автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.01, диссертация на тему:Управляемость буксирного состава в сложных путевых и метеорологических условиях

На правах рукописи

3

Гуров Петр Владиславович

УПРАВЛЯЕМОСТЬ БУКСИРНОГО СОСТАВА В СЛОЖНЫХ ПУТЕВЫХ И МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.08.01 - Теория корабля и строительная механика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2013 005543979

12 ДЕК 2013

. Работа выполнена в ФБГОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева».

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Ваганов Александр Борисович

Официальные оппоненты:

Панов Алексей Юрьевич, доктор технических наук, профессор ФБГОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева», заведующий кафедрой

Болотин Александр Алексеевич, кандидат технических наук, доцент ООО «ПКФ«ДЕКА» Н.Новгород, технический директор

Ведущая организация:

ОАО «ЦКБ «Лазурит», г. Нижний Новгород

Защита состоится 19 ■ декабря 2013 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.08 при ФБГОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева» по адресу: 603950, Н. Новгород, ул. Минина, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФБГОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева».

Автореферат разослан

«^ »

ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Грамузов Евгений Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Успешное развитие экономики страны требует постоянного совершенствования водного и речного транспорта. В этой связи 17 октября 2013г. Правительством РФ одобрен проект «Стратегии развития внутреннего водного транспорта на период до 2030 года». Целью стратегии является:

• обеспечение приоритетного использования внутреннего водного транспорта в транспортной системе России;

• создание условий для переключения грузопотоков с наземных видов транспорта на внутренний водный транспорт;

• обеспечение роста конкурентоспособности внутреннего водного транспорта по отношению к другим видам транспорта;

• повышение доступности и качества услуг внутреннего водного транспорта для ■ грузоотправителей;

• обеспечение социальной функции внутреннего водного транспорта по перевозке пассажиров и повышение уровня безопасности.

Отмечается, что в настоящее время эксплуатируемая сеть внутренних водных путей России составляет 101,7 тыс. км. Состав флота речных судоходных компаний многообразен и позволяет выполнять перевозки практически всех видов грузов. Однако повышение экономической эффективности работы флота достигается не только умелым использованием одиночных судов и толкаемых составов, но и эффективным применением буксирных операций.

Во многих работах, посвященных исследованию движения буксирных составов, приводится описание конкретных буксирных операций. В этом плане можно отметить работы: Абрамова В., Богданова Б.В., Гершковича Е., Гудымы В.Г., Лаврентьева В.М., Мастушкина Ю.М., Павлова С.Е., Старшинова В.А. и других. Авторы анализируют конкретные операции, пытаются выяснить причины трудностей, возникающих в ходе их проведения, отмечают необходимость дальнейших исследованиях в этой области.

Каждая транспортная операция начинается с момента постановки её цели. Затем следует прокладка маршрута движения, выбор схемы состава и мощности буксиров, подбор буксирных связей, оснащение буксирного ордера, анализ путевых и метеорологических условий, теоретический расчет операции и непосредственное её выполнение. Важной проблемой, возникающей в процессе движения буксирного состава, является рысканье буксируемого объекта. Решением этой проблемы занимались многие исследователи. Так, Лаврентьев В.М. предложил несколько способов, уменьшающих рысканье. Однако эти способы становятся малоэффективными при их использовании для транспортировки крупногабаритных объектов, особенно с использованием сложных буксирных составов. В этом случае уменьшение рысканья достигается использованием вспомогательных судов. Работа вспомогательного судна, жестко скрепленного с корпусом буксируемого объекта, также является новым, малоизученным вопросом в исследовании движения буксирного состава.

Цели и задачи исследования маневренности буксирного состава любой комплектации такие же, что и при движении отдельного корабля. Составной частью маневренности является управляемость корабля, которой называют мореходное качество, позволяющее ему двигаться по заданной траектории или изменять направление движения по желанию судоводителя. Буксирный состав, состоящий из

нескольких объектов, скрепленных гибкой связью, изначально менее устойчив на курсе и хуже управляем.

Движение буксирного состава преследует цель перевода буксируемого объекта по заранее выбранной траектории из одной точки в другую. В общем, эту же цель преследуют при своём движении все суда и другие самоходные плавающие средства. Однако в характере движения буксирного состава имеется ряд существенных отличий. Если суда имеют единую, жесткую конструкцию, то состав представлен как минимум двумя телами, связанными между собой гибкой упругой нитью. Особенности движения одного тела, через связь их соединяющую, передаются другому, и в значительной степени определяют характер движения последнего и наоборот. Буксирный состав имеет большие габариты и занимает широкую полосу судового хода. Внутри нее буксируемый объект совершает колебания в поперечном направлении, имеет статическое смещение при прохождении поворотов и воздействия бокового ветра.

Каждый буксирный состав уникален, каждый обладает только ему присущими характеристиками движения. Как правило, буксирные составы имеют большие габариты и короткие временные сроки проведения транспортной операции. Поэтому не представляется возможным проведение испытаний буксирного состава по его управляемости и маневренности, как это делается для обычных судов.

На основании выше изложенного можно сделать вывод о том, управляемость буксирного состава на настоящее время недостаточно изучена и является весьма актуальной задачей.

Объектом исследования диссертационной работы являются буксирные составы, используемые для перемещения потерявших ход судов, отслуживших свой срок подводных лодок к месту их утилизации, плотов, барж, кранов. В последнее время число плавучих объектов требующих для своего передвижения применения буксировки, дополнилось крупногабаритными плавучими объектами для освоения шельфа. Это различного типа буровые установки и погружные основания, а также их крупногабаритные блоки.

Цель работы заключается в создании расчётного метода моделирования динамики простого и сложного буксируемых составов, построении математической модели комплекса «буксиры - система тросов - буксируемые объекты», прогнозирования характера поведения состава и динамической нагруженное™ его гибких связей в процессе эксплуатации при различных путевых и метеорологических условиях.

Задачи исследования. В диссертационной работе ставятся следующие основные задачи:

• создание математической модели динамики буксирного состава, сформированной на основе дифференциальных уравнений его движения в различных путевых и метеорологических условиях, при различных режимах работы судовых комплексов «корпус судна - средства управления - судовые движители» буксира, при наличии упругого буксирного троса;

• разработка алгоритмов для анализа маневренности и свойств управляемости буксирного состава с целью определения технической осуществимости процесса буксировки и безопасности судоходства;

• разработка способа нахождения допустимых границ значений гидродинамических характеристик буксируемого объекта для обеспечения его устойчивого движения за буксиром;

• исследование динамики конкретных маневров, совершаемых буксирным составом для выработки рекомендаций к их проведению;

• исследование влияния внешней среды на маневренность и управляемость буксирного состава;

• проведение модельных испытаний движения объектов буксирного состава.

