Методика расчета усилий в урезе во время выборки донного невода якорным способом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.17, кандидат технических наук Белых, Александр Владимирович

• Белых, Александр Владимирович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Белых, Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ СИЛОВЫХ И ГЕОМЕТРИИ

ЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СНЮРРЕВОДА В ПРОЦЕССЕ ВЫБОРКИ.

1.1 Способы лова снюрреводом.

1.2 Исследования силовых характеристик урезов снюрревода при сбивке урезов.

1.3 Исследования геометрических характеристик урезов снюрревода при сбивке урезов.

1.4 Гидродинамический коэффициент сопротивления сетной части: снюрревода.

1.5 Влияние гидродинамического сопротивления урезов на их натяжение и форму.

1.6 Исследование грунтодинамического коэффициента сопротивления урезов.

ГЛАВА 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕТНОЙ

ЧАСТИ СНЮРРЕВОДА ПРИ ВЫБОРКЕ.

2.1 Гидроканал ОАО «МариНПО».

2.2 Экспериментальное определение гидродинамического коэффициента сопротивления сетной части снюрревода при выборке.•.

2.2.1 Оценка целесообразной точности.

2.2.2 Обоснование выбора аналогов сетных мешков снюрреводов.

2.2.3 Градуировка и оценка погрешности средств измерения.

2.2.4 Эксперименты с аналогами сетных мешков снюрреводов.

2.2.5 Анализ экспериментальных данных.

2.3 Определение грунтодинамического сопротивления нижней подборы сетной части снюрревода при выборке.

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИКИ СНЮРРЕВОДА ПРИ ЕГО ВЫБОРКИ ЯКОРНЫМ способом.:.:.

3.1 Особенности экспериментального изучения механики донного невода.

3.1.1 Исходные методологические предпосылки и 57 принципы.;.

3.1.2 Онытовый бассейн ФГБОУ ВПО "КГТУ".

3.2 Планирование эксперимента, обоснование выбора аналогов снюрреводов и методики исследования;.

3.3 Эксперименты в опытовом бассейне ФГБОУ ВПО "КГТУ"

3.4 Результаты экспериментальных исследований.:.

3.5 Физическое моделирование процесса выборки снюрревода якорным способом.;.

315Ц Определение критериев подобия.

3.5.2 Эксперименты с физической моделью снюрревода в опытовом бассейне ФГБОУ ВПО "КГТУ".,.

3.5.3 Масштабный эффект физического моделирования снюрревода.'.

ГЛАВА 4 МЕТОД; РАСЧЕТА СИЛОВЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК СНЮРРЕВОДОВ.

4.1 Описание входных данных для расчета характеристик снюрревода.

4.2 Алгоритм расчета характеристик снюрревода.

4.3 Пример расчета силовых характеристик снюрреводов.

глава 5 компьютерное моделирование процесса

ВЫБОРКИ УРЕЗОВ СНЮРРЕВОДОВ ПРИ ЯКОРНОМ

СПОСОБЕ ЛОВА.

5.1 Обоснование компьютерного моделирования орудий промышленного рыболовства.

5.2 Общие сведения об интегрированной среде разработки

Lazarus.

5.3 Компьютерное моделирование характеристик орудий рыболовства в динамике с использованием языка программирования Lazarus.

5.4 Применение компьютерных программ по расчету активных орудий рыболовства в учебном процессе.

5.5 Описание программы "Донный невод".

5.6 Ограничения, накладываемые на компьютерную программу

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика расчета усилий в урезе во время выборки донного невода якорным способом»

Снюрревод» с датского переводится следующим образом: «вод» - сеть, а «снюрре» означает вибрацию канатов, которые образуют главную часть этого орудия лова [1].

Донный невод, снюрревод или датский невод, является одним из наиболее эффективных орудий активного рыболовства придонных и донных рыб в открытых водоемах. Лов донными неводами производится на участках с ровным дном на глубинах от 5 до 600-800 м [2, 3].

