автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.17, диссертация на тему:Основы теории и расчета устройств раскрытия траловых систем

КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КОМИТЕТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО

РЫБОЛОВСТВУ

На правах рукописи УДК 639.2.081.117.21.001.63(043.3)

КАРПЕНКО Василий Петрович

РГБ ОД

2 7 Я110 1997

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТА УСТРОЙСТВ РАСКРЫТИЯ ТРАЛОВЫХ СИСТЕМ

Специальность: 05.18.17. - Промышленное рыболовство

Автореферат диссертации на соискание

ученой степени доктора технических наук

Калининград -1996

Работа выполнена а Керченском морском технологическом институте

Официальные оппоненты:

1. Доктор технических наук, профессор Юдович Ю.Б., г. Москва

2. Доктор технических наук, профессор Альтшуль Б.А., г. Калининград

3. Доктор технических наук, профессор Бачище A.B., г. Новороссийск

Ведущее предприятие: Экспериментальное конструкторское бюро МаринНПО по технике промышленного рыболовства, г. Калининград

Автореферат разослан " ff " _1996 г.

Защита диссертации состоится " ¿Г*" _1997 г.

на заседании Диссертационного Совета Д.117.05.01 при Калининградском государственном техническом университете (КГТУ) по адресу: 236000, г. Калининград обл., ул.проф. Баранова, 43

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ. Заверенные отзывы в двух экземплярах просим направлять в адрес КГТУ.

Ученый секретарь Диссертационного Совета к.т.н., доцент

Общая характеристика работы

Основная научная направленность. Современныерыболовныетралойые системы представляют собой буксируемые гидротехнические.сооружения, включающие большой комплекс специальных устройств, узлов, деталей и конструктивных элементов различной структуры и сложности исполнения. И в этой связи невозможно сейчас представить успешную и эффективную работу рыбопромыслового трала без оснащения его современными устройствами раскрытия. Они обеспечивают траловой системе одну из основных ее рыболовных функций, раскрывая устье трала - создают зону облова, необходимую рабочую форму и размеры входного устья трала. За счет устройств раскрытия во многом обеспечивается необходимый режим пространственного положения трала относительно дна и поверхности водоема, а также объекта лова.

Исторически устройства раскрытия конструктивно видоизменялись и совершенствовались, предусматривая определенные цели, и к настоящему времени ассортимент этих изделий и их типоразмеров на мировом рьппсе промыслового снаряжения огромен. Так же широк и круг вопросов, связанных с проблемой научного и инженерного обеспечения задач проектирования и эксплуатации устройств раскрытия трала, которые являются идеологической и инструментальной базой как создания более современных и прогрессивных изделий этого направления, так и их грамотной и безаварийной эксплуатации.

Каждому рыбаку известна значимость правильного подбора траловых досок, подъемных щитков и др. устройств раскрытия для того или иного типа траулера и трала, с которым он работает. Однако успешность осуществления этой процедуры не всегда гарантирована, так как обоснование погребных параметров важнейших устройств раскрытия устья трала связано прежде всего с фундаментальным решением задачи раскрытия трала, которая по существу до сих пор не имеет корректной постановки и системного подхода к возможным вариантам ее решения.

Постоянно на мировой рынок поставляется достаточно большое количество типовых конструкций траловых досок и их модификаций. Но, как правило, многие модификации связаны лишь с некоторым изменением внешнего вида или технологии изготовления типовой конструкции, что не оказывает, а практически во многих случаях совсем не оказывает влияния на изменение полезных качеств изделия. Такое положение с изделиями оснастки раскрытия трала объясняется тем, что до снх пор практически не известны исследования по структуризации и анализу их критериев развития и

показателей качества. По существу судовладельцы рыболовных судов не располагают конкретным, хорошо выверенным и ранжированным спискам оценок совершенства и прогрессивности устройств раскрытия трала, как эт давно принято во всех раэоитых отраслях техники. Отсутствие таких знани безусловно негативно влияет на процессы проектирования, конструирован и производства этих изделий. Необходимо также отметить, что далека от полноты и требует серьезного дополнения научно-методическая база для оценки и принятая: проектного решения но основным видам устройств раскрытия трал« - -траловым доскам и подъемным щиткам.

Траловая система в том виде, в котором она сейчас конструктивно существует, представляет собой малоулравляемую и сморегулируемую техническую систему. Траловые доски и подъемные щитки в процессе раба траловой системы принимают в каждый момент времени только такую ориентацию в пространстве, при которой обеспечиваете» их равновесие пг< действием всех сил, действующих на иих как со стороны окружающей среда так и траловой системы. В спою очередь раепориая сила траловых досок и подъемная сила щитка зависит от ориентации в пространстве последних, тс есть их угла атаки, крена и дифферента. Кроме того изменение скоростной: шш позиционного движения траловой системы может сказаться на устойчивости их пространственного положения и параметров раскрытия , которые они обеспечивают системе. В связи с чем важнейшее значение имее разработка теории устойчивости движения распорных устройств трала, которая является научно-методической базой для расчета продольной , вертикальной и путевей статической устойчивости движения траловых до о их авторотации и: заверта трапа, расчета нястройкн и регулирования' траловых досок по углу атаки, крена и дифферента. :

В разработке перечисленных научных направлений, основ теории и расчета устройств раскрытия траловых систем и заключается научная направленность предлагаемой дисссргацпп.

Актуальность исследования.. Актуальность выполненных исследован] определяется необходимостью совершенствования и развития методов проектирование и эксплуатации устройств раскрытия-градовых системе целью повышения их проивтеловых качееттг 1Г показателей технического уровня.

Исследуемая проблема имеет важное рыбохозяйственное значите, та как ее решение и внедрение результатов в практику способствует снижению энергоемкости и повышению эффективности тралового лова.

Цель и задачи исследования. Целью диссертации является создание основ теории и расчета устройств раскрытия траловых систем и разработка на этой базе современных инженерных методов и алгоритмов решения ряда

принципиально важных задач как при проектировании, так и при эксплуатации этих изделий.

В число основных задач исследования входит:

- постановка, формализация и разработка версий фундаментального решения задачи раскрытия и конфигурации траловой системы;

- структуризация и анализ критериев развития и показателей качества основных устройств раскрытия траловой системы;

- формализация и разработка основных положений научно-методического обеспечения для оценки и принятия проектного решения по конструктивной схеме крыла устройства раскрытия трала;

- формализация и разработка основных положений теории устойчивости движения распорных устройств трала и разработка направлений ее прикладного использования;

- разработка методов расчета и способов настройки, регулирования и стабилизации ориентации устройств раскрытия трала при работе траловой системы.

Общая методика исследования. Диссертация обобщает многолетние теоретические и экспериментальныо-поисковые исследования автора в области создания научно-методической базы для проектирования, конструирования и эксплуатации устройств раскрытия траловых орудий лова.

В предлагаемой работе в первую очередь выполнена постановка задачи раскрытия траловой системы, разработана морфологическая карта моделей схематизации передней части трала, которые поззоляют в полной мере применить аппарат теоретической механики для построения общих математических моделей решения этой задачи как при 2-х мерном, так и 3-х мерном представлении канатного каркаса траловой системы. На базе общих моделей разработаны методики и алгоритмы решения этой задачи для моделей с различной структурой схематизации как передней части трала, так и его кабельной оснастки. Построение математических моделей сопротивления трала в функции раскрытия его устья выполнено на материалах обработки результатов экспериментальных исследований, выполненных как автором, так и другими исследователями. Затем на базе общей теории устойчивости движения механических объектов определены условия статической и динамической устойчивости движения распорных устройств трала. Используя аппарат теоретической механики построены математические модели их продольной, вертикальной и путевой статической устойчивости движения, а также разработаны методики и алгоритмы их численного решения и анализа. Используя аппарат теоретической механики разработана математическая модель задачи продольной динамической устойчивости движения распорного устройства и

выполнены экспериментальные исследования этой задачи на физических моделях траловых досок в гидролотке КТИРПХ. По авторотации распорны устройств выполнены только теоретические исследования.

Этап работы, связанный с разработкой методики расчета и проектирования распорных устройств трала в главном базируется на анализ результатов многочисленных экспериментальных работ как автора так и других исследований с моделями и конструктивными примитивами типовых конструкций крыла устройств раскрытия, а также экспериментальных работ поисковыми конструкциями.

Последний раздел работы связан с разработкой прикладных математических моделей задач расчета ориентации устройств раскрытия пр] их включении в заданную траловую систему, численного решения и анализа результатов решения этих задач. Здесь же приведен анализ как типовых, так поисковых конструктивных схем оснастки траловых досок и подъемных щитков, исходя из совершенствования точности и надежности управления и ориентацией.

Научная новизна. Научная новизна работы состоит в построении теории, методов расчета и научно-методической базы для проектирования, конструирования и эксплуатации основных устройств раскрытия траловой системы.

В число основных научных разработок, обладающих новизной, входя: постановка и версии решения задачи раскрытия и конфигурации траловой системы, теория и математические модели устойчивости движения распорш устройств трала, математические модели и алгоритмы расчета ориентации траловых досок и подъемных щитков трала, методика проектирования и конструирования устройств раскрытия трала.

Практическая ценность. Практическая ценность диссертации состоит т создании эффективных инженерных методов анализа, оценки, формирован! и обоснования технических характеристик устройств раскрытия траловой системы, научно-методической базы данных для разработки и принятия проектного решения но их конструкции, инженерных методов и алгоритмо] расчета и обоснования настройки и регулирования устройств раскрытия пр их эксплуатации.

Реализация работы. Результаты исследований нашли применение в работе научно-исследовательских, проектно-конструкторских, учебных и промысловых организаций.

Материалы диссертации использовались в рыбохозяйствеиных проектных организациях при проектировании многих конструкций распорных траловых досок. На базе материалов диссертации созданы компьютерные программы настройки и балансировки траловых досок

учебно-тренажерным центром в г. Калшшнграде(обл.) и лабораторией САПР кафедры промышленного рыболовства Калининградского государственного технического университета.

Материалы диссертации широко используются при подготовке специалистов по промышленному рыболовству в вузах России, Украины и др. странах. Они вошли в учебники "Теория и проектирование орудий промышленного рыболовства" Н. Stengel, A. Fridman. - Berlin: Veb Veriag Technik, 1977; АЛ.Фрвдман. - M: "Пищевая промышленность", 1981; учебное пособие А.Л.Фридмана и М.М.Розенштейна "Сборник задач и упражнений гго теории и ггроек-пфовангоо арупии промышленного рыболовства" (М Лгронроммздат, 1987).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на Межвузовских научно-техшшеских конференциях Калининградских лузол Минрыбхоза СССР, ГДР и ПНР (19721978 г.г., Калининград, Росток, Гдыня), на бассейновых конференциях по определению основных направлений развития орудий п методов промышленного рыболовства (Калининград. 1976, 1977 г.г.), на научгно-те.хнических конференциях К'ГИРПХ (Калининград, 1967-1982 г.г.), на Всесоюзном семинаре "Совершенствование подъемно-тралового оборудования рыболониых судов" (Севастополь, 1988, 1989 г.г.), на научно-технических конференциях КМТИ (Керчь, 1990-1996 г.г.).

