Зависимости статической устойчивости прямоугольных цилиндрических траловых досок от их удлинения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.17, кандидат технических наук Зеленин, Федор Леонидович

• Зеленин, Федор Леонидович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зеленин, Федор Леонидович

Введение.

1. Анализ исследований по устойчивости траловых досок.

2. Описание существующих конструкций распорных устройств и анализ их гидродинамических характеристик.

2.1. Описание существующих конструкций распорных устройств.

2.2. Зависимость значений гидродинамических коэффициентов Сх, Су и К от удлинения X для прямоугольных крыльев и прямоугольных цилиндрических траловых досок.

3. Постановка целей и задач исследования.

4. Определение силовых характеристик разноглубинных тралов.

5. Определение запаса статической устойчивости для досок различного удлинения.

5.1. Обоснование алгоритмов расчета запаса статической устойчивости

5.2. Алгоритм расчета зависимости запаса статической устойчивости траловых досок по углу атаки от удлинения.

5.3. Анализ результатов расчета зависимости запаса статической устойчивости траловых досок по углу атаки от удлинения.

5.4. Алгоритм расчета зависимости запаса статической устойчивости траловых досок по углу крена от удлинения.

5.5. Анализ результатов расчета зависимости запаса статической устойчивости траловых досок по углу крена от удлинения.

5.6. Алгоритм расчета зависимости запаса статической устойчивости траловых досок по углу дифферента от удлинения.

5.7. Анализ результатов расчета зависимости запаса статической устойчивости траловых досок по углу дифферента от удлинения.

6. Экспериментальная оценка гидродинамических коэффициентов.

6.1. Цели и задачи проведения эксперимента.

6.2. Объекты экспериментальных исследований.

6.3. Обоснование скоростного режима испытания.

6.4. Описание экспериментов и полученных экспериментальных данных.

6.5. Первичная обработка и оценка погрешностей результатов испытаний моделей траловых досок.

6.6. Анализ зависимостей гидродинамических коэффициентов от углов атаки, крена и дифферента.

7. Анализ результатов расчета запаса статической устойчивости для траловых досок с использованием значений Сх, Су, полученных при проведении экспериментов.'.

7.1. Определение зависимости запаса статической устойчивости траловых досок по углу атаки от удлинения.

7.2. Определение зависимости запаса статической устойчивости траловых досок по углу крена от удлинения.

7.3. Определение зависимости запаса статической устойчивости траловых досок по углу дифферента от удлинения.

7.4. Анализ влияния гидродинамических коэффициентов на запас статической устойчивости.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Зависимости статической устойчивости прямоугольных цилиндрических траловых досок от их удлинения»

Актуальность проблемы. В течение последних десятилетий произошло вытеснение тралового флота из наиболее продуктивных и хорошо освоенных шельфовых районов промысла в открытые пространства Мирового океана. Это связано со снижением запаса промысловых объектов в шельфовых районах 200 - мильных зон. Рыбопромысловые компании России, такие как ФОР, Мурманский траловый флот и другие, имеют крупнотоннажные суда, ориентированные на океанический лов и переработку рыбы вдали от береговых баз.

Для повышения уловистости пелагических рыб были увеличены размеры устья трала — горизонтальное и вертикальное раскрытие.

Увеличение глубины и скоростей траления, увеличение размеров тралов, рост тяговых усилий судов и промысловых механизмов, необходимость облова подвижных скоплений рыбы ставят перед специалистами промышленного рыболовства задачу обеспечить необходимое горизонтальное раскрытие тралов. Горизонтальное раскрытие траловой системы обеспечивается распорными устройствами - траловыми досками. Очевидно, что эффективность работы трала во многом зависит от работы траловых досок.

Увеличение распорной силы траловой доски К.у и снижение ее гидродинамического сопротивления Лх являются важной задачей современного промышленного рыболовства. Над этой проблемой работал целый ряд отечественных и зарубежных учёных [11, 13, 22, 30, 33, 41, 42].