Методы исследования. В диссертационной работе используются методы математического моделирования на основе дифференциальных уравнений движения буксирного состава, численные методы интегрирования систем нелинейных дифференциальных уравнений, методы теории корабля для определения гидродинамических характеристик корпусов буксира и буксируемого объекта, средств управления и движителей, а также модельные и вычислительные эксперименты.

Научная новизна. Разработка математической модели динамики буксирных составов и ее практическое представление в виде алгоритмов и программ, потребовало выполнения ряда теоретических и экспериментальных исследований. В частности, автором диссертационной работы впервые получены:

• системы дифференциальных уравнений движения буксирного состава для различных путевых и метеорологических условий, с учётом течения, умеренного волнения, динамики функционирования судового комплекса «корпус судна -средства управления - судовые движители буксира»;

• методика расчета гидродинамических характеристик корпусов буксиров, вспомогательных судов, буксируемых объектов в условиях движения на течении, при умеренном волнении, а также усилий индуцируемых судовым комплексом «корпус судна - средства управления - судовые движители», аэродинамических сил, действующих на надводную часть объектов буксирного состава;

• алгоритмы определения реакций буксирных тросов для систем буксирного состава с учетом упругости буксирной связи её веса.

Практическая ценность работы обеспечена использованием предлагаемых в ' диссертационной работе методов, алгоритмов и программ расчетов в производственной деятельности проектных организаций, в частности - ОАО «ЦКБ «Лазурит» и при подготовке специалистов судостроительного профиля.

Предложенная в диссертации математическая модель динамики буксирных составов использована в рабочих программах дисциплин кафедры «Теория корабля и гидромеханика» НГТУ. Она позволяет определить параметры движения буксирных составов любого типа и формы формирования, в любых путевых и метеорологических условиях, на течении и при умеренном волнении.

Разработанная новая методика комплектования буксирных составов позволяет подобрать оптимальную форму буксируемого объекта, необходимое число буксиров и их мощность, выбрать наиболее оптимальные места их расстановки в ордере, предварительно оценив тактику управления буксирным составом, учитывая влияние внешних нагрузок. Практическую значимость имеет методика расчета динамических усилий в буксирных тросах и системах, позволяющая определить длину буксирного троса и динамические параметры буксирной системы, а также их допустимые значения.

В работе на основе разработанных алгоритмов и программ выполнены численные расчеты динамики буксирного состава для различных режимов движения.

На защиту выносятся следующие новые результаты полученные автором:

• математическая модель динамики буксирного состава, сформированная на основе дифференциальных уравнений его движения в различных путевых и метеорологических условиях, на течении и на умеренном волнении при различных режимах работы судовых комплексов «корпус судна - средства управления -судовые движители» буксира, при наличии упругого буксирного троса;

• методика выбора рациональных форм и основных характеристик буксирного состава, предназначенных для выполнения определенных рейсов по заданному фарватеру;

• методика обоснования наилучшего режима работы судовых комплексов, необходимых для движения буксирного состава в определенных путевых условиях, по определенной траектории;

• методика выбора оптимального «коридора значений» гидродинамических характеристик корпуса буксируемого объекта, для обеспечения безопасного проведения транспортной операции;

• методика расчёта характеристик буксирных тросов и буксирных систем при эксплуатации буксирных составов в различных путевых и метеорологических условиях, при различных режимах работы судовых комплексов.

Достоверность предлагаемых методов и полученных результатов подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов расчета параметров движения буксирного составов с данными модельных испытаний, проведённых в опытовом бассейне Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева. А также сопоставлением с данными исследований отечественных и зарубежных ученых.

Реализация работы. Разработанные в диссертационной работе модели и методы нашли применение при выполнении проектно-конструкторских работ ОАО «Лазурит», в учебном процессе кафедры «Теория корабля и гидромеханика» ФБГОУ ВПО НГТУ им. P.E. Алексеева при преподавании дисциплины «Теория корабля».

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось и одобрено на следующих всесоюзных конференциях:

• Экспериментальные исследования мореходных качеств судов и плавучих технических средств в сложных погодных условиях (г. Калининград, 1982г.);

• Проблемы создания новой техники для освоения шельфа (г. Н. Новгород, 1984, 1986,1989гг.);

® Экспериментальные методы исследования способов активного воздействия на мореходные качества судов (г. Одесса, 1984г.);

• Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР. (г. Москва, 1986г.);

• Совершенствование средств и методов экспериментальной гидромеханики судна для развития научного прогресса в судостроении, (г. Николаев, 1988г.);

• Современные технологии в кораблестроительном и авиационном образовании, науке и производстве, г. Н.Новгород, 2006, 2009 гг.;

• Наука и технологии. Краткие сообщения XXVII Российской школы, посвященной 150-летию К.Э.Циолковского, 100-летию С.П.Королева и 60-ти летаю Государственного ракетного центра "КБ им. академика В.П.Макеева", г. Екатеринбург, 2007г.

Работа докладывалась на семинаре кафедры «Теоретическая механика» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева

под руководством, академика Академии водного транспорта, д. т. н., проф. Н.Ф. Ершова. В завершённом виде работа докладывалась на расширенном семинаре кафедры «Теория корабля и гидромеханика» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева под руководством, д. т. н., проф. Е.М. Грамузова.

Публикации. По результатам исследований, представленных в диссертационной работе, опубликовано 9 научных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и рисунков. Она содержит 175 страниц машинописного текста, 12 таблиц, 185 рисунков, библиографию из 141 наименования, в том числе 22 на иностранных языках.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируется цель работы, отмечается новизна и практическая ценность полученных результатов, приводятся сведения по их апробации.

В первой главе дан анализ проблем управляемости буксирных составов, приводятся различные схемы формирования ордера. Рассматривается опыт конкретных буксирных операций, описанный в работах В. И. Небесного, Ю. М. Бурименко, В. И. Абрамова, В. М. Лаврентьева. Подчеркивается удачное применение буксирных составов не только для осуществления транспортных операций, но и для кантовочных операций в портах.