Публшсагнш. Материалы диссертации опубликованы в монографии "Устройства раскрытия рыболовных тралов (Проектирование и эксплуатация) ":-М: "Пищевая промышленность", 1980. - 248 с. (в соавторстве с АЛ .Фридманом) и в 20 других печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она изложена на 360 страницах, содержит ПО рисунков и 21 таблицу, библиография - 186 наименований, их них 150 - па русском языке.

Краткое содержание работы

Во введении диссертации обоснована актуальность выполненных исследований, дана общая характеристика работы, кратко изложено ее содержание.

В первой главе изложены теоретические и экспериментальные исследования-, связанные с постановкой и разработкой версий фундаментального решения задачи о раскрытии и конфигурации траловой системы. Решение этой задачи крайне необходимо дат грамотного и обоснованного определения основных технических характеристик устройств

раскрытия трапп, а также грамотного и точного решения прикладных зада их настройки и регулирования при работе с тралом.

На основе современных представлений о механике траловой системы изложенных в работах Ф.И.Баранова, А.Л. Фридмана, Ю.А. Изнанкина, В Кондратьева, Э.М. Рыкунова, В.Н. Стрекаловой, О. Gabriel, H. Stengel и д{ выполнена постановка задачи о раскрытии трала и предложена формализация для ряда вариантов расчетных схем, то есть механических моделей траловой системы с различной степенью схематизации (идеализации). Морфологическая карта моделей схематизации передней части трала приведена в табл, 1 .

Расчетная схема задачи раскрытия и конфигурации траловой сисгемь для 2-х мерных моделей схематизации трала на примере модели 2VC1 изображена на рис.1. Равновесие траловой системы отождествляется с ее стационарным движением.

Рассматриваемая система ОД1В1АВ2Д2 находится в равновесии под действием тяги судна, сил тяжести и сопротивления всех ее эяел^нтов й сия которые обеспечивают ей раскрытие. Ваерные канаты ОДг иОДг могут быть схематизированы либо в виде жестких, весомых, прямолинейных стержней 1\ , либо в виде идеально гибких, весомых и нерастяжимых нитей, имеющих равномерно распределенную по длине потопляющую силу Gi и гидродинамическую силу сопротивления Ri. Для первого случая схематизации ваера силы G1 и Ri могут быть приложены на середине его длины. В этом случае угловыми координатами ваерных канатов является yi их раскрытия 6t в плоскости ОД1Д2 и угол наклона этой плоскости <j»i к Oct ОХ. Все кабельные канаты схематизированы двумя стержнями длиной / г. В их середине приложены силы G2 и R 2. Угловыми координатами кабелей являются угол их раскрытия 02 в плоскости Д1В1В2Д2 и угоя наклона этой плоскости ф з к оси ОХ. Элементы каркаса передней части трала схематизируются в соответствии с принимаемой моделью схематизации тра (см, табл.1). Для решаемой задачи считаем угол наклона плоскости трала к оси ОХ равным фз = 0. Угловыми координатами, определяющими раскрыта трала, являются угол аз (угол между образующей гаи топенантом трала и осью ОХ) а угол ш (угол между подборой и осью ОХ). В т.т. Д( и Дз соединения ваеров с кабеля ми схематизированы центры масс траловых досс с распорными силами Ry, силами сопротивления Яд и потопляющими силами Gd . В т.т. Bi и В2 крыльев трала приложены потопляющие силы углубителей Gr, их сопротивление Кг и составляющие силы сопротивления передней части трала пИтп. В т. А приложена сила сопротивления мешка трала Rtm. Все силы сопротивления элементов траловой системы

-it-

параллельны оси ОХ, распорные силы - оси ОУ, потопляющие (подъемные )

силы • осп 02,

Исходными данными в прямой задаче раскрытия траловой системы являются: п'ометр^'гссрпге размеры всех элементов системы: силы сопротивления н потопляющие (подъемные) силы всех элементов системы и их распределение; распорные силы. Задачей исследования системы являются определение: угловых и линейных параметров раскрытия системы (например: Oi, Oi, ш, аз, аз, ои, уп , у р.); угловых и линейных координат расположения основных узлов системы (например: <pi, ср? , Хд, Хв, 2д, Zb).

Рассматриваемая система (рис. 1) под действием приложенных к ней сил будет находиться в статическом равновесии , если для каждого ее элемента (например: узлов Д, В, С, Л, контура ABiCBj и т.д.) будут соблюдаться условия силового

Х=0, У=0, Z=0 (I)

и моментного равновесия

Мх=0, Му=0, Mz=0. (2)

Системы трансцендентных уравнений (1)и (2) необходимо дополнить условием(ями) неразрывности контура(ов) трала. Для случая моделей типа 2VC1(2VH1) таким условием будет равенство

l^Sina^ = ijSina^ . (3)

В работах Б.А.Альттуля доказано, что всегда q>: < 0,15 рад. Поэтому можно считать, что аз» дг, а связь между ш и 8* имеет вид

tgai = tg 8 11 Cos ф4. (4)

При схематизации ваерных канатов в виде гибких нитей координаты узла Д (хв, zd ) определяются не с помощью конечных соотношений, а системой дифференциальных уравнений, представленных в работах В.И.Габрюк, В.Н.Стрекаловой, Н. Stengel.

При написании уравнений (2) в явном виде принимают знак момента поло:кггелъным, если его действие приводит к- унеличетпо угла раскрытия (положения) траловой системы и отрицательным - при уменьшении.

На основании современных представлений о сопротивлении траловой сети, изложенных в работах A.J1 .Фридмана, А.Л.Фонарева, А.С.Ревина, М.М.Розенштейна, В.И.Лунина, В.А. Белова и др., а также специальных экспериментальных исследований , выполненных автором данной работы, предложена следующая модель функции сопротивления передней части трала:

Яш =0,545

ГьЛл s<P.

1/3

, (5)

2

где br и Ы - горизонтальное и вертикальное раскрытие устья трала; Эф и 1 - фиктивная площадь и площадь нитей сети трала. Формула (5) проста и удобна для ее использования как при решении задачи раскрытия трала, так др. задач, связанных с регулирован!«« и настройкой устройств раскрытия.

Опираясь на экспериментальные исследования сопротивления тралов мешков, проведенные в Абердннской морской лаборатории (R.S.T. Ferro, P. A.M. Stewart), предложено представить модель функции сопротивления мешка трала как

= (6) I 2 *s»;

где: F- площадь боковой поверхности сетного полотна мешка;

N . '

— - плотность густоты нитеи и узлов сетной поверхности пластеи мешка

T« - ~ удлинение мешка. Окончательный вид функции (6) Со

R^CxJ^^-F, (7)

где

Ос, =0,91.10 2+0,11 ljj~) -ЮЛ (8)

Для траловых мешков с двухрядной сетной поверхностью (пласта мешка и рубашка, пласта мешка и покрытие) при расчете Схм отношение № $ф следует определять как среднеквадратичное.

Расчетная схема задачи раскрытия и конфигурации траловой системы для 3-х мерных моделей схематизации трала изображена на рис.2 (на приме} модели ЗУС1). Здесь кабельная оснастка схематизирована в виде 4-х весомы стержней: ОВв - верхние кабели (£я);ДВн-нижние кабели (в^). Передняя

часть трала схематизирована в виде 9-ти узловых точек (Вв - вершины крыльев верхней подборы, Вп - вершипы крыльев нижней подборы, Св -центр верхней подборы, Си - цен тр нижней подборы, Е - центры боковых подбор, А - точка схождения топенантов трала), шарнирно связанных межд] собой конструктивными элементами в виде невесомых стержней или нитей, длика которых:

В ,(топенант)),2£<(всрхняя/нижняя подборы );2^5(боковая подбора).

2 . Расчетная схема задачи раскрытия трала для симметричного случая моделей типа 31/01 .

■ Внешиие силы, действующие на устье трала: Rtm - сопротивление траловог мешка (т.А); ийтп - часть силы сопротивления передней части трала, приходящаяся на одну узловую точку (т.т.Вв,Вн,Св,Сн,Е) устья трала; Рп • подъемная сила оснастки верхней подборы (т.Св); Rn - сил сопротивления оснастки верхней подборы (т.Св.); Рп - потопляющая сила оснастки нижней подборы (т.Сн);(?2 - потопляющая сила(тяжесги) углубите; (т.т. Вн); Яг - сила сопротивления углубителя (т.т. Вн). Внешние силы, дейсггвугошие на кабели "и ваеры:

Rix , R.2bx , Riu - соответственно, силы сопротивления ваера и кабелей; Ru , Rtoy, Rä» - соответственно, распорные силы ваера и кабелей; Rix , Risz, Rjire - соответственно, гидродинамические потопляющие

(подъемные) силы ваера и кабелей. Gj 'G2,, Оы, -соответственно, потопляющие силы (тяжести) ваера и кабеле! Go - потопляющая сила (тяжести) траловой доски; Rx ,Ry - соответственно, сила сопротивления н распорная сила траловой доски.

Исходными данными прямой задачи являются геометрические размер! всех элементов системы, все сосредоточенные и распределенные силы (или и функции), действующие в узловых точках системы. Задачей исследования системы является определение: угловых параметров раскрытия устья трала j траловой системы (например: 81, cu», агп, аза, аи, сив, аш, фгв, фш, срзв, фи, фцв, ф«, ф5в, cpsu,); линейных параметров раскрытия траловой системы (например: yD, увв,увн,Ьа, hc); угловых и линейных координат расположения основных узлов траловой системы (например: CtJ, ф1, С133, С£2В, ф2В, ф2Н, /zff, XD, yD, zd, Хвв, увв, zuu, хвн, увн, йн, Хсв, 2св, Xcir, Zoe,).

