Исследование гидродинамического коэффициента сопротивления тралов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.17, кандидат технических наук Недоступ, Александр Алексеевич

• Недоступ, Александр Алексеевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Недоступ, Александр Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РАСЧЁТА СОПРОТИВЛЕНИЯ КАНАТНО-СЕТНОЙ ЧАСТИ ТРАЛА. И

1.1. Анализ существующих методов расчета сопротивления канатно-сетной части трала. )

1.2. Постановка задачи исследования.

2. ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЁТА СОПРОТИВЛЕНИЯ СЕТНОЙ ЧАСТИ ТРАЛА.

2.1. Обоснование зависимостей значения коэффициента сопротивления траловой сети от комплекса её геометрических характеристик и относительной площади.

2.2. Определение эмпирической формулы для расчета угла атаки траловой сети.

2.3. Оценка точности эмпирической формулы для расчета угла атаки траловой сети.

2.4. Определение зависимости значения угла атаки донной траловой сети от величины подъёмной силы оснастки верхней подборы и распорной силы траловой доски.

2.5. Оценка точности эмпирического коэффициента, учитывающего влияние подъёмной силы оснастки верхней подборы и распорной силы траловой доски на форму донного трала.

2.6. Ограничения, накладываемые на эмпирические формулы для расчёта коэффициента сопротивления сетной части донного трала.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ КАНАТНО-СЕТНОЙ ЧАСТИ ТРАЛА.

3.1. Оценка целесообразной точности расчета сопротивления траловой оболочки.

3.2. Планирование эксперимента, обоснование выбора моделей тралов и методики исследований.

3.3. Градуирование и оценка погрешности средств измерений.

3.4. Эксперименты в гидроканале "МариНПО".

3.5. Результаты экспериментальных исследований. Оценка погрешности измерений. L

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СИЛ ОСНАСТКИ ПОДБОР ТРАЛА И РАСПОРНЫХ СИЛ ТРАЛОВЫХ ДОСОК НА СОПРОТИВЛЕНИЕ КАНАТНО-СЕТНОЙ ЧАСТИ РАЗНОГЛУБИННОГО ТРАЛА. И

4.1. Определение зависимости угла атаки меридиана траловой оболочки от величины подъемной силы оснастки верхней подборы, величины загрузки нижней подборы и распорной силы траловой доски.

4.2. Оценка точности эмпирической зависимости угла атаки меридиана траловой оболочки от величины подъемной силы оснастки верхней подборы, величины загрузки нижней подборы и распорной силы траловой доски.

4.3. Оценка точности зависимости гидродинамического коэффициента сопротивления от угла атаки меридиана траловой оболочки.

4.4. Ограничения, накладываемые на эмпирические формулы для расчета коэффициента сопротивления канатно-сетной части разноглубинного трала.

5. ПРЕДЛАГАЕМЫЙ МЕТОД РАСЧЁТА СОПРОТИВЛЕНИЯ

КАНАТНО-СЕТНОЙ ЧАСТИ ТРАЛА.

5.1. Описание входных данных для расчёта сопротивления канатно-сетной части трала.

5.2. Алгоритм расчета сопротивления канатно-сетной части трала.

5.3. Пример расчета сопротивления канатно-сетной части трала.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование гидродинамического коэффициента сопротивления тралов»

Наиболее развитым видом рыболовства в морях и океанах в настоящее время является траловый. Объясняется это его большой эффективностью, мобильностью, высоким уровнем механизации производственных процессов и многообразием видов вылавливаемых рыб. Траловый лов охватывает широкий диапазон глубин. Современные рыболовные тралы представляют собой сложные инженерные сооружения, включающие большой комплекс устройств, деталей и элементов различной сложности, структуры и исполнения. Невозможно представить сейчас успешную и эффективную работу рыболовного трала без вооружения его современными устройствами раскрытия, которые несут одну из основных рыболовных функций - обеспечивают зону облова, необходимую рабочую форму и размеры входного устья трала. На размеры входного устья трала также влияют конструктивные особенности трала (количество пластей, значение посадочного коэффициента по подборам, длина подбор и др.).

Сложность проектирования трала как инженерного сооружения определяется, тем, что его характеристики с одной стороны должны хорошо учитывать особенности поведения и распределения объекта лова, а с другой стороны, - соответствовать располагаемой тяге траулера и тяге траловых лебёдок. Для того, чтобы конструкция трала соответствовала располагаемой тяге траулера, нужно уметь рассчитывать сопротивление трала с необходимой точностью.