Рисунок 1 - Процесс лова донным неводом Донный невод, в современном его виде, является орудием рыболовства технически менее современным, чем трал. Однако использование малотоннажным флотом донных неводов оказывается более эффективным, чем лов тралами. Донный невод позволяет облавливать разреженные скопления, наносит меньше ущерба рыбным банкам, чем трал. С его помощью можно облавливать отдельные небольшие участки, где из-за преобладания тяжелых грунтов траловый лов затруднен. К другим достоинствам снюрреводного лова, в сравнении с траловым, можно отнести высокую производительность и меньшие энергозатраты.

Донные невода широко используются в датском рыболовстве при облове камбалы, уловы которой составляют 20% от общего улова. Основным районом промысла датчан является Балтийское море.

Используют донные невода суда с различным водоизмещением:

- от 5 до 15 тонн (мощность двигателей на судах от 10 до 50 л.с.);

- от 15 до 35 тонн (мощность двигателей на судах от 15 до 50 л.с.);

- от 35 до 75 тонн (мощность двигателей на судах от 50 до-150 л.с.).

В отличие от других орудий активного рыболовства техника лова донным неводом имеет ряд особенностей, среди- которых наиболее важной является сгон рыбы внутрь обметанного пространства за счет урезов. Другой! особенностью является то, что в начальный период буксировки, сам невод и часть его урезов * находятся на дне неподвижно, постепенно по мере тяги судна включаясь выдвижение. Основными) объектами лова донными неводами являются донные т придонные объекты: на Севере - пикша и треска; на .Дальнем Востоке - камбала, треска, навага, терпуг, минтай шкраб, на-Балтике - треска и камбала.

Принцип лова донным неводом- заключается в том; что рыба обметывается на большой площади урезами. По мере стягивания' урезы сгоняют рыбу с обметанной площади! к центру, а1 затем, к концу тяги урезов, двигающийся невод подхватывает и * собирает в мотню всю сконцентрированную урезами рыбу [4]. Скорость выборки урезов находится в?диапазоне 0,4 - 1,1 м/с, [5].

В 1930 - 1940 гг. широко применяются донные невода организациями Архангельской области и Мурманска, [6]. Так же, донные невода стали применяться в Азовском море [7, 8, 9, 10].

Донные невода являются одними из основных орудий рыболовства применяемые в Приморье [11]: Донные невода применяют рыбаки Японии и Кореи [12].

Донным неводам присущ большой недостаток - наличие нежелательного прилова (краб-стригун, морские звезды и др.) [11].

Следует отметить, что способов лова донными неводами - три. Это: якорный, буксирный и комбинированный. Причем каждый способ эффективен на различных глубинах водоема. Так якорный способ применяется на глубинах до 150 - 200 м, буксирный 800 - 1000 м. В СевероЗападном Федеральном округе Российской Федерации - глубины с ровным дном не большие, по сравнению с районом Приморья, и в этом случае оправданы исследования работы донного невода якорным способом.

В последнее десятилетие основная доля отечественного вылова донными неводами приходится на Дальний Восток. Дальневосточный рыбопромысловый флот МРС-80, МРС-150, МРС-225, РС-300, СТР-420 и РС-450 работает донными неводами в Охотском, Беринговом морях добывая < такие рыбьи как: камбала, треска, навага, палтус и минтай. Подробно конструкции неводов, которые применялись и применяются в Приморье описаны A.B. Лестевым [13]' A.M. Мизюркиным и др. [14]. Осредненные характеристики неводов приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Характеристики донных неводов

Тип Тип Длина Длина Длина Шаг ячеи, мм* судна невода крыла, м мотни, м кутка, м крыло мотня куток

МРС- камбальный 25-34 18-22 4-5 80 60 50

80 тресковый 20-25 18-20 5-6 80 60 50' наважий 20-25 18-20 5-6 50 30 20

МРС- тресково- 30 21 8 90-60 60 50

225 камбальный

РС-300 тресково-камбальный 35-40 20-24 6-8 80 60 50

СРТМ- тресковый 65 34 10 80 60 40

800

СТР- терпуг, 60 35 14 50 30 30

420, камбала и

РС-450 минтай

В настоящее время освоен зимний снюрреводный лов камбалы, минтая, терпуга и трески на глубинах 500-800 м с судов РС-300, СТР-800, 1320 и летний промысел на глубинах 100-200 м с судов МРС-150 и др.