Статическое равновесие системы определяется как и в первом случае условиями (1) и (2), а также условиями неразрывности контура трала и траловой системы в плоскости XOZ и XOY. С учетом этого для определен! угловых координат, определяющих конфигурацию устья трала (сш, а 2н, ал cüh, а«, сип, фгв, (ргл, фзв, фл1, ф4в, ф-м, фгв, ф5л, ), получена следующая система уравнений:

! i

! 0,5—(йтм + пйтггШна! Cosa +(/?n-f ni?tnwor, -Я,

t 40 4e ' 4e 2sy

—3- ---------------------'

Rn+0, 5(ätm + йтп) +■ IL M

:ax

0,5 ji(/?TM - п йтп) Sina ^Cos<p^ + (Rh + nRrn)tga^ - R^ l8Ctbl = Ru + 0,5(Ätm + йтп) + R '

е. , ,

Рп~0. -0,5-2-Йтм8т<р -пЯлте®. 2а £ Т5П ьв

¡00 = -—■-.——_3 ____,_•

Дп+0,5(Лтм + Лтп) + Л .

¿АХ

Ра + 021 + 2Сг - 0,5-^-Дтм &п<Р5н - п /гтйфр^

(ат --3--;

» ¿нх

(Рн+02н+2С)г~ъСо*аьСа^

+(Дп + ЗлЛтп + - (Ям + ЗяЯтп + УС^Соы^&гнр^-

~(Лтм + 2?»/ггп)[о,5г5(Ляр5в + - ~

+ ©!• 1 8 с +0,50, +в +0,257?™^« } + ) л _я_'- 2 а 2я_1г_За 3»_5н

1 ях + я яг?™ +йга)

I* 2г* г«*

'д 2« 2<? 4 4<? 4«

Лпа, ^-^Сола, 5та, ; Зв » 4« 4в 3

г. £

Ра.

а. --—;

г4в "Лъ+пКт .

Рн

<р, ——-—^ 4н йн + пПтп

(9)

где силы Язв в свою очередь являются функциями угловых координт положения кабелей, а сила Итп - функцией раскрытия устья трэда, то есть угловых координат шв, ош, <р», фя*. В силу этого система (9) представляет собой систему трансцендентных уравнений, решение которых возможно только численными методами. В материалах диссертации приведены методики и алгоритмы решения задачи раскрытая и конфигурации траловой системы для рачтпгпп.тх моделей схематизации каркаса передтгей части трала.

Глава вторая посвящена разработке теории устойчивости движения распорных устройств трала. В своих работах И.Г.Матросов, И.Г.Смыслов, Э.М.Рыкунов и др. обосновали условия равновесия распорных траловых досок при донном и разноглубинном тралениях. На основании этого и общей теории устойчивости движения механических объектов и аппаратов предложено считать рчслорнос устройство трала статически устойчивым, если при отклонении его из положения установившегося движения каким-либо возмущающим воздействием возникают силы, стремящиеся вернуть его в это положение. Распорное (подъемное) устройство следует считать динамически устойчивым, если его колебания при возвращении к первоначальному положению будут затухающими.

Будем различать для распорного устройства (рис.3) продольную устойчивость движения (относительно оси 0)2! устройства), вертикальную (оси 0| X!) и путевую (оси ОГУО. Оценку устойчивости (неустойчивости) движения распорных устройств будем осуществлять путем анализа нулевых решений уравнении возмущенного движения (равновесия), представляющих собой уравнения моментного равновесия распорного устройства относительно точки крепления ваера (для траловой доски). Согласно приведенному определению: А/г/

- <0 - условие продольной (10)

да статической устойчивости;

дМх:

- < 0 - условие вертикальной (11)

д у статической устойчивости;

дМуг

- <0 -условие путевой (12)

д р статической устойчивости;

где А/г/ , Мх1 , Муч - суммарный продолный, вертикальный и путевой моменты, относительно осей О'/л, О1Х1, О1У1; а, у, р -соответственно угол атаки, крена и дифферента распорного устройства.

При равенстве нулю производных (10) - (12) имеем нейтральную статическую устойчивость, а при положительном значении производных -статическую неустойчивость.

Уравнение суммарного продольного момента распорного устройства (рис. 4) в общем виде можно записать как:

М?л = Мп (Ях, Ку, Дхгр, Яугр, Га) , (13)

момента крена (рис. 5) -

движения распорного устройства.

Мх! = МХ! (Со, Лг, Ах, Еу, Ллгр , Яугр, Яг,Яг>, 7Ь ), (14)

момента дифферента (рис. 6) -

Му1 = Му1 (Сд М, Ях, Ку, Ялгр, Дугр, ЛгЯ'к Т:), (15)

где N - реакция грунта, а Кхц), Нутр - грунтодиннамические силы, действующие на траловою доску при движении по грунту; Из и Кг: — гидродинамические силы, действующие на доску в направлении осей ОЪ и О \Ъ\

Уравнения (13) - (15) относятся к классу трансцендентных функций и отыскание их нулевых решений возможно только методом итерации из-за весьма сложной зависимости величины и направлений многих сил \Кх. Яу. Яхгр, Дугр, Иг,Яг!, 'Г;) от углов а, у, р. Поэтому корректное и точное решение задачи равновесия распорного устройства и его статической устойчивости движения требует совместного решения двух задач: эядачи расчета суммарных моментов Мх1, Му|, Мг1 всех сил, действующих на распорное устройство, и задачи раскрытия и конфигурации траловой системы, обеспечиваемые последней этим распорным устройством.

Численное решение уравнений (13) - (15) позволяет построить для распорного устройства диаграммы:

-продолной статической устойчивости движения Мгца);

- вертикальной статической устойчивочти движения Мх1 (у);

- путевой статической устойчивости движения Му| (Р) .

Каждая из указанных диаграмм в свою очередь позволяет легко дать оценку соответствующего баллансировочного угла ориентации распорного устройства и запаса его сгатичесой устойчивости в этом направлении. Так

д М21

- есть численное а -а яа-

при Мг1 =0получаем значениеа = аш , а.

да

значение запаса статической устойчивости распорного устройства по углу атаки а . Аналогично: при М*1= О получим у = , а } <)Мх>

1 ду У = убал,

- запас статической устойчивости распорного устройства по углу крена ; при

Му;= 0 получим (}=р&ал, а

0Му|

запас статической

Р=РбаЛ -

Ф

устойчивости распорного устройства по углу дифферента р.

Так как гидродинамические силы, действующие на распорное устройство, являются функциями углов его ориентации, то и моменты этих сил Мх1 , Му1 и Мг1 также являются функциями углов а , (3 и у. В связи с чем численный расчет продольной, вертикальной и путевой статической устойчивости выполняется совместно. В диссертационной работе обстоятельно приведены формализация математических моделей уравнений (13) - (15) и алгоритмы их решения.

к

Рис. .5 К расчету вертикальной статической устойчивости движения распорного устройства: а- пелагического трала; б- донного трала.

а

2

2,- 2

%

' Рис. б '.. К расчету путевой статической устойчивости

движения распорного устройства: а-2-х кабельная схема; б- одинарный кабель.

-гл-

Примером вертикальной неустойчивости движения распорных устройств является заверт трала, представляющий собой вращение всей траловой системы вокруг ее продольной оси. Заверт же трала это типичная аварийная ситуация, которая отнимает значительную часть времени по ее ликвидации. Как правило, начало заверта фала соответствует началу авторотации крыла распорного устройства под действием авторотирующего момента Млар (рис. 7 ). Возникновение Млар связано с непостоянством угла атаки сечений крыла доски из-за се ндкренеиия иод действием некоторого возмущающего момента. Величина изменения угла атаки (Да) при накренеяйи доски со скоростью вращения <т в зависимости от расстояния z сечения крыла от оси ее вращения равна

4}iZ

Да s arc tg (tg qo ± ■ ■■■ )- ou> , (16)

xs Cosa»

где et о - угол атаки сечения крыла до начала вращения;

v> - скорость траления. По (16) могут быть построены диаграммы а (юх ,z) для крыла траловой доски. Анализ таких диаграмм для крыловидной доски показывает, что в зависимости от ее нахренения и скорости, начавшегося вращения, отдельные сечения одной половины крьтла доски могут иметь угол атаки от начального до отрицательного с таким же абсолютным значением или даже большим, а -, сечения второй половины крыла доски находятся в закритической области углов атаки до 50°. Это означает, что эпюра распределения силы Ry по размаху крыла доски будет неоднородна. Например, при х (рис. 8 ) хорошо видно, что распорная сила, действующая на верхшою половину доски, больше, чем на нижнюю половину, я следовательно момент Mx(ñv') будет иметь направление, совпадающее с возмущающим моментом крена Мхвз, то есть в этом случае имеем авторотируюпцш момент Мхар, величина которого равна

Mhj¡(Rx. Ry)- Мхи (Rx, Ry) при +Мхк», МХар =| (17)

Мхн {Rx, Ry) - M хи (Rx, Ry) при - Мхю, где Мхв , Мхн - моменты сил Rx и Ry , действующие соответственно, на верхнюю и нижнюю половин)' крыла доски относительно ее оси ОХ и вычисляемые как

дш

О/

/

а

а

г Ф==

Ч \

* ВС 4р

Рис. ,7 . Схема возникновения восстанавливающего Мх или авторотирущего Мх момента при вращении траловой доски вокруг продольной оси Ох.

Рие. ,.,8' • Эпюра Су (0^,2) крыла пелагической траловой доски Рэ=8м2 прй -СО*.

Мхв/ч(П\) = 0.5ригЬБта0 ]Сл(а., :</.

о ««

М\т!/п(Му) = {С.Ка,.

<зл. г) - г<7г|

Безусловно величина автороторотирующего момента доски зависит прежде всего от несимметричности ее эпюр Су(сах ,г) и соответственно

,г), а это в первую очередь определяется характером кривой графика функции Су(а). При плавном нарастании и спаде максимума этой функции момент Млар будет всегда несущественным, а при крутом свале Су(а) после а кр можно ожидать от доски с большим удлинением значительной величины момента Млар, а следовательно и склонности к авторотации.

Динамическая устойчивость движения распорных устройств трала в диссертационной работе описана на примере динамической устойчивости движения траловой доски разноглубинного трала по углу атаки. Исходным уравнением вращения доски является

+ М„ [Их ,Пу, Г2) + А/ = 0 . (19)

где Да =а I - ао - приращение угла атаки доски за время I в результате возмущения:

МЛ (Их, Ну, Тг ) - суммарный продольный момент от сил Их, Иу и Т2 , действующий на доску при ее вращении в течении времени I: Мга - демпфирующий момент доски;

Л - момент инерции доски.

В каноническом виде уравнение динамического поведения пелагической траловой лоскив продольном направлении представляется как

£*"+А1^+Вйа+с=0, (20) (И2 ¿г где

В = ~[Ку(хв5таг. - У0^ав) - /{х(хьСохай, у^тос,) -

-Ггх(ух5/«а„ + хкСозаъ) + Тгу{укСохаь - хх5ша6)], С-у[/гл"00Сол'«0 - х^та0) - Иу(х0Со,ча{1 4 у^игосц +Т2х(укСо.ча„ - ХуЯта,) + Т2у(укБ'та,, -хкСоха„)].