Известно, что для крыльев и траловых досок величина распорной силы прямо пропорциональна значению гидродинамического коэффициента Су, квадрату скорости траления V и площади траловой доски Б. Увеличение указанных параметров приводит к увеличению значения 11у. Однако при увеличении площади траловой доски, помимо роста материальных затрат на ее изготовление, растет величина гидродинамического сопротивления - 11х, которая также прямо пропорциональна квадрату скорости траления, площади доски и гидродинамическому коэффициенту Сх. Поэтому крайне важно при проектировании траловых систем иметь возможность выбирать такие размеры траловых досок, при которых максимальным значениям Яу будут соответствовать минимальные значения Ых и Б.

Следует отметить, что исследование форм траловых досок, их профилей и других конструктивных характеристик привели к созданию прямоугольных цилиндрических траловых досок, которые наиболее широко применяются в современном траловом лове [34, 42]. Неисследованным остался вопрос выбора удлинения траловой доски.

Вопрос влияния удлинения X (отношение размаха к хорде) прямоугольной траловой доски на гидродинамические коэффициенты Су, Сх, а также на качество К (отношение Су к Сх), изучен особенно слабо. Так же практически не изучен вопрос влияния удлинения на статическую устойчивость траловой доски. Как правило, на практике применяются хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации доски одних и тех же удлинений.

На сегодняшний день ответ на вопрос - доски каких удлинений обеспечивают максимальную распорную силу и имеют достаточный для безаварийной эксплуатации запас статической устойчивости - можно дать лишь исходя из практического опыта рыболовства прошлых лет.

В этой связи являются актуальными исследования, направленные на определение зависимостей гидродинамических характеристик траловых досок и их статической устойчивости от удлинения. Результаты таких исследований позволят оценить целесообразность увеличения удлинения досок для повышения их гидродинамического качества, чему и посвящена настоящая диссертация.

Предмет исследования — определение зависимости запаса статической устойчивости прямоугольной цилиндрической траловой доски от ее удлинения.

Объект исследования — разноглубинная прямоугольная цилиндрическая траловая доска как наиболее широко применяемая на промысле и являющаяся прототипом для создания большинства современных разноглубинных траловых досок.

Цель работы — оценка и обоснование возможности увеличения удлинения разноглубинной прямоугольной траловой доски при условии обеспечения необходимого запаса ее статической устойчивости.

Научная новизна диссертационной работы: получены экспериментальные значения гидродинамических коэффициентов Сх, Су, К для модели разноглубинной прямоугольной цилиндрической траловой доски с удлинением А=5,00, а также осуществлена экспериментальная проверка этих коэффициентов для моделей со значениями ^=0,75 и А,=1,65; на основе данных экспериментов, проведенных с моделями прямоугольных досок в гидроканале, получены зависимости запаса статической устойчивости досок от их удлинения; найдены и обоснованы предельные значения удлинения, при которых траловая доска будет иметь достаточный запас статической устойчивости.

Практическая ценность работы.

Результаты выполненных исследований позволяют сформулировать практические рекомендации проектировщикам разноглубинных прямоугольных цилиндрических траловых досок по увеличению их удлинения для различных (по величине гидродинамического сопротивления) групп тралов, которые направлены на обеспечение максимального гидродинамического качества при сохранении площади траловой доски и достаточного запаса ее статической устойчивости.

Материалы диссертации используются в учебном процессе при изучении дисциплин «Механика орудий рыболовства», «Методы проектирования орудий рыболовства», «Проектирование орудий рыболовства» в процессе подготовки бакалавров и магистров по направлению

111000.62 и 111000.68 - Рыболовство и специальности 111000.65 -Промышленное рыболовство.

Публикации. По теме диссертации имеется пять публикаций, две из которых - в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертации.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованных источников и восьми приложений. Общий объём диссертации - 158 страниц текста, в том числе - 62 таблицы, 67 рисунков. Список литературы включает 42 наименования.

Заключение диссертации по теме «Промышленное рыболовство», Зеленин, Федор Леонидович

Заключение

В представленной работе получены следующие основные результаты:

1. На основе анализа конструкций современных распорных устройств, используемых для оснастки разноглубинных тралов, установлено, что они имеют прямоугольную форму в плане и цилиндрический профиль. Конструктивные отличия распорных досок второстепенны и заключаются в изломе (или его отсутствии) бокового профиля, в форме торцевых поверхностей, наличии или отсутствии предкрылков. То есть прямоугольная траловая доска с цилиндрическим профилем является основой почти всех современных конструкций, что предопределило ее выбор как объекта выполненных исследований.