Исследование механики донного невода посвящены работы Ф.И. Баранова [15], B.C. Калиновского, В.А. Ионаса, A.B. Лестев, Е.В. Осипова и Г.С. Павлова [16]. Лов рыбы донными неводами занимает значительное место в рыболовстве некоторых зарубежных стран: Дании, Исландии, Корее и Японии [17].

Но исследованию динамики движения донного невода одна единственная работа [18].

Одним из методов исследования силовых и геометрических характеристик является физическое моделирование. Установление искомых закономерностей с помощью физического моделирования зачастую является единственно возможным спосдбом экспериментального изучения и решения важных и нужных практических задач.

Существует особая форма эксперимента, для которой характерно использование действующих материальных моделей в качестве специальных средств экспериментального исследования.- Такая форма называется модельным экспериментом. Для модельного эксперимента, по мнению ряда авторов, характерны следующие основные операции:

- переход от натурального объекта к модели - построение модели (моделирование в собственном смысле слова);

- экспериментальное исследование модели;

- переход от модели к натуральному объекту, состоящий в перенесении результатов, полученных при исследовании, на этот объект.

В модельном эксперименте необходимо также обосновать отношение подобия между моделью и натуральным объектом и возможность экстраполировать на этот объект полученные данные.

Если остановиться на некоторых примерах ограничений области применения эксперимента, то они будут в основном следующими: эксперименты могут проводиться лишь на ныне существующих объектах (невозможность распространения эксперимента в область прошлого); некоторые теоретически возможные эксперименты неосуществимы вследствие низкого уровня развития экспериментальной техники.

Но моделирование находит широкое применение в области промышленного рыболовства не только из-за того, что может заменить эксперимент. Оно имеет большое самостоятельное значение, которое выражается, по мнению ряда авторов, в целом ряде преимуществ:

• с помощью метода моделирования на одном комплексе данных можно разработать целый ряд различных моделей, по-разному интерпретировать исследуемое явление, и* выбрать наиболее плодотворную из них для теоретического истолкования;

• в процессе построения модели можно сделать различные дополнения к исследуемой гипотезе и получить ее упрощение.

Все это ясно показывает, что моделирование выполняет в промышленном рыболовстве самостоятельные функции и становится все более необходимой ступенью в процессе создания теории. Однако моделирование сохраняет свое эвристическое значение только тогда, когда учитываются границы применения всякой модели.

Таким образом, задача моделирования состоит в том, чтобы с ее помощью воспроизвести наиболее общие структуры.

Физическому моделированию обычно присуще понятие масштабного коэффициента. Исследование можно считать моделированием, если масштабный коэффициент отличен от единицы. Преимущества заключаются в том, что никакая получаемая при этом исследовании информация не является побочной, и< мы не потеряем ее, сколь бы неожиданной она ни оказалась. Ограничения же при моделировании определяются возможностями при изготовлении тех или иных моделей.

Чтобы исследовать динамику движения донного невода воспользуемся теорией динамического подобия, которая позволяет:

• определить группу преобразований подобия, относительно которой инвариантны основные уравнения, краевые условия и полная система безразмерных характеристик;

• получать необходимые и достаточные условия существования динамически подобных движений;

• устанавливать критерии и формулировать законы, подобия и на их основе сознательно упрощать общую задачу, выделяя из нее частные задачи.

Следовательно, метод подобия5 играет исключительно важную роль при постановке задач и. выборе наиболее рациональных методов, их решения и анализа, а также при моделировании.

Актуальность темы диссертации Лов рыбы донными неводами (снюрреводами) занимает значительное место в рыболовстве ■ России и некоторых зарубежных стран: Дании, Исландии, Корее и Японии. В настоящее время нет разработанной методики для расчетов усилий в урезе при выборке донного невода якорным способом, что позволило бы проектировщикам и эксплуатационникам обосновать прочностные характеристики урезов-при их выборке.

Над этой проблемой работал целый ряд отечественных и зарубежных учёных: Ф.И. Баранов (1946), H.A. Старовойтов (1946), A.B. Лестев (1955), В А. Ионас (1960), Е.В. Осипов и Г.С. Павлов (2006), Т. Suzuki, Т. Takagi (1959).