Исследование решений уравнения (20) показывает, что, если В~0, то функция изменения &а имеет вид

Да= 1+ ехр (-АI)

и это является признаком динамической устойчивости доски по углу атаки. Если В>0, но мешьше 0.25 А , то получим динамическую устойчивость доски по углу атаки при отсутствии колебании. Если же В> 0,25 А , что означает большой запас Статической устойчивости (а это имеет место в большинстве случаев состояния системы "траловые доски-трал"), результатом являются затухающие колебания, период и коэффициент затухания которых могут быть определены.

Глава третья диссертации посвящена созданию научио-методичсской базы для расчета проектирования и конструирования устройств раскрытия траловой системы. В начале главы вьшолнена работа по структуризации и анализу критериев рачритш и покядятаяей кятествз устройств ряекрьггн»?> список важнейших ил которых. гидродинамическое. кнчсс! ни, коэффициеш силы раскрытия, энергоемкость, критерий турбулентного следа, критерий управляемости, критерии статической устойчивости движения, критерии динамической устойчивости движения, критерии надежности, стоимость.

Необходимо признать, что как в отечественном, так и мировом рыболовстве показателем качества устройств раскрытия пока не придается должного внимания. Так рыбакам известно большое разнообразие типовых конструкций траловых досок, но еще больше выпускается модификаций траловых досок по каждой типовой конструкции. Как правило, модификации связаны с некоторым изменением внешнего вида или технологии изготовления типовой конструкциичто не всегда оказывает, а практически совсем не оказывав г влияние на изменение полезных, качеств последней. Вместе с тем, такой показатель как гидродинамическое качество траловых досок (г других устройств раскрытия оказывает существенное влияние на такие экономические и промысловые качества траловой системы как энергоемкость и потеря потециалыгого улова. Диаграмма суммарного расхода мощности траулера на работу пелагических траловых досок и подъемных щитков показана на рис. 9 . Получается, что средние и большие траулеры (№? 1000 - 2000 кВт) расходуют на работу основных устройств раскрытия трала мощность (125 - 250 кВт) , равную общей мощности малого траулера, а крупные траулеры (Ые>ЗШ) кВт) - мощность (до 1000 кВт), равную общей мощности среднего траулера.

Известно, что математическое ожидание улова за траление пропорционально мощности траулера, полагаемой на впит, и состоянию сырьевой базы района промысла. В этой связи интересным представляется

{000 т 8оо 700 № ш

400 300 Ж (00

$35

¿50

125

4000

2000

3000

4000 /Уе,К<

Рис. 9- . Диаграмма расхода мощности траулера на сопротивление траловых досок и подъемных щитков.

/о

9 8 7 6 5 4 3 2 1

йОтрь Т¡траление

М

О,«

л/т

тах

а,9

СР.

2,7

0,7

тт

так

•Я?

СР.

А/

т/п\п)аА СР

58

(0,9

2,7

т,п\гяси С р.

6,8

¿ООО

¿ООО

ЗООО

«ООО А/с

Рис. 10

. Диаграмма потерь потенциально-возможного улова за траление из-за

V

расхода мощности траулера, отвлекаемой на преодоление сопротивления траловых досок и подъемных щитков. ^

вопрос - какова потеря потенциально-возможного улова за траление из-за расхода мощности траулера на работу основных устройств раскрытия трал:

Используя статистическую модель В.И. Аполлинариева зависимости математического ожидания улова за траление Отр от АТе можно построить диаграмму потерь потенциально-возможного улова за траление из-за расхо, мощности траулера, отвлекаемой на преодоление сил сопротивления траловых, досок и подъемных щитков (рис. 10). Средние потери за траление можно оценить в 1 -1,5 т на каждые 1 ООО кВт N6 траулера. Если же дифференцировать "вред" сопротивления траловых досок и подъемных щитков, то получим потери улова за траление от 0,08 до 0,32 т на каждый кв.м. площади траловых досок и от 0,1 до 0,4 т на каждый кв.м. площади подъемных щитков.

Повышение гидродинамического качества траловых досок с 3,0 до 6,0 подъемных щитков с 1,0 до 3,0 позволяет снизить расход мощности траулер на сопротивление основных устройств раскрытия трала в 2,3 раза. Во столь: же раз снижаются и средние потери потенциально-возможного улова за траление.

Приведенный анализ и полученные оценки свидетельствуют о больше влиянии гидродинамического качества устройств раскрытия трала на их энергоемкость и производительность траулера.

Безусловно конструкция устройства раскрытия, отличающаяся более высокими показателями качества и критериями развития, будет более сложной и будет иметь более высокую стоимость. Однако эта затраты могу многократно перекрываться от улучшения таких показателей как энергоемкость, эксплуатационные и промысловые качества устройства.

Принцип работы основных устройств раскрытия трала полностью основан на эффекте поведения крыла в штоке жидкости. Эффективность ж( работы крыла как правило зависит от его геометрических и гидродинамических характеристик. Основное влияние на гидродинамическ характеристики крыла оказывает форма его профиля, форма крыла в плане конструктивная схема крыла.

Крыло является рабочим органом любого гидродинамического устройства раскрытия трала и при проектчроватт последнего вопросом первостепенной важности является поиск н принятие проектного решения и геометрии и конструктивной схеме крыла устройства раскрытия.

Опираясь на работы К.Д.Вуда, О.Габриэля, В,В.Голу6ева, С.Д.Ермоленко, И.Ф.Красяова, И.Р. Матросова, И.Л. Повха, Э.М. Рыкуно Б.Н. Юрьева, Е.Ю. Янсона и др. ученых, а также результаты весовых испытаний по определению основных гидродинамических характеристик различных моделей распорных устройств, выполненных автором диссертаи

в аэродинамической трубе Казанского авиационного института, в этой главе разработана база данных по геометрическим и гидромеханическим характеристика крыла как типовых, так и поисковых конструкций траловых досок. Здесь же большое внимание уделено исследованиям по методам и средствам улучшения гидромеханических характеристик крыла устройств раскрытия трала. В работе рассмотрены только те их них , которые псследатшы автором на моделях устройств раскрытия п представлятот наибольший интерес (учитывая требования, предъявляемые к устройствам раскрытия трала) по конструктивным соображениям,, а также показателям и условиям их эксплуатации, а именно: изменение формы крыла в плане; изменение профиля крыла; установка на крыло щитка; установка на крыло закрылка; установка Fra крыло предкрылка; установка на крыло торцевых шайб; установка на крыло обтекателей (сттойлеров); изменение конструкции оснастки для крепления ваера; применение бипланной схемы крыла; применение решетки крыльев.

Созданная база данных яо результатам этих исследований позволяет целенаправленно формировать гидродинамические характеристики проектируемого устройства раскрытия как на этапе замысла о нем, так и последующих этапах проектирования. Кроме того, эта база данных успешно может бьггь использована и используется в целях модернизации типовых конструкций устройств раскрытия. При этом некоторые приемы и средства улучшения гидродинамических характеристик крыла могут быть реализованы даже в судовых условиях.

Опираясь на основные положения решения задачи раскрытия трала (глава 1) в этой главе излагается методика расчета потребной распорной силы сначала для моделей 2-х мерной схематизации трала, а затем 3-х мерной, при условиях их симметричности как в горизонтальной, так и вертикальной продольной плоскости.

Для расчета потребной распорпой силы Ry для трала при его 2-х мерной схематизации достаточно воспользоваться только условием £Мог=0, откуда получим

xd Т2х + (0,5 Rix + Tlx )уо Ry=--- , (21)

xd-yn/ко

где Кп - гидродинамическое качество траловой доски. Безусловно определение силовых (Rix, Т2х, Тгу ) и геометрических факторов (хл, уо ) связано как с видом схематизации передпей части трала, так и ваерных канатов.

При расчете потребной распорной силы Яу для трача в случае его 3-х мерной схематизации необходимо уже выполнить для траловой системы ка! условие ХМсх =0, так и условие £Мпу =0. В эгом случае расчет Яу осуществляется с учетом сил вертикального раскрытия устья трала. Для чег в исходных данных должны быть представлены геометрические и силовые параметры, влияющие на вертикальное раскрытие. Во всех случаях необходимо задать значение параметров п, ю и к распределения силы Ктп л узловым т.т. устья 'фала: количество вариантов сочетаний факторов {о ,11, ¡2, Ст,11т, Ял }; исходные данные по техническим и конструктивным параметрам трала, кабелей и ваеров.

В диссертации приведены процедура и алгоритмы расчета Яу для моделей типа 2УС1, 2СН1, 2УС1, 2\УС1, ЗУС1.

Расчет потребных подъемных и потопляющих сил для вертикального раскрытия трала базируется на 3-х мерную модель схематизации передней части трала. В диссертации рассмотрены три варианта постановки данной задачи:

1. Определение сил Рп, Рн и Ог для заданных значений вертикальногс и горизонтального Ь раскрытия устья трала по крыльям.

2. Определение сил Рп, Рн и С г доя заданных значений вертикальногс и горизонтального Ь раскрытия устья трала по крыльям и вертикального раскрытия по центрам подбор Ьц .

3. Определение сил Рп, Рн и Ог для заданных значений вертикальногс раскрытия Ь и Ьц при известной величине распорной силы Ну.

Математическое описание и процедура решения задачи с первой формулировкой задания выполнены на примере моделей типа ЗУС!, а со второй - ЗУС1.

Величина потребной силы раскрытия является исходной для последующих этапов проектирования устройства раскрытия трала. В диссертации рассмотрены два метода проектирования }тсазанных уггройст! проектирование по прототипу и проектирование исходя из улучшения критериев развития или показателей качества.

Проектирование устройств раскрытия предполагав! выполнение следующих основных проектных операций:

- расчет или обоснование погребной силы раскрытии;

- расчет площади крыла устройства раскрытия:

- расчет основных геометрических размеров крыла и построение теоретического чертежа устройства рнскрытия:

- расчет веса и баллансировки устройства;

- расчет основных геометрических и конструктивных размеров оснастки устройства для его включения в траловую систему:

- расчет основных конструктивных размеров, обеспечивающих прочность и жесткость крыла устройства.

При проектировании но прототипу конструктором в принципе могут быть приняты следующие главные решения:

- проектируемое устройство раскрытая по всем конструктивным элементам (форма крыла в плане, форма профиля крыла, элементы оснастки) подобно устройству-прототипу;

- проектируемое устройство раскрытия грала по основным конструктивным элементам (форма крыла в плане, форма профиля крыла) подобно устройству-прототипу, а элементы оснастки выполнены по иной конструктивной схеме, при этом и некоторые геометрические характеристики профиля крыла, например, толщина, вогнутость, могут быть несколько изменены или, наоборот принимается решение несколько видоизменить форму крыла в плапе, а геометрию профиля крыла оставить без изменения.