2. На основе анализа существующих экспериментальных данных о значениях гидродинамических коэффициентов прямоугольных цилиндрических досок и крыльев получены их аппроксимирующие зависимости от удлинения, представленные в табл. 7. Ошибка аппроксимации не превышает 10%. Значения гидродинамического коэффициента Сх прямоугольных крыльев и прямоугольных цилиндрических траловых досок падает с увеличением удлинения с 1,00 до 5,00 на 35% для крыльев и на 28% для досок. Значения гидродинамического коэффициента Су для крыльев растет с увеличением удлинения в диапазоне от 1,00 до 5,00 на 28%, а для траловых досок этот коэффициент практически не изменяется. Значение качества К при изменении удлинения от 1,00 до 5,00 возрастает для крыла на 53% , а для доски - на 21 %.

3. Путем аналитических расчетов получены данные о силах сопротивления канатно-сетной части разноглубинных тралов. Данные расчетов (табл. 8) позволили установить, что по величине силы сопротивления тралы можно разделить на три группы: малые (сопротивление бОкН и менее), средние (сопротивление 150 кН и менее), большие (сопротивление ЗООкН и менее).

4. Расчетным путем, с использованием значений гидродинамических коэффициентов, взятых из литературных источников [13, 14], получены зависимости запасов статической устойчивости прямоугольных цилиндрических досок по углам атаки, крена и дифферента от их удлинения. Установлено, что по углу атаки запас статической устойчивости с увеличением удлинения с 0,75 до 5,00 снижается на 52-54%, по углу крена — от 3 до 11%, по углу дифферента - от 11 до 50%. При увеличении удлинения с 1,65 до 5,00 падение запаса статической устойчивости составляет по углу атаки 34-35%, по углу крена 1,7-3,6% и по углу дифферента - от 3,5 до 32%.

5. Получены экспериментальные данные, позволяющие провести проверку значений гидродинамических коэффициентов для прямоугольных цилиндрических траловых досок при удлинениях 0,75 и 1,65. Проведено сравнение полученных экспериментальных значений гидродинамических коэффициентов для прямоугольных траловых досок удлинением 0,75 и 1,65 с данными, представленными в литературе [13, 14].

При хорошем качественном совпадении полученных зависимостей (относительная ошибка 10%) следует отметить, что относительные отклонения сравниваемых значений достигают больших значений 20-30%, особенно в районе малых (<15°) и больших (> 30°) углов атаки. В районе рабочего угла атаки относительное отклонение экспериментальных значений от данных, приведенных в работах В.П. Карпенко [13, 14], находится в пределах от 0,5% до 10%. Данные отклонения можно объяснить наличием расхождения в значениях ряда геометрических характеристик сравниваемых траловых досок и конструктивными особенностями каждой модели трала.

6. Получены экспериментальным путем значения гидродинамических коэффициентов для прямоугольной цилиндрической траловой доски с удлинением А,=5,00 в широком диапазоне углов атаки, крена и дифферента (табл. 23, 25, 26). Сравнение полученных значений с данными для прямоугольного крыла показывает, что отклонение гидродинамических коэффициентов в диапазоне углов атаки до 22° находится в пределах 15-20%.

7. Получены значения гидродинамических коэффициентов для прямоугольных цилиндрических траловых досок удлинением А,=0,75 и А,=1,65 для различных углов дифферента (табл. 18, 22).

8. Подтверждена целесообразность и возможность повышения гидродинамического качества прямоугольных цилиндрических траловых досок и их аналогов без увеличения их площади и принципиальных изменений конструкции. С увеличением удлинения с 0,75 до 5,00 качество траловой доски возрастает на 44%, а при увеличении с 1,65 до 5,00 рост качества составит около 20%.