Сохранение ведущей роли тралового промысла в будущем требует его дальнейшего совершенствования. Важными направлением совершенствования тралового лова является поиск путей снижения гидродинамического сопротивления траловой системы. Сопротивление траловой системы слагается из сопротивления отдельных входящих в неё элементов: канатно-сетной части, деталей оснастки, траловых досок, ваеров и др. При этом сопротивление канатно-сетной части трала составляет около 70 % от общего сопротивления системы и потому является главным фактором, определяющим её технические и эксплуатационные показатели:

- скорость траления;

- размеры зоны облова;

- расход топлива на единицу вылавливаемой рыбы, и др.

В этой связи задача определения сопротивления трала занимает важное место в процессе проектирования этого орудия рыболовства.

Несмотря на многолетние исследования работы трала существующие методы расчёта его сопротивления страдают существенными недостатками. К ним относятся:

- не полный учёт конструктивных параметров траловой сети;

- применение в расчёте сопротивления такого параметра, как площадь устья трала, которая в свою очередь зависит от искомой силы сопротивления;

- не полное совпадение учитываемых конструктивных параметров сети с характеристиками современных разноглубинных тралов;

- отсутствие возможности учитывать в расчёте влияние на сопротивление трала подъёмных и заглубляющих сил оснастки и грузов-углубителей, а также распорных сил траловых досок.

Таким образом, существующие методы расчёта сопротивления канатно-сетной части трала нуждается в дальнейшем совершенствовании и развитии.

Решению этой задачи и посвящается диссертационная работа. В ней выработан принципиально новый подход к определению сопротивления канатно-сетной части трала. Он заключается в том, что расчёт гидродинамического коэффициента сопротивления осуществляется по известным конструктивным характеристикам траловой оболочки (посадочным коэффициентам пластин трала, циклам кроя сетных пластин и др.) и силовым характеристикам её оснастки (подъёмной силе оснастки верхней подборы, заглубляющей силе оснастки нижней подборы и грузов-углубителей, а также распорной силе траловых досок), которыми располагает проектировщик.

Для выполнения поставленной задачи были проведены экспериментальные исследования, сетных конструкций в гидроканале "МариНПО". В исследовательской работе большое внимание уделено методике экспериментов, целесообразной и фактической точности полученных результатов.

Центральное место в работе занимают главы, содержащие анализ существующих методов расчёта сопротивление канатно-сетной части трала, обоснование метода расчёта сопротивление трала, анализ результатов экспериментов и их оценка. Экспериментальные исследования позволили обосновать основные этапы расчёта сопротивления траловой сети. В итоге исследований сетных конструкций установлена связь между конструктивными и фактическими характеристиками траловых сетей, предложена методика расчёта сопротивления разноглубинных и донных тралов.

Траловая система - это гибкая формоизменяемая система. Поэтому сопротивление трала зависит от его формы. В свою очередь форма трала зависит от приложенных к нему сил (сил оснастки подбор, распорных сил, создаваемых таловыми досками, заглубляющих сил грузов-углубителей, если ими оснащена данная конструкция трала), и в т. ч. и от искомой силы сопротивления. Выходом из этого положения является использование метода последовательных приближений, в соответствии с которым в первом приближении задаются значения сил оснастки подбор и распорных сил траловых досок, что позволяет дать численную оценку формы сетной оболочки с учётом её конструктивных особенностей (посадочных коэффициентов, циклов кроя сетных пластей и т. д.), и определить сопротивление трала. Затем, во втором приближении, уточняются необходимые силы оснастки трала и силы его сопротивления. Расчёты могут повторяться до тех пор, пока не будет получен желаемый результат как в отношении схем оснастки трала, так в отношении его сопротивления.

Актуальность темы диссертации определяется острой практической потребностью проектировщиков и эксплуатационников в методике расчёта гидродинамического сопротивления канатно-сетной части трала как донных сетных, так и канатных разноглубинных тралов, обеспечивающей более высокую по сравнению с существующими методами точность результатов и учитывающей конструктивные особенности канатно-сетной оболочки и силы, создаваемые оснасткой трала.

Научная новизна работы состоит в установлении ранее неизвестных зависимостей коэффициента сопротивления канатно-сетной части трала от относительной площади (сплошности) канатно-сетной оболочки, её конструктивных характеристик (посадочных коэффициентов, циклов кроя сетных пластин и т. д), сил оснастки верхней подборы, сил оснастки нижней подборы, заглубляющей силы грузов-углубителей и распорных сил траловых досок.

