы в учебном процессе при подготовке специалистов для лесопромышленного комплекса по специализации водный транспорт леса.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства, (критерии п. 7 «Положение о порядке присуждения учёных степеней» Минобрнауки России).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях САФУ (2010 - 2012 гг.), Х1-й международной научно-технической конференции «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития» (г. Брянск, 2011 г.), международной научно-технической конференции молодых учёных и специалистов «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (г. Санкт-Петербург, 2011 г.). Получен патент на полезную модель № 123760.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть работ, в том числе од