Вопросам исследования особенностей динамики движения буксирного состава посвящены работы: Б. В. Богданова, А. М. Басина, А. В. Васильева, JI. М. Дыхты, Н. Ф. Соларёва и ряда других авторов. Из иностранных источников можно отметить работы. М. Г. Холлидея, JI. Плискина, Д. А. Чапмана, M. М. Белмса. Особенно отмечены работы Р. Я. Першица, в которых изучаются свойства комплекса буксир — трос отдельно от буксируемого объекта, считая длину буксирного троса бесконечной. Е.Б. Юдин и А.Г. Маковский подчёркивают, управляемость буксирного состава обеспечивается выполнением двух условий:

• если буксируемый объект устойчив по боковым перемещениям и рысканью;

• если эффективность рулевых органов буксировщика при наличии воза достаточно высока.

Авторами даются рекомендации по улучшению устойчивости движения состава. Ю. М. Мастушкин занимался изучением вопросов движения на циркуляции промысловых судов с тралом и буксируемыми лихтерами. Автором показано, что в случае установившегося движения буксира, буксируемый объект будет двигаться либо устойчиво по некоторой круговой траектории, либо совершать относительно неё автоколебания.

В заключении первой главы отмечается, что маневренные качества состава при движении будут определяться:

• способностью удержать состав в поле допускаемых отклонений относительно заданной траектории;

• выполнением критериев работоспособности рулевых и движительных линий средств управления движением;

• обеспечением возможности экстренного изменения параметров траектории;

• минимально достаточным уровнем энергетических затрат;

• эффективностью систем управления, обеспечивающих оптимальные режимы работы средств управления движением, технологического и энергетического оборудования;

• отсутствием рывков троса и обеспечением целостности буксирного состава.

Несмотря на значительное число работ, проблема маневренности судов и составов, как сложной технической системы, в настоящее время не решена. Конструктивная сложность и изменчивость системы, нетрадиционные обводы корпуса, ограниченность времени подготовки к проведению транспортной операции заставляют искать новые методы проведения исследований.

Во второй главе рассматривается организация математической модели динамики буксирного состава.

Имеющиеся математические модели управляемости буксирных составов недостаточны по следующим причинам:

• в них рассматривается стационарное установившееся движение прямым курсом, тогда как, например, для речных составов необходимо исследовать их поворотливость и маневренность;

• буксирный трос представлен прямым шарнирным стержнем, хотя реальная буксирная связь является гибкой тяжёлой нитью, что требует её выделения в отдельную подсистему;

• для судоводителя отсутствует оперативная возможность моделирования реально встречающихся маневров;

• отсутствует возможность компоновки модели в соответствии с различными схемами буксирного ордера.

Известно, что гидродинамические силы вычисляются в связанной системе координат, поэтому дифференциальные уравнения движения обычно записывают в этой же системе. В векторной форме уравнения движения одного объекта буксирного ордера имеют вид (1):

—+[пхк]+[гхд]=м + мР

где:

е - вектор количества движения системы объект — жидкость;

к - вектор момента количества движения системы объект - жидкость;

п - вектор угловой скорости вращения объекта;

V - вектор поступательной скорости начала связанной системы координат;

N - главный вектор внешних сил;

м - главный момент внешних сил;

РнМр - управляющие вектора.

Для оценки управляемости буксирного состава необходимо знать зависимости перемещений центра масс корпуса объекта от времени, определённые в неподвижной системе координат. Поэтому, система дифференциальных уравнений (1) дополнена уравнениями связи приведёнными в работе.

Внешние силы, действующие на объект, разбиты на четыре категории:

• сила тяжести и сила инерции, обусловленные массой объекта;

• гидродинамические силы взаимодействия объекта и окружающей среды;

• аэродинамические силы воздействия ветра на надводную часть корпуса;

• реакции связей буксиров.

При определении возмущающих гидродинамических сил от волнения необходимо отметить, что процесс буксировки чаще всего происходит при спокойной погоде или умеренном волнении. Скорости движения состава малы, не более 6-8 узлов, поэтому их квадратами и высшими степенями в расчётах можно пренебречь и. использовать метод линейной теории качки судов. В этой области известны работы М. Д. Хаскинда, И. Г. Малкиныма, Н. Н. Боголябова, Ю. А. Митропольского и др.

При определении гидродинамических сил от течения в качестве упрощающего допущения была принята гипотеза квазистационарности. Существует несколько аналитических методов определения гидродинамических коэффициентов для судов традиционного типа: метод А. В Васильева, метод А. Д. Гофмана, метод Р. Я. Першица, метод НИИВТ и др.

Для определения аэродинамических сил воздействия ветра на надводную часть корпуса объекта, можно воспользоваться одной из известных аналитических методик предложенных А. Д. Гофманом, К. К. Федяевским, И. В. Гирсом, В. В. Семеновой Тян-Шанской, А. П. Тумашиком и другими авторами.

К средствам управления движением буксира относят гидродинамические силы, создаваемые движителями и рулями. Присоединенная масса гребного винта, приближённо может быть определена по формуле Л. Б. Сандлера (2):

(2)

При криволинейном движении буксира, учитывались рекомендации В. Н. Небесного, А. В. Васильева, А. Б. Ваганова, полезная тяга и момент гребного винта определены по формулам (3):

Т. = Тл (в, л:2 + Ъхп V+ Суг

Мв = М ва{а^ +Ьгп7 + С171)с1из18п(п\ (3)

Величина гидродинамической силы на руле маневрирующего судна, получена по методике А. В. Васильева, А. Б. Ваганова (4):

Л = ЯМУр +РпК»)+ >"(«,> - Р? Л,

Ях =-Л[5та(,

{РПП2+РПЯУ + -Хкагс<8

+ аг + а,„ -

{Р22пУ+Р2,У2

а Ьр со &р

(4)

В работе буксирная связь (рис. 1) определена как средство управления движением буксируемого объекта.

Рис. 1. Схема буксирной связи С целью упрощения задачи и уменьшения времени счёта, в первом приближении, можно ограничиться квазистатическим методом расчёта буксирной связи.

Для использования этого метода введены следующие упрощающие допущения:

• форма буксирной связи определяется силами тяжести и, описывается уравнениями гибкой нити;

• применима гипотеза квазистационарности;

• считается возможным применить принцип суперпозиции в определении результирующей реакции связи в клюзе;

• буксирная связь лежит в плоскости, содержащей оба клюза.