9. Определены зависимости запасов статической устойчивости по углам атаки, крена и дифферента от удлинения прямоугольной цилиндрической траловой доски в диапазоне удлинений от 0,75 до 5,00 с использованием в расчетах значений гидродинамических коэффициентов, полученных по результатам экспериментов. Падение запаса статической устойчивости по углу атаки при увеличении удлинения траловой доски от 0,75 до 5,00 составляет 53-54%, по углу крена - от 13 до 16%, по углу дифферента - от 18 до 50%. При увеличении удлинения с 1,65 до 5,00 падение запаса статической устойчивости составляет по углу атаки 35-36%, по углу крена - 3,8-5,3% и по углу дифферента - от 4,1 до 33%.

Приведенные выше данные показывают, что наибольшее влияние на запас статической устойчивости при увеличении удлинения траловой доски оказывают углы атаки и дифферента.

10. Произведена оценка влияния на величину запаса статической устойчивости гидродинамических коэффициентов Сх и Су (табл. 33-35, рис. 42 - 46) путем сравнения результатов расчета запаса статической устойчивости на основе значений Сх и СУ) взятых из литературы и полученных экспериментальным путем.

Наиболее существенное влияние Сх и Су оказывают на запас статической устойчивости по углу крена (7,67%) и по углу дифферента

6,04%) при минимальном усилии в лапках и удлинении 0,75. В остальных случаях влияние Сх и Су не превышает погрешность вычислений.

11. На основе полученных результатов предлагается в качестве критического (минимально-допустимого) запаса статической устойчивости использовать минимальные значения запаса статической устойчивости по углам атаки, крена и дифферента, рассчитанные для прямоугольной цилиндрической траловой доски, хорошо зарекомендованной в практической эксплуатации с удлинением 1,65 (1131 Н*м/град - по углу атаки, 297 Н*м/град - по углу крена, 127 Н*м/град - по углу дифферента).

Практическая рекомендация:

- для улучшения эксплуатационных характеристик предлагается увеличивать удлинение прямоугольных цилиндрических траловых досок до 5,00 при эксплуатации их с тралами, имеющими среднее и максимальное значение сопротивления канатно-сетной части (60-300 кН).

Таким образом, можно сделать вывод о том, что все цели и задачи исследования в рамках настоящей работы выполнены в полном объеме.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зеленин, Федор Леонидович, 2011 год

1. Айвазян С.А., Ешоков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: основы моделирования и первичная обработка данных.- М.: Финансы и статистика, 1983. 471 с.

2. Арнольд В.И. Обыкновенные дифференциальные уравнения.-М.: Наука, 1971.-240 с.

3. Басин A.M. Качка судов.- М.: Транспорт, 1969.-272 с.

4. Блакьер О. Анализ нелинейных систем.- М.: Мир, 1969.-400 с.

5. Блескина В.В. К теоретическому расчёту распорных сил траловых досок: сборник трудов Мурманского отделения НТО.- Мурманск, 1959.

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов.-М.: Наука, 1980. 718 с.

7. Габрюк В.И. Компьютерные технологии в промышленном рыболовстве М.: Колос, 1995.- 541 с.

8. Габрюк В.И. Методы увязки параметров рыбных стай, трала и судна: учеб. пособие.- Владивосток: Изд-во. Дальрыбвтуза, 1984.-138 с.

9. Габрюк В.И. Параметры разноглубинных тралов.- М.: ВО "Агропромиздат", 1988.-214 с.

10. Габрюк В.И., Осипов Е.В., Фирсов A.B. Математическое моделирование тралов для промысла лососевых.-Петропавловск-Камчатский: Вестник Камчатского государственного технического университета, 2003.- Вып. 2. С. 30-34.

11. Габрюк В.И., Чернецов В.В., Бойцов А.Н. Основы моделирования рыболовных систем.- Владивосток: Дальрыбвтуз, 2008.-559 с.

12. Демидович Б.П. Лекции по математической теории устойчивости.-М.: Наука, 1967.- 472 с.

13. Карпеко В.П. Основы теории и расчета устройств раскрытия траловых систем: дисс. на соискание учёной степени док. техн. наук.-Керчь: Керченский морской технологический институт, 1995.-363 с.

14. Карпенко В.П., Фридман A.JT. Устройство раскрытия рыболовных тралов.- М.: Пищевая промышленность, 1980.- 248 с.