Практическая ценность заключается в разработке метода и алгоритма расчёта силы сопротивления донных сетных и разноглубинных канатных тралов по входным данным, содержащимся в их технической документации (чертежах, схемах оснастки). Разработанная в диссертации методика реализована в компьюторном программном комплексе "Расчёт сопротивления траловой системы и отдельных её элементов, возможной скорости траления", который нашёл применение в деятельности ряда отечественных и зарубежных проектных организаций, в том числе в "МариНПО", "Фишеринг сервис" (Россия), "МАШЖЕК" (Норвегия),

Работа является частью научно-исследовательской темы кафедры промышленного рыболовства Калининградского государственного технического университета.

Автор признателен сотрудникам кафедры промышленного рыболовства КГТУ и сотрудникам "МариНПО" за помощь в выполнении настоящих исследований.

Заключение диссертации по теме «Промышленное рыболовство», Недоступ, Александр Алексеевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Поставленная задача, заключавшаяся в установлении возможности применения формулы (1.38) для расчёта коэффициента сопротивления современных канатно-сетных тралов вцелом выполнена.

2. Экспериментами установленно, что на величину угла атаки ОС/ меридиана канатно-сетной части влияют конструктивные особенности канатно-сетной части трала (посадочные коэффициенты, число пластей, циклы кроя пластей). Охарактеризовать это влияние можно следующим образом:

- увеличение значения посадочного коэффициента по горизонтали их ведёт за собой увеличение угла атаки меридиана канатно-сетной части трала;

- увеличение значения цикла кроя сетных пластей С (увеличение количества ячей скроенных по прямой) ведёт за собой уменьшение угла атаки меридиан а канатно-сетной части трала;

- увеличение числа пластей I сетной части по периметру трала ведёт за собой увеличение угла атаки ^меридиана канатно-сетной части трала;

Совместное влияние конструктивных особенностей канатно-сетной части трала на угол атаки ОС^ характеризуется значением комплекса Р , определённого зависимостью (1.40). Увеличение значения комплекса Р ведёт за собой увеличение угла атаки (Х{ канатно-сетной части трала.

3. Экспериментами установленно, что на величину угла атаки ОС канатно-сетной части трала влияют силовые характеристики тралового комплекса (силы оснастки подбор трала, заглубляющая сила грузов-углубителей и распорная сила траловых досок). Влияние сил охарактеризована следующим:

- увеличение подъёмной силы оснастки верхней подборы ведёт за собой увеличение коэффициента сопротивления трала, но когда происходит изменение формы устья трала (из круговой в эллиптическую) - уменьшение коэффициента сопротивления. Это связано с уменьшением площади устья трала;

- аналогично изменяется коэффициент сопротивления с увеличением заглубляющей силы оснастки нижней подборы и грузов-углубителей;

- при увеличении распорной силы траловых досок значение коэффициента сопротивления канатно-сетной части трала также увеличивается. Когда форма устья трала переходит из круговой в эллиптическую происходит уменьшение коэффициента сопротивления.

4. Получена эмпирическая формула (2.15) для расчёта среднего взвешенного значения угла атаки меридиана канатно-сетной оболочки трала в зависимости от геометрических (сплошность Р0 и комплекс Р ) и силовых (безразмерной распорной силы траловой доски Т 5 безразмерной подъёмной силы оснастки верхней подборы % и безразмерной заглубляющей силы оснастки нижней подборы и грузов-углубителей X) характеристик орудия.

5. Предпринятая оценка точности проведённых экспериментов дала вполне удовлетворительный результат: ошибка не превышает - 11,5%. В свою очередь предельная погрешность расчёта должна составлять 13,2 %. Оценка точности зависимости (2.15) не выходит за рамки точности проведённых экспериментов. Отклонение экспериментальных данных от прямой, определённой формулой (1.38), составляет 5,6%.

6. Приведённые результаты полностью охватывают диапазон характеристик применяемых в настоящее время на практике канатно-сетных тралов.

7. Разработана методика расчёта, позволяющая по чертежу трала и схем его оснастки определить сопротивление канатно-сетной части трала с достаточной для инженерных приложений точностью.

8. Методика расчёта сопротивления канатно-сетной части трала программно реализована и передана для использования в отечественные и зарубежные проектные организации "МариНПО", "Фишеринг сервис", "МАЯТЖЕК".