Уравнение гибкой связи имеет вид:

У = <^с/Д-(5)

где:

- параметр связи,

Я

Ч - вес единицы длины связи. В работе используется предложение Л. М Рыжова и А. В. Васильева учитывать удлинение связи состоящим из 3-х компонентов:

Д/ = А/, +Д/, +Д/3, (6)

где:

Д/, - изменение расстояния между точками закрепления троса в

результате его провисания, Д/2 - удлинение троса в результате упругих деформаций, Д/3 - изменение длины троса на величину хода амортизатора.

Д. Р. Меркин подчёркивает, что упругое растяжение троса следует учитывать при малой стрелке прогиба (/ < 0,1/), когда натяжение троса достаточно велико.

В конце второй главы отмечены основные принципы построения математической модели буксирного состава и приведён её состав и блок схема.

В третьей главе выполнен расчет и анализ характерный маневров, совершаемых изолированным буксируемым объектом под действием буксирной связи.

Выделены 2 стратегии в управлении буксируемых составов:

• управление движением осуществляется из рубки буксировщика с помощью изменения курса следования буксировщика;

• управление осуществляется из ЦПУ буксируемого объекта путем задания с помощью буксировщика требуемого направления усилия буксирной связи.

Рассмотрен буксировочный дрейф, как прямолинейное движение буксируемого объекта на тихой воде в заданном направлении с возможным углом дрейфа рг и поперечным смещением (рис. 2).

Буксировщик предполагался идеальным, то есть в виде клюзовой точки К,. Он движется прямолинейно вдоль оси 0% с постоянной скоростью. Буксирная связь -трос, не весомый и не растяжимый, фиксированной длины. В тросе действует только постоянное растягивающее усилие. Уравнения движения буксируемого объекта при буксировочном дрейфе будут иметь вид (7):

+хк+Хви =0;

кбс + ук + у«я = 0; (7)

Я? -Ь" +МПК°3 +МВН =0.

В ходе решения уравнений движения (7) получена простая зависимость, при которой возможен буксировочный дрейф:

£ (8)

к21

где: и - коэффициенты поперечной силы и позиционного момента.

Чтобы выполнялось соотношение (8), точку крепления буксирной связи, необходимо выносить за крайнюю носовую точку корпуса буксируемого объекта на расстояние равное (о,2 -ь0,з)£. Технически это выполняется установкой жесткой выносной штанги либо «штанов» (рис. 3.).

Г

Рис. 3. Вынос точки крепления буксирной связи. Проведенные исследования позволили определить оптимальные соотношения величин 1БС, ЬК2, кю, ки, к31, к12. Так, коэффициент продольной гидродинамической силы должен находится в рамках значений полученных по формулам: — к-,.

к>п —

^ л - по условию равновесия поперечных

1 + —р- + — сил;

1бс 1вс.рг)

ЬК2 ( + ЬК2 ^ г]2 | - по условию равновесия моментов.

(9)

I ^

С целью проверки полученных выводов, были проведены расчёты буксировки за «идеальным» буксировщиком судна проекта 19610, имеющего реальные гидродинамические коэффициенты (рис. 4а.) и коэффициенты, укладывающиеся в границы значений полученных по формулам (9) (рис. 36). Буксирная связь была представлена тяжёлой провисающей нитью.

>Гол курс« буксируемого объекта

В первом случае (рис. 4а) заметны автоколебания, во втором случае (рис. 46) буксируемый объект движется устойчиво, колебания затухают, налицо буксировочный дрейф.

Выполнен расчёт движения изолированного буксируемого объекта за идеальным буксировщиком на круговой траектории, как режима движения наиболее подходящего для второй стратегии управления движением состава (Рис. 5).

Рис. 5. Движение изолированного буксируемого объекта на циркуляции. Целью исследования явилось определение возможности движения и наилучшей длины буксирной связи 1БС.

Буксирная связь рассматривалась как средство управления, а угол у2 и буксировочное усилие ТБС- как задаваемые параметры. С помощью уравнений движения буксируемого объекта в горизонтальной плоскости (10),

[щ + Л. = + (щ + Л22УГ2со2 + Я26со22 = 0; а/

(щ + Л22)^~ = Ып - {т2 + Ли)ГХ2а>2 = 0; (10)

(¡222 = Мгг +(ЛЯ -^>Ух2УГ2-^Х2'»2 = 0>

рассчитаны циркуляции, соответствующие разным углам ориентации буксирной связи у2 и построена диаграмма управляемости буксируемого объекта (рис. 6).

В центре диаграммы образуется «петля неустойчивости» (А - В - С - Э) (рис. 6), внутри которой имеется два устойчивых режима движения буксируемого объекта с противоположными направлениями вращения.

Выполнены расчёты, построены диаграммы управляемости буксируемого объекта имеющего различные гидродинамические характеристики. Объект, обладающий гидродинамическими коэффициентами близкими по значениям с коэффициентами, полученными по формулам (9), имеет наименьшую по размерам «петлю неустойчивости». Можно предположить, что ширина «петли неустойчивости» и амплитуды автоколебательного режима движения при буксировке прямым курсом взаимосвязаны.

Показано, что диаграмма управляемости (рис. 6) и схема движения буксируемого объекта (рис. 5) по криволинейной траектории заданного радиуса

позволяют установить необходимую длину буксирной связи 1БСдля

юг

обеспечения движения клюзовой точки К] буксировщика по той же траектории, что и центр тяжести буксируемого объекта 02.

Было смоделировано движение клюзовой точки К1 по заданной траектории (буксируемый объект прикреплён буксирной связью к штанге радиусом Яц, рис. 7).

Рис. 7. Движение за штангой Варьировались значения радиусов Кц и гидродинамических коэффициентов корпуса буксируемого объекта. Показано, что продольная неустойчивость в движении объекта проявляется на слабо искривлённых траекториях в области «петли неустойчивости».

Сделан вывод, что стабилизация буксируемого объекта за идеальным буксировщиком достигается приданием определённого значения гидродинамическим коэффициентам корпуса:

кю - способствует стабилизации по линейной скорости; ¿з, - способствует стабилизации по угловой скорости и углу курса. В четвертой главе выполнено исследование характерных маневров буксирного состава, состоящего из одного буксира и одного буксируемого объекта. Использовались различные варианты гидродинамических характеристик корпуса буксируемого объекта.

Проведены расчёты маневров буксирного состава, совершаемых на прямолинейном курсе.