В таком же порядке могут приниматься решения но технологической схеме проектируемого устройства раскрытия относительно его прототипа.

При проектировании устройств расрытия исходя из улучшения их критериев развития или показателей качества предполагается создание более совершенного й прогрессивного изделия, отличающегося от известных нестолько размерами и конструкцией, как более высокими технико-экономическими, эксплуатационными, технологическими или иными показателями. К поиску новой констуктивной схемы устройства раскрытия приступают только после того, когда изучен список недостатков устройства-прототипа.

К оснастке траловых досок относятся приспособления для крепления к ним ваера и кабелей. Их функциональное назначение - задание ориентации траловой доски по углу атаки, крепа и дифферента. Конструктивные схемы этих приспособлений традиционно просты и примитивны. Примитивность же традиционной схемы оснастки состоит в том, что она в процессе траления является неуправляемой и саморегулируемой и не может обеспечить стабилизацию угла атаки, крена и дифферента доски при изменении скорости, длины ваера. раскрытия трала.

В общем виде задача расчета размеров и положения элементов оснастки для крепления ваера и кабелей решения не имеет, так как для каждой плоскости можно получить только одно рабочее уравнение равновесия , в то время как два других из набора Х=0, У=0, Ъ-Ъ не дополняют первого. Поэтому некоторыми линейными размерами элементов оснастки или их положением необходимо задаваться, исходя из соображений простоты и удобства обслуживания, регулировки и т.д. Можно задаться длиной ваерной дуги или бугеля и местом их установки, исходя из удобств подхода траловой

доски к ваерному блоку и взятия доски на цепной стопор. Тогда можно определить необходимый угол разворота ваерной дуги относительно плоскости крыла доски и длину цепки или второй ваерной дуга для обеспечения .задаииого угла атаки. Аналогичны приемы уменьшения переменных и в отношении координат т.г. крепления кабеля(ей).

Безусловно решению этой задачи должно предшествовать решение прямой или обратной задачи раскрытия трала, по результатам которой определены Ry и Rx, проекции усилий в ваере и кабелях, угловые координаты положения ваераи кабелей. По траловой доске должны быть известны основные размеры b и / ее крыла координаты ц.д. ( xd , у а , тл) и ц.т. (хт , уг , Zt), необходимые углы атаки а, крена у, и дифферента ß, конструктивная схема оснастки. Математическое описание и процедура решения задачи приведены в диссертации на примере пелагической траловой доски. В процессе проектирования необходимо найти как можно больше вариантов сочетания координат т.т. крепления ваера и кабелей, при которых обеспечивается желаемая ориентация доски. По наиболее выгодным вариантам определяются конструктивные размеры элементов оснастки.

Проектирование прочности и жесткости распорного устройства представляет собой задачу подбора сечений для наиболее нагруженпых узлов и деталей, среди которых необходимо отметить прежде всего крыло и его конструктивные элементы, ваерлуго дугу и цепки, гребенки цепок и лапок, пальцы ваерных дуг и скоб. Крыло доски загружено как системой сосредоточенных сил от усилий в ваере и кабелях, так и распределенными силами гидродинамического давления потока воды, в результате чего оно испытывает кручение и изгиб. Прочностные размеры сечения крыла следует определить по допускаемым напряжениям изгиба и кручения, а жесткость по допускаемой в сличи не деформации и угла закручивания крыла. Остальные силовые элементы распорного устройства с точки зрения строительной механики представляют собой или статически определимую балку или статически неопределимую систему. Их расчетные схемы являются типовыми в строительной механике и сопротивлении материалов.

Основным подъемным устройством для верхней подборы трапа, является подъемный щиток. Крыло щитка имеет, как правило, прямоугольную форму и может быть как односекционпым, так и многосекциошшм. Одиосекционный щиток изготавливают из транспортерной легггы и представляет собой прямоугольное гибкое пластинчатое крыло с удлинением 10+25. Секция многосекционного щитка изготавливается, как правило, из двух или более слоев прорезиненной ткани, то есть брезента (Россия, Украина), дакроновой парусины (М. Ben Yami), нейлонового полотна, пропитанного винилояом (P.Shuman), или

другого парусинового материала и представляет собой мягкое (парашютное) крыло прямоугольной формы в плане с удлинением от 0,75 до 5,0.

При стандартной схеме монтажа подъемного щитка на верхнюю подбору трала с оттяжками к потоке его крыло получает изгиб как в продольном, так и поперечном направлениях. В результате чего в рабочем положении крыло щитка имеет изогнутый пластинчатый профиль и представляет собой сегмент цилиндрической оболочки. Угол атаки крыла щитка, при котором наблюдается его устойчивая работа и не происходит схлопывание крыла щитка, составляет не менее 50°-55°. Поэтому обычно для гибких и мягких подъемных щитков рабочий угол атаки крыла должен составлять от 53° до 70°. При таком большом угле атаки крыла его форма, профиль и удлинение уже практически не влияют на его гидродинамические характеристики. Так для пластинчатого крыла с цилиндрическим профилем и удлинением 2,0 при а =54° имеем 0=0,7, Сх=0,90, а при а =68° - С>=0,39, Сх-\,0. Эти данные позволяют дать оценку относительных гидромеханических параметров подъемного щитка в сравнении с эквивалентным по подъемной силе количеством кухтыдей (таблица 2). По габаритности ИщЛРпк подъемный щиток с углом атаки а =54° превосходит кухтыли уже на скорости траления более 2,5 узлов, а по сопротивлению

1 Пк

II

и энергоемкости Ыещ/ Ые«только при скорости более 5 уз.

При этом на скорости до 3 узлов энергоемкость гибких и мягких щитков, работающих с углами атаки более 53°, в 3,8 раза выше чем у обычных кухтылей.

Таблица 2

V узлов Рщ/Рщ кН/мг Пк / РПк шт/мд Рщ/РПк Лщ/Рхц кН/м2 КтСш кВт/м2 Я( п IV) кН/м2- №пк кВт/м2 1чтещ ИСтат

2,5 0,60 24 1,04 0,86 3,69 0,22 0,95 3,88

3,0 0,87 35 0.71 1,24 6,39 0,33 1,68 3,80

4,0 1,55 62 0,40 2,24 15,17 1,07 7,37 ^ 2,06

5,0 2,41 97 0,26 3,45 29,61 3,05 26,14 1,13

6,0 3,48 139 0,18 4,96 51,14 6,51 67,0 0,76

В диссертации рассмотрены возможные направления улучшения гидродинамического качества мягких подъемных щитков.

Наибольшее влияние на вертикальное раскрытие пелагического трала оказывает потопляющая сила углубителей. По энергоемкости балластные углубители (грузы-углубители) значительно превосходят гидродинамические

углубители(депрессоры). Так при скорости траления 2,5 уз энергоемкость балластного углубителя составляет всего 8% энергоемкости депрессора, а при скорости 6 уз эта доля возрастает только до 47%. По этой причине проектирование балластной траловой оснастки для создания потопляющей силы безусловно предпочтительнее.

В четвертой главе рассматриваются теоретические вопросы расчета настройки и регулирования работы устройств раскрытия траловой системы.

Траловые доски и подъемные щитки как основные устройства раскрытия траловой системы, несмотря на свою конструктивную простоту, при использовании по назначению требуют неординарного и достаточно грамотного подхода, чтобы получить от mix требуемую или ожидаемую отдачу. Эта особенность данных изделий объясняется тем, что в силу примитивности оснастки их включения в работу траловой системы их выходные параметры в процессе этой работы неуправляемы и являются функцией выходных параметров самой траловой системы. Если мы имеем, например, некоторую конструкцтпо траловой доски или подъемного щитка с хорошими показателями качества их крыла, то совсем нетривиальной представляется задача получить эти качества после включения их в работу конкретной траловой системы. Для этого как было указано в главах 2 и 3 параметры оснастки траловой доски(подьемного щитка) должны быть подобраны так, чтобы ориентация их крьша при работе с траловой системой была такой, при которой реализуются указанные показатели качества. В противном же случае получим выходные параметры устройств раскрытия, которые будут не соответствовать их лучшим показателям качества. Кроме того не исключен вариант эксплуатации, при котором данные конструкции будут признаны как вообще не работоспособные.

Грамотная настройка и регулирование работы устройств раскрытия во многом определяет эффективность работы траловой сист емы. В связи с чем можно сформулировать три основные проектные задачи их рациональной эксплуатации:

1. Оценка работа устройств раскрытия с их паспортной схемой оснастки при включении в заданную траловую систему с известными промысловыми параметрами.

2. Расчет и обоснование настройки устройств раскрытия с целью обеспечения оптимальных или заданных параметров раскрытия и конфигурации траловой системы.

3.Проетфование способов и устройств , улучшающих регулирование и стабилизацию ориентации устройств раскрытия (траловых досок, подъемпых щитков) на разных режимах работы траловой системы.

Настройка и регулирование работы траловых досок по углу атаки. В силу разных причин траль? оснащают траловыми досками того или иного типоразмера без должного обоснования, исходя, как правило, из накопленного практического опыта работы рыбаков промысловой фирмы и каждого траулера в отдельности. С инженерной же точки зрения в этой ситуации важно определить горизонтальное раскрытие трала и баллансировочный угол атаки данной траловой доски при паспортной схеме ее настройки для различных вариаций по скорости траления v. длине ваера 11, весу грузов углубителей вг, а иногда и длине кабелей 1г . Это позвонит обоснованно дать оценку работы принятого распорного устройства и выявить его резервы или доказать его несоответствие для данной траловой системы.

Сформулированная задача находится в рамках задачи расчета продольного равновесия траловой системы я целом и продольного равновесия распорных устройств - в частности. Принцип ее решения и математическая модель разработаны и приведены в первой и второй главах. Здесь же ее необходимо решить для массива вариантов {Ог}. Схема расчета представляет собой итерационные циклы определения угла раскрытия траловой системы а. г и проверки условия £Мг1 =0 для каждого принятого значения угла атаки а , начиная с а=а<^. и варианта из массива Ог}.

Угол атаки траловой доски , при котором условие ЕМ21 = 0 выполняется, и есть ее баллансировочный угол атаки абал. Значение аз, аз, ом ..., уг>, у» и т.д. для а = ок.-г и есть параметры раскрытия данной траловой системы, обеспечиваемые ей данной траловой доской при паспортной схеме настройки и некотром варианте из массива {. Для каждого варианта исходных данных по результатам вычисления си„ получаем диаграмму продольно!* статической устойчивости траловой доски (рис. 11), которая иллюстрирует характер изменения суммарного момента £М21, действующего на последнюю при выведении ее из условия равновесия по углу атаки вблизи а = Дом..