В связи с этим являются, актуальными исследования, направленные на создание методики- расчета усилий в урезе донного невода во время выборки его якорным способом, чему и посвящена настоящая диссертация.

Цель работы - создание методики расчета силы натяжения в урезе в процессе выборки снюрревода якорным способом с учетом конструктивных параметров снюрревода и его урезов.

Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:

- провести экспериментальные исследования с аналогами снюрреводов по определению гидродинамического коэффициента сопротивления сх и определения усилия в урезе Т, и получение зависимости с^ДДе, Лг) и Г=Д7,

- разработать алгоритм и метод расчета усилий в урезе снюрревода при его выборке якорным способом;

- разработать компьютерную программу для расчета усилий в урезе снюрревода при его выборке якорным способом.

Научная новизна работы диссертационной работы:

- обоснованы критерии подобия при физическом моделировании процесса выборки снюрревода;

- впервые экспериментальным путем определен гидродинамический-коэффициент сопротивления- сетной части' донного невода сх в зависимости от числа Рейнольдса Ке, относительной площади 170 и-безразмерного горизонтального раскрытия Хг.

- впервые экспериментальным путем определено усилие в урезе Т в зависимости от времени ^'скорости выборки ув, отношения веса 1 метра уреза в воде д к его диаметру с/, длины уреза' 5", глубины лова У, гидродинамическое сопротивление сетной части донного невода Ян и грунтодинамическое сопротивление оснастки нижней подборы сетной, части невода Лг.

- разработан метод расчета усилий в урезе снюрревода при его выборке якорным способом.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработке экспериментальных установок для исследования силовых характеристик снюрревода; установлении новых зависимостей гидродинамического коэффициента сопротивления cx=f(Re, F0) и коэффициент oq , зависящий от отношения веса одного метра уреза в воде к его диаметру ao=i{q/d), полученных экспериментальным путем, которые буду применяться в алгоритме расчета усилий* в урезе снюрревода при его выборке якорным способом;

- разработке алгоритма и метода расчета усилий в урезе снюрревода при его выборке якорным способом;

- разработке компьютерной* программы расчета усилий- в урезе снюрревода при его выборке якорным способом. Реализация работы. Материалы диссертации» используются, в учебном процессе при изучении дисциплин: «Механика орудий рыболовства»- и «Моделирование орудий и процессов рыболовства» в процессе подготовки бакалавров и магистров по направлению подготовки 111500 Промышленное рыболовство вjВУЗах Росрыболовства: ФГБОУ ВПОч<КГТУ», ФГБОУ ВПО «КамчатГТУ», ФГБОУ ВПО «АГТУ» и< ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз». Полученные результаты исследований движения и выборки снюрревода при его выборке якорным способом могут быть использованы проектировщиками донных неводов.

Апробация работы. Результаты диссертации представлялись на конференциях: VI Международной научной* конференции "Инновации в науке и образовании - 2008" (Калининград, 2008); 9th International workshop -Methods- for the development and evaluation of maritime technologies DEMAT 2009 (Япония, 2009); Отраслевой студенческой научно-практической конференции ПОИСК-2009 (Владивосток, 2009); Международной научно-технической конференции "Наука и образование - 2009" (Мурманск, 2009); Студенческой научной конференции КГТУ / (Калининград, 2009); VII Международной научной конференции "Инновации в науке и образовании — 2009" (Калининград, 2009); VII Международной научной конференции

Инновации в науке и образовании - 2009". Номинация "Участник молодежного научно-инновационного конкурса" У.М.Н.И.К. (Калининград, 2009); Межвузовской десятой научной конференции аспирантов, соискателей и докторантов "Научно - технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров" (Калининград, 2009); Международной научно-практической конференции, посвященной 85-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки < и техники Российской Федерации Фридмана Александра Львовича и 95-летия со дня основания кафедры Промышленного рыболовства (Калининград, 2010); VIII Международной научной конференции,"Инновации в науке и образовании -2010" (Калининград, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, из них 4 в ведущих периодических изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России. Имеется свидетельство о регистрации компьютерной программы "Невод донный".

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, одного приложения. Общий объем работы составляет 156 страниц машинописного текста, 71 рисунок, 23 таблицы. Список использованных источников состоит из 75 названий, из которых 7 принадлежат иностранным авторам.