Изучено движение состава на прямом курсе при минимальных перекладках рулей с целью удержания курса. Выявлено, что параметры процесса автоколебаний полностью совпадают с результатами предыдущих расчётов.

Рассмотрены зигзагообразные движения буксирного состава при перекладках рулей. В качестве управляющего движения буксировщика принят маневр «зигзаг Кемпфа». Этот маневр наиболее подходит при использовании первой стратегии управления движением состава - «из рубки буксировщика». Введено понятие «послушного» и «непослушного» буксируемого объекта для характеристики его устойчивого движения (рис. 8).

Траектория буксировщика и буксируемого объекта Траектории буксировщика и буксируемого объекта

«послушный»

«непослушный»

Рис.8. Траектория движения буксирного состава Выполнен расчёт циркуляционного движения буксируемого состава. Исследован манёвр «спираль». Угол перекладки руля буксировщика изменялся в диапазоне 0° -20° с шагом 1° - 2° (рис. 9).

продольное смещение (ы)

«непослушный»

продольное смещение (м)

«послушный» Рис. 9. Маневр «спираль» Отмечено, что автоколебательный режим движения буксируемого объекта более интенсивный при малых значениях угла перекладки руля у буксировщика, а в зоне аР1 > сСрС"7 движение стационарное.

Проведён анализ движения «послушного» буксируемого объекта на циркуляции с заданным углом перекладки руля буксировщика 6 и 10° (рис. 10).

Траектория буксировщика и буксируемого объекта

Траектория буксировщика и буксируемого объекта

Траектория буксировщик* и буксируемого объекте

угол 6°

Траектория буксировщика и буксируемого объекта

продольно* смещение (ы)

угол 10°

Рис. 10. Маневр «циркуляция» Отмечено, что при угле перекладки руля 6° буксируемый объект движется по внутренней траектории, имея ориентацию корпуса наружу циркуляции, а при 10° наоборот (рис. 11).

угол 6° угол 10°

Рис. 11. Ориентация буксира Проведено исследование маневра «одерживание», характерного для состава при движении по 8 - образной оси судового хода (рис. 12).

Рис. 12. Судовой ход Начальным состоянием для состава определено - циркуляционное движение при значительном угле перекладки руля буксира 8° в периоде установившейся циркуляции. С малым шагом Дар = 2° угол перекладки рулей уменьшался вплоть до

отрицательных значений 8°,6°,4°,2°,0°,-2°,-4°,-6°,-8°. На рис. 13 показаны траектории движения состава с различными гидродинамическими характеристиками.

буксировщика и буксируемого

шш ттшш ШШШтШЩЖ

г ¥? ж ИшвимН

ш 7 " \ ! И 1

щ шш

«непослушный»

«послушный»

Рис.13. Маневр «одерживание» Анализ результатов расчёта этого маневра показал, что буксируемый объект послушен буксировщику и повторяет вслед за ним траекторию движения. В области «петли неустойчивости», у «непослушного» состава - (-5° <ап <5°), у «послушного» - (-2° <аР1 <2°), наблюдаются автоколебания параметров движения буксировщика и буксируемого объекта, причём границы колебаний значительно меньше у второго варианта.

Вне зоны «петли неустойчивости» наблюдается устойчивое циркуляционное движение. В этой связи выполнен расчёт маневра «зигзаг». Для «непослушного» состава был выбран маневр «зигзаг 6/6» и «зигзаг 4/6» для «послушного» состава (рис. 14). Буксировщику с помощью периодической перекладки рулей удаётся удержать состав в целом на прямом курсе, но буксируемый объект в первом варианте состава совершает интенсивные автоколебания по курсу и поперечным смещениям, во втором варианте динамика автоколебаний буксируемого объекта ограничена.

Траектория буксировщика и буксируемого объекта

Траектория буксировщика и буксируемого объекта

. 1 ...... ■ ..... . *, ........ »и-,-----------

; Буксировщик..... ....... Т^?^ Буксируемый объект

%%'<ШВ&^ЖМЩ'*1-¡¿Шш} V\ 1 ЙУ1'' | Жу,

ШШ « с «ж эрЩв V ¿Ш^Ш^-Ш^'ЩМ

присным* сиедмкг*

«непослушный»

продольно» с метение ш)

«послушный»

Рис. 14. Маневр «зигзаг» Таким образом, полностью подтверждаются оценки, данные ранее вариантам гидродинамических характеристик корпуса изолированного буксируемого объекта при исследовании его управляемости во время прямолинейного движения и движения за поворачивающейся штангой.

Проведена оценка действия ветра на буксирный состав. Целью исследования являлась оценка качества управления составом в области удержания состава в поле допускаемых отклонений относительно заданной траектории.

Был проанализирован буксировочный дрейф буксируемого объекта (судно проекта 19610) за идеальным буксировщиком, при воздействии ветра скоростью 20м/с (рис. 15). Длина буксирного троса варьировалась, и равнялась 100м, 150м и 200м.

Траектория буксируемого объекта

Рис. 15. Буксировочный дрейф при ветре Наиболее распространенным из эксплуатационных критериев является возможность состава двигаться прямым курсом при ветре наиболее неблагоприятного направления.

В качестве характерного маневра, для суждения о выполнении данного критерия, был выполнен расчёт циркуляции состава при фиксированном угле перекладки руля буксировщика с прямого хода на угол 20° по ветру (рис. 16а) и на ветер (рис. 166). При этом изменялась скорость ветра от нулевой до максимальной, при которой состав полностью терял управляемость.

Траектория состава (ветрр бм/с)

Рис. 16. Циркуляция при ветре Выполненный анализ влияния ветра подтвердил необходимость проведения аэродинамической оптимизации корпуса буксируемого объекта при подготовке буксирной операции.

В пятой главе приводятся результаты испытаний моделей буксируемого объекта и буксировщика. В качестве буксируемого объекта исследовалось движение модели всплывающей спасательной камеры (рис. 17), прикреплённой тросом к

гравитационной системе и трехкомпонентным динамометром к буксировочной тележке.

Рис. 17. Испытания модели буксируемого объекта

Получены позиционные характеристики модели. Выполнено исследование влияния встречного и попутного волнения, длины буксировочного троса.

Проведены испытания отдельно модели судна снабженца ледового класса, используемого в качестве буксировщика в расчётах движения буксирного состава

Целью испытаний была проверка адекватности результатов получаемых с помощью разработанной математической модели буксирного состава. Полученные в ходе экспериментов данные были пересчитаны на натуральные объекты, и заложены в расчёты с использованием представленной математической модели. Результаты расчётов и модельных экспериментов показали хорошую сходимость.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы.