Задача определения необходимого варианта настройки распорного устройства, обеспечивающего получение максимальной или необходимой распорной силы для заданно^траловой системы и ее параметров, конечно же представляет наибольший интерес. В диссертации разработ аны и представлены два метода решения этой задачи. Первый метод базируется на переборе исходных данных по координатам точек крепления ваера и кабелей и предусматривает решение задачи по определению ойм. в которой в массив переменных исходных данных дополнительно введены возможные варианты сочетаний координат {хо; у о; хк; ук}. Второй метод основан на использовании одного частного случая взаимного расположения точки крепления ваера и

а

о

дМ?< < п

Нм

I

К

Л/г,

АЕоа

■оС

' Мз,

ск о

(¿Ее*

-Ы.

Рис. II;. Диаграмма статической устойчивости траловой доски по углу атаки: а- обций вид;

б - с большим запасом стат.устойчивости; 8 - с мальм запасом стат.устойчивости; г - с стат.неустойчивостью; д - с гилеяуетойчиаэстыо

центра гидродинамического давления на крыло доски ц.д. В этом случае модель функции т-.,,, тривиальна

Обм = астр + а 1 (22)

и хорошо обозрима.

Способы установки и регулирования угла атаки траловых досок напрямую зависят от конструктивной схемы оснастки, с помощью которой крыло диски подсоединяется к линии иаер-кииши. Кинематически все наиболее известные схемы оснастки для подсоединения ваера можно классифицировать на 4-х опорные, 2-х опорные и консольно-опорные. Все варианты ( а их большое число) настройки cu-r? по 4-х опорной схеме плохообозначимы и не могут быть калиброваны, а кроме тог о большое число элементов оснастки загромождает крыло доски и ухудшает его качество. Уменьшает эти недостатки 2-х опорная схема, при которой изменение ow осуществляется переносом скобы ваера на хорошо обозначимые отверстия гребенки ваерной дуга или кольца ваерной цепки. Еще более проста консолыю-опорпяя схема. По этой схеме гребенка с отверстиями для пальцев ваерпой скобы жестко устанавливается на ваерном кронштейне, который укреплен на одном из стрингеров или на корпусе крыла доски. Здесь каждое отверстие гребенки ваерного кронштейна соответствуют определенному aat.

Схемы оснаспси для подсоединения кабелей можно классифицировать на 2-х опорные и 3(4)-х опорные. При этом наиболее распространены 2-х опорные. По этой схеме лапки кабелей пальцами своих скоб шарнирно подсоединяют к отверстиям, горизонтально установленных в кормовой части доски, кабельных гребенок. Перемещение скоб по отверстиям кабельных гребенок дает небольшое изменение аяТ. 3(4)-х опорная же схема оснастки позволяет задать любое значение cinj. за счет изменения длины передней уздечки лапки, а положение точки крепления ваера может быть практически нерегулируемым. В условиях эксплуатации траловой системы это очень удобно, гак как доступ с борта судна к изменению длины уздечек лапок самый простой н мзлотрудоемкнн.

Как известно угол раскрытия траловой системы ш при нормальном горизонтальном раскрыпот трала составляет от 8 ° до 15° поэтому о«Р для донных траловых досок, у которых Суяях достигается при а„р= 35° 45°, должен составлять 25-35°. У таких досок крыло малого удлинети (Х<1), характеристика Су(а) имеет растянутый максимум и при алТ= 25-35° они набирают хороший распор сразу же после входа в воду, а по мере раскрытия трала и роста en их curp становится близким к ог.Р. Однако, чтобы но мере раскрытия трала и роста ш донная традавая доска не попадала в закритическую область углов атаки необходимо точку крепления ваера Oi

располагать не далее линии действия полной гидродинамической силы Яо . В этом случае будет соблюдаться условие

ав«лйа«гЧ;+ ал <35-7- 45° в зависимости от заданного значения астр.

Безусловно, для досок с Я>1,5 выбор т. О1 на линии действия силы Ко , а тем более за этой линией, недопустим. В этом случае т. О1 необходимо располагать намного впереди линии действия силы Ио , с тем, чтобы в максимальной мере использовать условие

№>.,.-;< а.-ф+ои при значении 14 18°.

Однако как бы мы не располагали т. О1, при изменении параметров траловой системы {и,(л](л, вг} будет изменяться ее раскрытие, то есть оа, а следовательно, и ойм . Поэтому, если мы желаем во всех этих, случаях иметь от доски максимальный или заданный распор, необходимо каждый раз производить правильно вычисленное изменение ее настройки но углу атаки. С эксплуатационной точки зрения это вызывает большие затруднения, а во многих случаях просто невыполнимо. В связи с чем для пелагических траловых досок большой интерес должна представлять задачи создания устройств стабилизации их угла атаки.

Варианты конструктивного исполнения оснастки со стабилизацией угла атаки траловой доски могут быть самыми разнообразными, но их значимость для траловой системы трудно переоценить. Потому, что неуправляемость траловой системы в отношении ее горизонтального раскрытия во многих случаях приводит либо к недоиспользованию ее потенциальной производительности, либо к непроизводительному перерасходу буксировочной мощности траулера, И в том и в другом случаях это связано с экономическими потерями, о размерах которых мы еще пока мало что знаем.

Проблема активного набора распора траловыми досками при постановке трала может быть решена и за счет форсирования их распорной силы на этот период. Решение этой задачи станет неизбежной необходимостью в будущем для траловых досок с большим удлинением (¡».>2,5).

Настройка я регулирование работы траловых досок по углу крена и дифферента. Максимум распорной силы траловые доски могут обеспечить только при работе с нулевыми углами крена и дифферента. Появление же крена и дифферента приводит к уменьшению распорной силы доски. И тем не менее при работе в некоторых случаях необходимо настраивать траловые доски с небольшими углами крена и дифферента.

Задача оценки паспортной схемы настройки доски по углам крена и дифферента находится в рамках задач вертикального и путевого равновесия

распорного устройства. Пршщил их решения и математическая модель рассмотрены в главе 2. Здесь же их необходимо решить для массива вариантов {^Д^Ог}.

Решение задач настройки траловой доски по углам крена и дифферента выполняется только после расчета ее настройки по углу атаки, а также определения угловых координат положения осноаных элементов траловой системы и усилий в них.

Схема |лп!1сним лстн'.'И задачи лрсдстааляст сииий итерационные Циклы проверки условий £Мх 1 =0 и ХМу> =0 для каждого принятого значения угла кренау и дифферента р, начиная с 7=0, р=0, и варианта {. Угол крена траловой доски у и дифферента р, при которых выполняются указанные условия, соответственно, и есть ее баллансировочпые углы крена убал и дифферента Р бат . Для каждого варианта {ьг/ц/.лСг) по результатам вычисления увал и рг,а>, получаем диаграммы вертикальной и путевой статической устойчивости траловой доски. которые илшострирукгг характер изменения суммарного вертикальною ¿ду!л! и путевого £ Мул Моментов, действующих на траловую доску, при выведении ее из условия равновесия вблизи ?= убм и ¡3 = ром .

По содержанию задача расчета необходимого варианта настройки траловой доски по углам крена и дифферента обратна только, что рассмотренной задаче. В этом случае углы убм и Рбш являются заданными, а не искомыми. Необходимо же найти варианты сочетаний {хо ,уо , го ,х<, у* ,7ж}, при которых траловая доска будет в равновесии с заданными значениями у™ и (кал при возможных вариантах сочетаний {иг,Рл\£з;Сг }. По результатам расчета строятся регулировочные диаграммы убал (Хо ,уо , го , X X , у* ,Тх ) , [Збал (хо ,уо , го , X к , у« ),

которыми собственно и следует руководствоваться при выборе варианта настройки доски та задатки угол крена.

Способы насюройки, регулирования и стабилизации распорных устройств по углам краха и дифферента в инженерном плане также пока разработаны слабо и полносгыо базируются на результатах практики для каждой конструкции траловой доски и схемы ее оснастки. В диссертации обстоятельно рассматриваются возможные направления развития решений этой проблемы.

Настройка подъемных щитков по углу атаки обычно осуществляется за счет регулирования длины передних оттяжек (рис. 12 ). В общем виде длину оттяжки Ьо можно представить как функцию

Lo = V ñ (1- Sin2cu Sin2«]) s) + ii, - 2 LsLn Cos ou Cos(a,, +ф5) .' ( 23 )

I I

iqmta по углу атаки.

Если влиянием ут ла наклона cps участка крыловой подборы Ls на длину оттяжки L« пренебречь, т.е. считать <ps « 0, то формула (23 ) принимает более простой вид

Lo = л/ Ú +Ú - 2LsL, Cos as Cos(am -Hps) ! (24)

а, если считать, что и Cos cts » 1, то получим формулу

Lo = ^ ú b Ú - 2 Ls I.,, Cos оы, (25)

которая широко известна рыбакам из промысловых инструкций и наставлений по эксплуатации тралов.

В таблице 3 приведены результаты вычислений необходимой длины оттяжки Lo и се углд наклона фо к горизонтали, выполненные по формулам ( 23) - (25), для щитков с Ln от 0,3 до 2 м при Ls = 10 м и am = 53°.

Таблица 3

Значение Lo и фо, вычисленные по формулам:

(23) при as =15°,<р5=10° (24) при аз =15°,ч>5 =10° (25) при as =15°,фз =10°

Ln, м Lo, м ер«, град Lo, м ср» ,град Lo, м фо, град

0,3 9,862 11,6 9,829 1,5 9,822 1,4

0,4 9,821 12,2 9,773 2,0 9,765 1,9

0,5 9,781 12,7 9.718 2,5 9,707 2,4

0,6 9,742 13,3 9,663 3,0 9,651 2,9

0,8 9,666 14,4 9,557 4,0 9,540 3,9

1,0 9,593 15,5 9,454 5,0 9,432 4,9

1,2 9,449 16,7 9,353 6,1 9,327 5,9

1,5 9,428 18,5 9,209 7,8 9,176 7,5

2,0 9,288 21,5 8,986 10,7 8,940 10,3

Как видим, в оценке Ь> и «р.-, формулы (24) и (25) практически равноценны. При учете же углов ш и ф5 положение 1.5 (23 ) расчетные значения на 0,05-0,5 м больше чем по ( 24 ) или (25). Формулами (24 ) и (25) нельзя пользоваться для расчета угла наклона оттяжки ф» /т.к. его значение занижается в 2-8 раз. Следует отметить, что формула (23) и ее модификации (24 ) и (25) получены при условии прямолинейности гужа верхней подборы. В реальности же гужевая часть подборы имеет некоторый изгиб. Будут иметь изгиб и оттяжки, а также сам щиток как в продольном,

90 80 10 60

50 40 30 20 10

а

■......