15. Коротков В.К. Положение турбулентных шлейфов относительно кабелей и их влияние на поведение рыб в зоне облова// Рыбное хозяйство.- 1973.- № 6.- С. 46-50.

16. Кравец A.C. Характеристики авиационных профилей.- М.-Л.:Гос. изд. Оборонной промышленности, 1938.-213 с.

17. Кравченко Е.С. Траловые доски // Украина, 2010.- режим доступа: -http://trawl-door-esk.com.ua^ocKH.html свободный. - Загл. с экрана.

18. Лихачева В.В., Славгородская A.B. Динамика траловой доски// Известия ТИНРО: сборник научных трудов.- Вып. 150.- Владивосток: Изд- ^ во ТИНРО. 2007. - С. 423-426.

19. Лихачева В.В. Физическое обоснование устойчивого движения в океане буксируемых тел специального назначения: авторефер. дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук.- Владивосток, 2007. 23 с.1. J*

20. Магнус К. Колебания: введение в исследования колебательных систем: пер. с нем.- М.: Мир, 1982.-304 с.

21. Малкин И.Г. Теория устойчивости движения.- 2-е изд.- М.: Наука, 1966.-530 с.

22. Матросов И.Р. Об основах устойчивости движения распорных траловых досок при глубоководном тралении // Труды ПИНРО, 1966.-Вып. 19.

23. Матросов И.Р. Теория равновесия распорных траловых досок //Труды Мурманского областного НТО, 1969.- Вып. 3.

24. Моисеев H.H. Асимптотические методы нелинейной механики.- М.: Наука, 1969.- 380 с.

25. Наумов В. А., Мейлус Е. Г. К вопросу математического моделирования обтекания пластины цилиндрического профиля с учетом ребер жесткости // Известия КГТУ.- №9. Калининград, 2006. - С. 53-57.

26. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измеренй.- Л.: Энергоатомиздат, 1991. 304 с.

27. Обзор траловых досок серии "Поли-айс"// Сайт компании Hampiljan.- Исландия, 2010.- режим доступа: http://www.hampidjan.com -свободный. - Загл. с экрана.

28. Понтрягин JI.C. Обыкновенные дифференциальные уравнения.- М.: Наука, 1982.-331 с.

29. Розенштейн М.М. Механика орудий рыболовства.- Калининград, 2000.- 363 с.

30. Розенштейн М.М. Проектирование орудий рыболовства.- М.: Колос, 2009. 399 с.

31. Руш Н., Абетс П., Лалуы М. Прямой метод Ляпунова в теории устойчивости.- М.: Мир, 1980. -300 с.

32. Рыкунов Э. М. Настройка траловых досок на работу с данным углом крена// Рыбное хозяйство.- 1973.- № 8. С. 48-50.

33. Сидоров О.П., Карпенко В.П. К расчёту координат центра давления гидродинамических сил на распорное устройство трала //Труды Калининградрыбвтуза.- Калининград, 1973. -Вып. 53.

34. Траловые доски производства компании "Тхиборон" // Дания.- 2010.-режим доступа: http.V/www. thyboron-trawldoor.dk-свободный. - Загл. с экрана.

35. Федяевский К.К., Войткунский Я.И., Фадеев Ю.И. Гидромеханика.-Л.: Судостроение, 1968. 543 с.

36. Фонарев А.Л. Гидромеханика.- М.: Колос, 1996.-192 с.

37. Фридман А.Л. Теория и проектирование орудий промышленного рыболовства.- М.: Пищ. пром-сть, 1969. 568 с.

38. Шабров В.В. Расчет гидродинамических характеристик крыльев вихревыми методами.- Нижний Новгород: Изд-во. Нижегородского государственного университета, 2007.- 39 с.

39. Яворский В.А. Планирование научного эксперимента и обработка экспериментальных данных.- М.: Изд-во Московского физико-технического института, 2006. 44 с.

40. Kawakami Т. The Theory of Designing and Testing Fishing Nets in Models. Modern Fishing Gear of the World. //London: 1964. -253 p.

41. Mathias Paschen. Prediction of the dynamic behaviour of pelagic trawl doors// Proceedings of the 7-th international workshop "Methods for the development and evaluation of maritime technologies (DEMaT '05)", University of Rostock.- 2005. pp.11-26.