1. Создана математическая модель динамики буксирного состава, сформированная на основе дифференциальных уравнений его движения в различных путевых и метеорологических условиях. Она учитывает разнообразные комплектации буксирного ордера, движение по заранее проложенному маршруту любой формы, вес и упругость буксирной связи.

2. Получена методика анализа маневренности и свойств управляемости буксирного состава. Выполнено исследование характерных маневров буксирного состава: движение состава на прямом курсе, циркуляционные движения буксируемого состава, маневры «спираль», «одерживание», «зигзаг», циркуляция с фиксированным углом перекладки руля буксира.

3. Исследовано влияние внешней среды. Даны рекомендации по уменьшению ветровой нагрузки при прямолинейном и циркуляционном движениях буксирного состава.

4. Построена диаграммы управляемости буксируемого объекта при его движении под управляющим воздействием буксирной связи и выполнен её анализ.

5. Определены оптимальные соотношения длины буксирного троса - 1БС, координаты клюзовой точки - ЬК2, гидродинамических коэффициентов - кю, к21, кп, кп корпуса буксируемого объекта. Соотношения позволяют свести к минимуму автоколебательный режим его движения.

6. Выполнены модельные испытания объектов буксирного состава в опытовом бассейне НГТУ им. Р. Е. Алексеева. Результаты испытаний подтвердили адекватность разработанной математической модели.

/ 7

У

Основные публикации по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованых ВАК.

1. Гуров, П.В. Маневренность судна при знакопеременных перекладках рулей / А.Б. Ваганов. П.В Гуров, A.C. Костюнин // Вестник Иркутского государственного технического университета. - 2011. - №4(51). - С.66-71.

2. Гуров, П.В. Анализ ухудшения маневренности судна при знакопеременных перекладках рулей / А.Б. Ваганов, П.В. Гуров, A.C. Костюнин, К.Е. Сазонов // Труды ЦНИИ им. академика А.Н.Крылова. - 2012. - №1(66). - С.33-42.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций.

3. Гуров, П.В. Моделирование движения сложного буксирного состава / А.Б.Ваганов, П.В.Гуров // Наука и технологии. Краткие сообщения XXVII Российской школы, посвященной 150-летию К.Э.Циолковского, 100-летию С.П.Королева и 60-ти летию Государственного ракетного центра «КБ им. академика В.П.Макеева». -2007. - С.84-86.

4. Гуров, П.В. Анализ буксировочного дрейфа / А.Б. Ваганов, П.В. Гуров // Современные технологии в кораблестроительном и авиационном образовании, науке и производстве: сб. докладов Всеросс. научно-техн. конф. - Н.Новгород, 1720 ноября 2009. - Н. Новгород:НГТУ, 2009. - С.256-258.

5. Гуров, П.В. Натурные исследования плавучей полупогружной установки «Шельф -1» / A.B. Васильев, А.Б. Ваганов, А.Р. Бабкин, П.В. Гуров, И.Д. Краснокутский". Тезисы 17 Всесоюзной конференции по экспериментальной гидромеханике судов. - Одесса. - 1984. - С. 125-127.

6. Гуров, П.В. Стабилизация буксируемого объекта на курсе буксировщика. / A.B. Васильев, П.В. Гуров // Тез. докл. Всесоюз. конф. Совершенствование средств и методов экспериментальной гидромеханики судна для • развития научного прогресса в судостроении. - Николаев. - 1988. - С.47 - 48.

7. Гуров, П.В. К вопросу о буксировке судов и объектов для освоения шельфа. / П.В. Гуров // В сб. Проблемы создания новой техники для освоения шельфа. Деп. в ЦНИИ "Румб", 28.04.88., 5с„ ном. г.р. ДР-2859/2.

8. Гуров, П.В. Исследование режимов движения состава буксир-платформа гравитационного типа / П.В. Гуров. Отчет по г.б. теме Исследование гидродинамики речных судов и установок для освоения шельфа. - Н. Новгород, -1985. - 14с.

9. Гуров, П.В. Разгон буксирного состава / П.В. Гуров // В сб. Новые технические средства освоения океана. - Н. Новгород. - 1990. - С. 64-68.

Подписано в печать 14.11.2013 г. Формат 60x84 . Бумага офсетная. _Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 824._

Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева. Типография НГТУ. 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА» (НГТУ)

УДК 629.12.075 (075)

04201455629 На Правах РУК0ПИСИ

ГУРОВ ПЕТР ВЛАДИСЛАВОВИЧ

УПРАВЛЯЕМОСТЬ БУКСИРНОГО СОСТАВА В СЛОЖНЫХ ПУТЕВЫХ И МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.08.01 -Теория корабля и строительная механика

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подпись соискате

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Ваганов А. Б.

г. Н. Новгород 2013

Оглавление

Введение 4

Глава 1. Проблемы маневренности буксирных составов 11

1.1. Буксировки плавучих объектов и сооружений 11

1.2. Управляемость буксирного состава 13

1.2.1. Управляемость буксирного состава в работах

Р.Я. Першица 13

1.2.2. Управляемость буксирного состава в раб

Е. Б. Юдина и А. Г. Маковского 15

1.2.3. Управляемость буксирного состава в работах Мастушкина ЮМ. 18

1.3. Анализ проблем управляемости буксирных составов 19

1.4. Обоснование основных методов математического

описания буксирной системы 23

Глава 2. Математическая модель динамики буксирного состава 25

2.1; Дифференциальные уравнения маневрирования

буксирного состава 25

2.2. Характеристика внешних сил 31

2.2.1. Гидростатические силы и моменты методы их определения 32

2.2.2. Определение гидродинамических сил и моментов демпфирования качки 33

2.2.3. Определение возмущающих сил и моментов от умеренного волнения моря 34

2.2.4. Определение гидродинамических сил сопротивления движению и сил от течения 37

2.2.5. Определение аэродинамических сил воздействия

ветра на надводную часть корпуса объекта 39

2.2.6. Определение сил, создаваемых движительно-рулевым комплексом 43

2.2.7. Буксирная связь, как средство управления

движением буксируемого объекта 44

2.3. Компьютерное моделирование движения сложного буксирного состава 53

2.3.1. Состав и организация компьютерной программы 53

2.3.2. Блок генерации входных данных буксирного состава 55

2.3.3. Блок интегрирования системы дифференциальных

уравнений 56

2.3.4. Блок вывода результатов расчета 56 Глава 3. Характерные маневры, совершаемые буксируемым