о,г о,ч о,б о,в 1,о 1,2 /,6 ле -?,<? 1-0,005Ь о

К

• л

м

<Г

-0,00510

.. 1~>5 ~ Юм

—i-1-1-1_i-1-1-1--а,—j ь п , м

0,2 0,4 0,6. 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 М 2,0 °

Рис.-..13 . •. Влияние ошибки в задании (назначении) длины

оттяжки Ьо на угол атаки щитка Ыш, при. 1-5 =10м.

е

80 40 60 £0 АО 30 20 40

6,2. 0,4 Ь, 6 0,8 1,о -¡,г V/ и 18 ¿о 0,0051,0 2

\ - 0,005Ь о

10

60

50 40 30 20 10

> Ьг?;Л1

м

1-1 < <

О 0,2 М 0,6 0,8 4,0 4,2 1А 1,6 1,8. 2А

Рис. 14 -. . Влияние ошибки в задании (назначении) длины оттяжки 1-.о на угол атаки щитка сАщ при Ь5 =7м.

так и поперечном направлениях. Поэтому расчетную длину оттяжки Ьо необходимо корректировать в пределах 0,05-1,5 %.

Важным является вопрос влияния ошибки в заданнии или определении длины оттяжки Ь> на угол атаки крыла щитка ал в зависимости от выбора

1-п и 1.5 ,

Преобразовав формулу (23) как функцию а« получим 'б (I- 5тга5 5тг(рз) + й - (Ь> ± ЛЬ)г'

О.Щ = эхе Соь-

2 Ьз Ьи Соб аз

- ф 5 , (26 )

где АЬо - ошибка в задании длины оттяжки [Ь>] для настройки щитка на необходимый угол атаки [о£щ}. Графическая интерпретация функции (26 ) показана на рис. 13 и 14, где хорошо видим как расширяется или сужается в зависимости от длины Ьи и Ьз диапазон изменения о« относительно его необходимой величины [авд] = 53°, вследствие ошибок в задании длины [Ьо ], либо влияния других факторов на изменение [Ьо]. При узких щитках (Ь„ £ 0,4 м) даже незначительная ошибка в назначении длины оттяжки А1л приводит к большому изменению от, при котором их работа будет неудовлетворительной. Если Ь5=10м, то Ь. следует принимать не менее чем Ьп> 1 мив этом случае влияние ошибки ±А Ь> на а« уже несущественно (см. рис. 13). Если же Ьз принять равным 7 м, то влияние ошибки ±Д Ъ> на ои уже незначительно при Ьп > 0,8 м (см.рис. 14). Таким образом предпочтительная величина соотношения между Ьл и Ъ> должна быть не менее чем 1:10.

Основные результаты

В диссертации получены следующие основные результаты, определяющие научную новизну, ее практическую ценность и являющиеся предметом защиты:

1. Разработана концепция фундаментального решения задачи раскрытия и конфигурации траловой системы, позволяющая на основе законов механики и конструктивных особенностей системы описать пространственное положение всех основных узловых точек и конструктивных элементов трала при различных моделях геометрии его остропки и кабельной оснастки.

Теоретические основы задачи:

- включают постановку и формализацию задачи раскрытия траловой системы при различных вариантах схематизации канатно-сетной (передней) части трала;

- содержат необходимый набор математических соотношений, связывающих линейные, угловые и силовые параметры траловой системы;

- устанавливают закономерности изменения линейных и угловых координат в зависимости от сил раскрытия и сопротивления (прямая задача), а также

закономерности изменения сил раскрытия в зависимости от геометрии и необходимого пространственного положения основных конструктивных элементов траловой системы (обратная задача);

- позволяют создавать алгоритм и компьютерные программы решения задач по: определению параметров раскрытия устья трала в зависимости от величины и распределения сил раскрытия, геометритт острошш передней части и кабельной оснастки трала; оптимизации геометрических параметров и схем остропки и кабельной оснастки по критериям энергозатрат па работу устройств раскрытая; определению достоверных исходных данных по величине нагрузок в кабельных канатах и их пространственному расположешда для задач расчета параметов оснастаи распорных устройств трала , их настройки и регулирования по углу атаки, крена н дифферента; определению исходных данных по пространственному расположению элементов верхней подборы трала для решения задачи расчета оснастки подъемного гцитка;

- допускают развитие моделей схематизации передней части трагга и их математического описания;

- открывают возможность, исходя из аналитических предпосылок, построите и формализацию решения задачи раскрытия и конфигураций траловой системы для случая ее асстгметрии,

2. Разработана теория устойчивости движения распорных устройств трала, позволяющая на основе законов механики и общей теории устойчивости движения механических объектов описать пространственную ориентацию распорного устройства (траловой доски) при работе с тралом и дать оценку его статической и динамической устойчивости движешм. Теория устойчивости движения распорных устройст в трала:

- включает формализацию основных понятий и условий устойчивости движения распорных устройств:

- содержит: математическую модель продольной статической устойчивости (по углу атаки траловой доски), математическую модель вертикальной статической устойчивости (по углу крена траловой доски), математическую модель путевой статической устойчивости (по углу дифферента траловой доски), теорию авторотации распорных устройств и заперта трала, математическую модель динамической продольной устойчивости движения распорного устройства;

- позволяет создавать алгоритмы и компьютерные программы решения задач: исследования статической и динамической устойчивости движения разрабатываемых конструкций распорных устройст в, определения геометрических параметров оснастки распорного устройства для крепления к нему ваера и кабелей, оценки паспортной схемы настройки рашорното

усгройства по углу атаки, крена и дифферента при работе с той или иной конструкцией трапа; настройки и регулирования распорного устройства с заданной ориентацией по углу атаки, крена и дифферента. 3. Разработаны научно-методические основы проектирования, конструирования и расчета распорных и подъемных устройств трала. Научно-методическое обеспечение для принятия и оценки проектного решения по устройствам раскрытия связано с выполнением следующих исследований и разработок, изложенных в материалах диссертации:

- разработкой полной классификационной схемы по устройствам раскрытия трала, отражающй эволюцию направлений развития и совершенствования этих изделий;

- разработкой структуры и исследованием списка критериев развития и показателей качества устройств раскрытия трала (база этих данных разработана впервые и не имеет аналогов);

- разработана аналитическая база данных для принятия проектного решения по геометрическим и конструктивным характеристикам крыла распорных и подъемных устройств;

- приведены экспериментальные исследования и систематизированы материалы других исследований по гидродинамическим характеристикам типовых конструкций и поисковых моделей устройств раскрытия, что позволило создать научно-методическую базу данных по гидродинамическим характеристикам широко распространенных и наиболее перспективных форм их крыла;

- выполнен анализ и проведены эксперйменталыше исследования методов и средств для улучшения гидромеханических характеристик устройств раскрытия;

- решена задача расчета потребной распорной силы для горизонтального раскрытия траловой системы с учетом влияния геометрии остропки и кабельной оснаспси трала, а также сил, участвующих как в горизонтальном, так и в вертикальном раскрытии трала;

- впервые поставлена и решена аналитически задача расчета потребных подъемных и потопляющих сил для вертикального раскрытия трала с учетом влияния геометрии остропки и кабельной оснастки трала, а также, сил, участвующих как в вертикальном, так и горизонтальном раскрытии трала;

- сформулирован принцип проектирования устройств раскрытия исходя из улучшения их критериев развития или показателей качества, предусматривающий создание более совершенных и прогрессивных изделий, отличающихся от известных не только размерами и конструкцией, но и более высокими технико-экономическими, эксплуатационными, технологическими или другими показателями. Изложена процедура реализации такого

проектирования и методика выполнения основных проектных операций. Выявлены особенности проектирования и расчета устройств вертикального раскрытия трала.

4. Разработаны научные основы проектных задач рациональной эксплуатации устройств раскрытия трала. Поставлены и разработаны аналитические решения следующих типовых задач:

- оценка работы устройств раскрытия с их паспортной схемой оснастки при включении в заданную траловую систему с известными промыслово-техническими параметрами;

- расчет обоснование настройки устройств раскрытия с целью обеспечения оптимальных или заданных параметров раскрытия и конфигурации траловой системы;

- проектирование способов и устройств, улучшающих регулирование и стабилзацию ориентации устройств раскрытия (траловых досок, подъемных щитков) на разных режимах работы траловой системы,.

В рамках первой типовой задачи выполнена : формализация и разработаны алгоритмы следующих задач:

- оценка паспортной схемы настройки траловой доски по углу атаки;

- оценка паспортной схемы настройки траловой доски по углам крена и дифферента;

- настройка подъемного щитка по углу атаки.

По второй типовой задаче (собственно задаче настройки) разработаны методы решения задач:

- расчета необходимого варианта настройки траловой доски по углу атаки;

- расчета необходимого варианта настройки траловой доски по углам крена и дифферента.

Постановка третьей типовой проектной задачи не имеет аналогов и связана с разработкой технических решений по улучшению управляемости устройств раскрытия. В этом направлении классифицированы кинематические схемы оснастки траловых досок для крепленное ним ваера и кабелей и выполнен анализ типовых схем по принципу мобильности регулирования углов атаки, крена и дифферента.

Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в диссертации, позволили сформулировать следующие основные выводы:

1. Для аналитического решения общей задачи раскрытия трала траловая система может быть представлена 2-х (рис. 1) или 3-х мерной (рис.2) механической системой с тем или иным вариантом схеметизацки (табл.1) передней части трала.

2. Это позволяет с помощью методов теоретической механики составить уравнения (1) -(3), при 2-х мерной схематизации передней части трала, и

сисгему уравнений в форме (9), при ее 3-х мерной схематизации, описывающих пространственное положение всех основных элементов траловой системы на стационарных режимах ее эксплуатации в зависимости от величины сил, как зависящих от раскрытия трала, так и не зависимых от этого.

3. Связь менаду силой сопротивления передней части трала и параметрами раскрытия его устья установлены в виде зависимости (5).

4. Модель функции силы сопротивления мешка трала определена в виде зависимостей (7) и (8).

5. Численное решение уравнений (1) - (3) или (9) при заданных силах раскрытия позволяет решить прямую задачу определения параметров раскрытия и конфигурации траловой системы. Решение же этих уравнений при заданных параметрах раскрытия позволяет решить обратную задачу определимся необходнмых(погребных) сил раскрытия для проектирования (эксплуатации) траловой системы. Ввод же в алгоритм решения уравнений вариантов исходных данных по геометрии остропки передней часта и кабельной оснастки трала позволяет решить задачу оптимизации геометрических параметров и схем остропки и кабельной оснастки по критерию энергозатрат на работу устройств раскрытия, либо по критерию зоны действия трала.