объектом под действием буксирной связи и их анализ 58

3.1. Буксировочный дрейф. Движение прямым курсом

за идеальным буксировщиком 58

3.2. Движение изолированного буксируемого объекта

за идеальным буксировщиком на круговой траектории 78

Глава 4. Исследование динамики движения буксирного состава 100

4.1. Маневры буксирного состава, совершаемые на прямолинейном курсе 100

4.1.1. Основные характеристики буксировщика 100

4.1.2. Движение состава на прямом курсе при минимальных перекладках рулей

для удержания курса 102

4.1.3. Зигзагообразные движения буксирного

состава при перекладках рулей буксировщика 105

4.2. Анализ циркуляционного движения буксируемого состава 115

4.3. Исследование маневра «одерживание» 136

4.4. Исследование управляемости буксирного состава

под действием ветра 147 Глава 5. Экспериментальное изучение движения буксирного

состава 154

5.1. Характеристики модели ВСК и измерительного стенда 154

5.2. Буксировочные испытания ца тихой воде 156

5.3. Буксировочные испытания на волнении 158

5.4. Буксировочные испытания ВСК с переменной длиной троса 160

5.5. Испытания модели судна снабженца ледового класса 162

5.6. Проверка адекватности математической модели буксирного состава 164

Заключение 168

Список литературы 169

Введение

Буксировки плавучих объектов и сооружений. Успешное развитие экономики страны требует постоянного совершенствования водного и речного транспорта. В этой связи 17 октября 2013г. Правительством РФ одобрен проект «Стратегии развития внутреннего водного транспорта на период до 2030 года» [104]. Целью стратегии является:

• обеспечение приоритетного использования внутреннего водного транспорта в транспортной системе России;

• создание условий для переключения грузопотоков с наземных видов транспорта на внутренний водный транспорт;

• обеспечение роста конкурентоспособности внутреннего водного транспорта по отношению к другим видам транспорта;

• повышение доступности и качества услуг внутреннего водного транспорта для грузоотправителей;

• обеспечение социальной функции внутреннего водного транспорта по перевозке пассажиров и повышение уровня безопасности.

Отмечается, что в настоящее время эксплуатируемая сеть внутренних водных путей России составляет 101,7 тыс. км. Состав флота речных судоходных компаний многообразен и позволяет выполнять перевозки практически всех видов грузов. Однако повышение экономической эффективности работы флота достигается не только умелым использованием одиночных судов и толкаемых составов, но и эффективным применением буксирных операций.

Буксировка судов потерявших ход, отслуживших свой срок подводных лодок, к месту их утилизации, плотов, барж, кранов это весьма часто применяющаяся операция. В последнее время число плавучих объектов требующих для своего передвижения применения буксировки, дополнилось крупногабаритными плавучими объектами для освоения шельфа. Это различного типа буровые установки и погружные основания, а также их крупногабаритные блоки.

Во многих работах посвященных исследованию движения буксирных составов приводится описание конкретных буксирных операций. В этом плане можно отметить работы: В. Абрамова [1], Б.В. Богданова [15, 16], Е. Гершковича [29], В.Г. Гудымы [33, 34], В.М. Лаврентьева [65], Ю.М. Мастушкина [72], С.Е. Павлова [83,84], В.А. Старшинова [104] и др. Авторы анализируют конкретные операции, пытаются выяснить причины трудностей, возникающих в ходе их проведения, отмечают необходимость дальнейших исследованиях в этой области.

Каждая транспортная операция начинается с момента постановки её цели. Затем следует прокладка маршрута движения, выбор схемы состава и мощности буксиров, подбор буксирных связей, оснащение буксирного ордера, анализ путевых и метеорологических условий, теоретический расчет операции и непосредственное её выполнение.

Важной проблемой, возникающей в процессе движения буксирного состава, является рысканье буксируемого объекта. Решением этой проблемы занимались многие исследователи A.M. Басин [8], A.A. Бураченко [18], М.Б. Иконников [53], М.М. Bermitsas [124], С.Е. Павлов [84] и другие авторы. Так, В.М. Лаврентьев [65] предложил несколько способов, уменьшающих такое рысканье. Однако эти способы становятся малоэффективными при их использовании для транспортировки крупногабаритных объектов. В этом случае уменьшение рысканья достигается использованием вспомогательных судов. Работа вспомогательного судна, жестко скрепленного с корпусом буксируемого объекта, также является новым, малоизученным вопросом в исследовании движения буксирного состава.

Известные методы исследования движения буксирного состава описывают динамику простого буксирного состава состоящего из одного буксира и одного объекта. Для перемещения крупногабаритных объектов одного буксира бывает недостаточно. Поэтому применяют сложный буксирный состав, состоящий из нескольких буксиров и вспомогательных судов, скрепленных с буксируемым объектом. Маневренные качества этого состава сложны, своеобразны и выдвигают на первое место задачу координации движения отдельных объектов буксирного ордера.

Цели и задачи исследования маневренности буксирного состава любой комплектации такие же, что и при движении отдельного корабля. Составной частью маневренности является управляемость корабля, которой называют мореходное качество, позволяющее ему двигаться по заданной траектории или изменять направление движения по желанию судоводителя. Буксирный состав, как отмечал A.M. Басин [8], состоящий из нескольких объектов, скрепленных гибкой связью, изначально менее устойчив на курсе и хуже управляем.

Движение буксирного состава преследует цель перевода буксируемого объекта по заранее выбранной траектории из одной точки в другую. В общем, эту же цель преследуют при своём движении все суда и другие самоходные плавающие средства. Однако в характере движения буксирного состава имеется ряд существенных отличий. Если суда имеют единую, жесткую конструкцию, то состав представлен как минимум двумя телами, связанными

между собой гибкой упругой нитью. Особенности движения одного тела, через связь их соединяющую, передаются другому, и в значительной степени определяют характер движения последнего и наоборот. Буксирный состав имеет большие габариты и занимает широкую полосу судового хода. Внутри нее буксируемый объект совершает колебания в поперечном направлении, имеет статическое смещение при прохождении поворотов и воздействия бокового ветра.