6. Условие продольной (по углу атаки), вертикальной (углу крена) и путевой (углу дифферента) статической устойчивости движения распорного устройства трала установлены, соответственно, в форме (10), (11) и (12).

7. Оценка статической устойчивости распорного устройства по углу атаки осуществляется путем анализа нулевых решений уравнений суммарнол продольного момента (13). Соответственно по углу крена - уравнение (14), а по углу дифферента - уравнение (15).

8. Численное решение уравнений (13)-(15) позволяет построить для распорного устройства диаграммы продольной статической устойчивости движения Мг|(а), вертикальной Мх1(у) и путевой Му1(р).

9. Примером вертикальной неустойчивости движения распорных устройств трала является заверт трала, а начало заверта соответствует начал авторотации крыла траловой доски под действием авторотирующего момента Мхар, возникновение которого связано с непостоянством угла атаю сечений крыла при его накренении. Величина изменения упда атаки сечений крыла Аа при накренении доски описывается зависимостей (16), а величин момента Мх«Р-зависимостью (17).

10. Исходное уравнение колебаний траловой доски по углу атаки в результате возмущения может быть представлено в риде дифференциальной уравнения (19). В каноническом же ввде уравнение динамического поведени?

пелагической траловой доски в продольном направлении представляется в форме (20).

11. Основными критериями развития л показателями качества устройств раскрытия являются: гидродинамическое качество, коэффициент силы раскрытия, энергоемкость, критерии турбулентного следа, критерий управляемости, критерии статической устойчивости движения, критерии динамической устойчивости движения, критерии надежности, стоимость.

12. Расход энергии на работу основных устройств раскрытия пелагического трала для средних и больших траулеров составляет 125-250 кВт, а крупных траулеров - до 1000 кВт.

13. Из-за расхода мощности траулера, отвлекаемой на преодоление сил сопротивления траловых досок и подъемных щитков, средние потери потенциально-возможного улова за траление пелагическим тралом можно оценить в 1-1.5 т на каждые 1000 кВт мощности N0 траулера или 0.08-0.32 т/м3 площади траловых досок и 0,1 -0.4 т/м2 площади подъемного щитка.

14. Рабочим органом любого гидродинамического устройства раскрытия трала является крыло, основное влияние на характеристики которого оказывают форма его профиля, форма крыла в плане и конструктивная схема крыла.

15. Основными методами и средствами для улучшения или изменения гидромеханических характеристик крыла устройств раскрытия трала являются: изменение формы крыла в плане; изменение профиля крыла; применение бипланной или полипланной схемы крыла; установка на крыло щитка, закрылка или предкрылка, торцевых шайб, обтекателей и т.п.; изменение конструкции оснастки для крепления ваера. Созданная база данных по этим решениям позволяет целенаправленно формировать гидромеханические характеристики устройства раскрытия как на этапе замысла о нем, так и последующих этапах проектирования или модернизации.

16. Методика проектирования устройств раскрытия может опираться как на конструктивный аналог, так и исходить из принципа улучшения критериев развития и показателей качества создаваемого изделия.

17. Математическое описание и процедура решения задачи расчета размеров и положения элементов оснастки проектируемого распорного устройства трала предусматривает миоговариантное решение уравнений (13) -(15) при заданных углах атаки ос, крена у и дифферента р, принятой конструктивной схеме оснастки и некоторых линейных размеров ее элементов. По наиболее выгодным вариантам (с лучшей управляемостью) определяются недостающие конструктивные размеры.

18. Траловые доски и подъемные щитки в процессе работы траловой системы неуправляемы и их выходные параметры во многом являются функцией выходных параметров данной системы.

19. Основными проектными задачами рациональной эксплуатации устройств раскрытия являются:

- оценка работы устройств раскрытия с их паспортной схемой оснастки при включении в заданную траловую систему с известными промысловыми параметрами;

- расчет и обоснование настройки устройств раскрытия с целью обеспечения оптимальных или заданных параметров раскрытия и конфигурации траловой системы;

- проектирование способов и устройств, улучшающих регулирование и стабилизацию ориентации устройств раскрытия на разных режимах работы траловой системы.

20. Оценка работы распорного устройства по углу атаки с паспортной схемой оснастки при включении в заданную траловую систему осуществляется путем решения задачи продольного равновесия траловой системы в целом и продольного равновесия траловой доски - в частности. Схема расчета представляет итерационные циклы определения угла раскрытия траловой системы т но (9) и проверки условия £Мгл = 0 по (13). Угол атаки траловой доски, при котором это условие выполняется, и есть ее балансировочный угол атаки сиал. (рис. 11).

21. Определение необходимого варианта настройки распорного устройства по углу атаки, обеспечивающего получение максимальной или необходимой распорной силы для заданной траловой системы, базируется либо на многовариантном совместном решении уравнений (9) и (13), либо на использовании условия (22).

22. Кинематически все наиболее известные схемы оснастки траловых досок для подсоединения ваера можно классифицировать на 4-х, 2-х опорные и консольно-опорные. Варианты настройки аяр по 4-х опорной схеме плохообозначимы и не могут быть калиброваны. Уменьшает эти недостатки 2-х опорная схема. Еще более проста в смысле управляемости консольно-опорная схема.

Схемы оснастки для подсоединения кабелей можно классифицировать на 2-х и 3(4)-х опорные. Наименьшей управляемостью обладает 2-х опорная схема. 3(4)-х опорная схема позволяет задать любое значение ОлР за счет изменения уже только длины передней уздечки лапок, а положение точки крепления ваера может быть практически и нерегулируемым. Это удобная и перспективная схема, отличающаяся значительной стабильностью оки. при изменении длины ваера.

-5123. Для пелагических траловых досок актуальной является задача создания устройств стабилизации их баллаисировочного угла атаки, так как неуправляемость траловой системы в отношении се горизонтального раскрытия при изменении длины ваера во многих случаях приводит либо к недоиспользованию ее потенциальной производительности, либо к непроизводительному перерасходу буксировочной мощности траулера.

24. Для пелагических траловых досок с большим удлинением (>.>2,5) проблема активного набора распора при постановке трала может быть решена за счет форсирования их распорной силы на этот период.

25. Оценка паспортной схемы настройки траловой доски по углам крена и дифферента находится в рамках решения задач вертикального (14) и путевого (15) равновесия доски, путем проверки условий £Mzi = 0 и

XMyi = 0 для каждого принятого значения угла крена у и дифферента ß, начиная су = 0, ß =0. Задача расчета необходимого варианта настройки траловой доски по углам крена и дифферента обратна вышеприведенной задаче.

26. Связь линейных и угловых параметров оснастки для установки подъемного щитка на трал можно представить в виде зависимости (23) или ее упрощенных вариантов (24) и (25).

27. Функцию угла атаки подъемного щитка «..t от линейных размеров его оснастки и ошибок в их задании можно представить формулой (26).

Основные научные результаты и выводы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Управление рабочими режимами тралового лова// Рыбное хозяйство.-1970.-№ 12.-е, 28-31 (в соавторстве с А.Л.Фридманом).

2. Продольная устойчивость движения распорных устройств трала //Труды АтлантНИРО. - 1971. - Вып. 47. - с. 26-31.

3. Поперечная устойчивость движения распорных устройств трала // Труды ЦНИИТЭИРХ: сб. Промышленное рыболовство,-1973.-Т.2,- с. 17-21.

4. Исследование гидродинамических характеристик распорных траловых устройств // Труды ЦНИИТЭИРХ: сб. Промышленное рыболовство,-1973,-т.2.-с. 21-27.

5. Возможности увеличения распорной силы крыловидных траловых досок конструкции Зюберкрюба //Рыбное хозяйство. - 1973. -№4. - с. 47-49 (в соавторстве с О.П.Сидоровым).

6. К расчету координат центра давления гидродинамических сил на распорное устройство трала // Труды КТИРПХ. - 1973. - Вып.53. - с. 16-21.

7. Исследование статической и динамической устойчивости движения траловых распорных устройств //Fischerei - Forschung. - Rjstock. - 1973. -№11.-s.33-41 (нем.).

8. Статистический анализ коэффициентов гидродинамического сопротивления сетаой части тралов //РЖ "Механика". -1974. - реф. №10Б574.

9. К расчету формы ваера // Труды КТИРПХ. - 1977. - Вып.71. - с. 58-61.

10. Формулы для оценочного расчета и анализа гидродинамического сопротивления трала// Труды КТИРПХ. - 1978. - Вып. 71. - с. 9-17.

11. К методике оптимальной эксплуатации распорных устройств трала// Труды КТИРПХ. - 1978. - Вып.71. - с. 57-64 (в соавторстве с В.А. Федотовым)

12. Методы проектирования и совершенствования эксплуатации глубоководных траловых систем // Докл. на 5-ой научно-технической конференции по развитию флота рыбной промышленности и промышленного рыболовства социалистических стран. - П., 1978. - с. 1-30 (в соавторстве с А.Л.Фридманом и М.М. Розенштейном).

13. Устройства раскрытия рыболовных тралов. - М.: Пищевая промышленность. - 1980 - 248 с. (в соавторстве с A.JI.Фридманом).

14. A.C. 245488 (СССР), Устройство для вертикального раскрытия устья трала. - Опубл. 1969. бюл. № 19 (в соавторстве с А.В.Загородним).

15. A.C. 297228 (СССР). Устройство для лова рыбы. - Опубл. 1970 (в соавторстве с A.JI. Фридманом).

16. A.C. 344823 (СССР). Распорная траловая доска. - Опубл. 1972, Бюл. №22 (в соавторстве с В.П.Кондратьевым).

17. A.C. 318378 (СССР). Приспособление для раскрытия устья трала. - Опубл. 1972, Бюл. №32 (в соавторстве с В.П.Кондратьевым).

18. A.C. 353690(СССР). Распорно-углубляющее устройство для трала. -Опубл. 1972, Бюл. №30 (в соавторстве с А.Л.Фридманом, Ю.В.Кадильниковым и др.).

19. A.C. 364297(СССР). Распорная траловая доска. - Опубл. 1973, Бюл. №5 (в соавторстве с А.Л.Фридманом).

20. A.C. 395052 (СССР). Распорное устройство для оснастки трала. - Опубл. 1974, Бюл. №35 (в соавторстве с А.Л.Фридманом, В.Д. Стасенко и др.).

21. A.C. 561544 (СССР). Распорная траловая доска. - Опубл. 1977, Бюл. №22.

Подписано к печати 30.11.96 г. Заказ 1 . Объем 3,1 уч.издл. Бумага 60x84 1/16. Тираж 100 экз.

УОП КМТИ. 334509, Украина, г. Керчь, ул. Орджоникидзе, 82