Каждый буксирный состав уникален, каждый обладает только ему присущими характеристиками движения. Как правило, имеет большие габариты и короткие временные сроки проведения транспортной операции. Поэтому для буксирного состава не представляется возможным проведение испытаний его управляемости и маневренности, как это делается для обычных судов.

На основании выше изложенного можно сделать вывод о том, что управляемость буксирного состава на настоящее время недостаточно изучена и является весьма актуальной задачей.

Краткое содержание и особенности диссертационной работы.

Предлагаемая работа посвящена исследованию динамики движения буксирного состава. В ней делается попытка решить часть вопросов связанных с этой проблемой. Традиционным путем решения любой задачи является теоретическое исследование и проверка правильности полученных результатов путем проведения модельного эксперимента, с последующими практическими приложениями.

В работе приводится алгоритм расчета динамики движения буксирного состава при различных путевых и метеорологических условиях. Даются методики определения внешней нагрузки, действующей на отдельные объекты состава, расчёта усилий, возникающих в буксирном тросе с учетом его упругости, вычисления упора движительно-рулевого комплекса. Алгоритм расчета реализован на ЭВМ. С помощью математической модели выполнены расчеты различных маневров движения буксирного состава. Получены графики траекторий движения, изменения скорости и усилий в буксирном тросе.

Отдельный раздел работы посвящен проверке адекватности расчетов, полученных с помощью математической модели буксирного состава и реального процесса буксировки. Автором были проведены испытания модели буксирного состава состоящего из модели судна снабженца ледового класса и всплывающей спасательной камеры. Сопоставление результатов расчетов и

экспериментов позволили сделать положительный вывод о достоверности полученных теоретических результатов, их достаточной точности для использования в практических расчетах.

Цель работы заключается в создании теоретического расчётного метода моделирования динамики простого и сложного буксируемых составов, построении математической модели комплекса «буксиры - система тросов -буксируемые объекты», прогнозирования характера поведения состава и динамической нагруженности его гибких связей в процессе эксплуатации при различных путевых и метеорологических условиях.

Научная новизна. Разработка математической модели динамики буксирных составов и ее практическое представление в виде алгоритмов и программ, потребовало выполнения ряда теоретических и экспериментальных исследований. В частности, автором диссертационной работы впервые выполнено:

• разработаны системы дифференциальных уравнений буксирного состава в различных путевых и метеорологических условиях, на течении и умеренном волнении с учетом динамики судового комплекса «корпус судна - средства управления - судовые движители буксира»;

• определены алгоритмы расчета гидродинамических характеристик корпусов буксиров, вспомогательных судов, буксируемых объектов в условиях движения на течении, при умеренном волнении, а также индуцируемых судовым комплексом «корпус судна - средства управления - судовые движители», аэродинамических сил, действующих на надводную часть объектов буксирного состава;

• разработаны алгоритмы определения реакций буксирных тросов для систем буксирного состава с учётом их упругости и веса;

• организованы и выполнены модельные испытания движения буксирного состава;

• разработаны алгоритмы, программы и выполнены численные расчеты динамики буксирного состава для различных режимов движения.

Достоверность предлагаемых методов и полученных результатов

подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов расчета параметров движения буксирного составов с данными модельных испытаний, проведённых в опытовом бассейне Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева, а также сопоставлением с данными исследований отечественных и зарубежных ученых.

Практическая ценность работы в целом реализуется тем, что предлагаемые в диссертационной работе методы, алгоритмы и программы расчетов неразрывно сочетаются с инженерной деятельностью судоводительских и конструкторских организаций, используются при подготовке специалистов судостроительного профиля.

Предложенная в диссертации математическая модель динамика буксирных составов доведена до рабочих программ. Она позволяет определить параметры движения буксирных составов любого типа и формы формирования, в любых путевых и метеорологических условиях, на течении и при умеренном волнении.

Разработанная методика комплектования буксирных составов позволяет подобрать оптимальную форму буксируемого объекта, необходимое число буксиров и их мощность, выбрать наиболее оптимальные места их расстановки в ордере, предварительно оценив тактику управления буксирным составом, учитывая влияние внешних нагрузок.

Большую практическую значимость имеет методика расчета динамических усилий в буксирных тросах и системах позволяющая определить длину буксирного троса и динамические параметры буксирной системы, их необходимые прочностные характеристики.

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось и одобрено на следующих всеросийских конференциях:

• Экспериментальные исследования мореходных качеств судов и плавучих технических средств в сложных погодных условиях, г. Калининград, 1982г.;

• Проблемы создания новой техники для освоения шельфа, г. Н. Новгород, 1984, 1986,1989гг.;

• Экспериментальные методы исследования способов активного воздействия на мореходные качества судов, г. Одесса, 1984г.;

• Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР, г. Москва, 1986г.;

• Совершенствование средств и методов экспериментальной гидромеханики судна для развития научного прогресса в судостроении, г. Николаев, 1988г.;

• Современные технологии в кораблестроительном и авиационном образовании, науке и производстве, г. Н.Новгород, 2006, 2009 гг.;

• Наука и технологии. Краткие сообщения XXVII Российской школы, посвященной 150-летию К.Э.Циолковского, 100-летию С.П.Королева и 60-ти летию Государственного ракетного центра "КБ им. академика В.П.Макеева", г. Екатеринбург, 2007г.

Работа докладывалась на семинаре кафедры «Теоретическая механика» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева под руководством, академика Академии водного транспорта, д. т. н., проф. Н.Ф. Ершова.

В завершённом виде работа докладывалась на расширенном семинаре кафедры «Теория корабля и гидромеханика» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева под руководством, д. т. н., проф. Е.М. Грамузова.

Публикации. По результатам исследований, представленных в диссертационной работе, опубликовано 9 научных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованном ВАК.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и рисунков. Она содержит 179 стр. машинописного текста, 12 таблиц, 185 рисунков, библиографию из 142 наименований, в том числе 22 на иностранных языках.

На защиту выносятся следующие новые результаты полученные автором:

• математическая модель динамики буксирного состава, сформированная на основе дифференциальных уравнений его движения в различных путевых и метеорологических условиях, на течении и на умеренном волнении при различных режимах работы судовых комплексов «корпус судна - средства управления - судовые движители» буксира, при наличии упругого буксирного троса;

• выбор оптимальных форм и основных характеристик буксирного состава, предназначенных для выполнения определенных рейсов по заданному фарватеру;

• методика обоснования оптимального режима работы судовых комплексов, необходимых для движения буксирного состава в определенных путевых условиях