Зависимости статической устойчивости прямоугольных цилиндрических траловых досок от их удлинения



жүктеу 476.83 Kb.
бет1/4
Дата13.05.2019
өлшемі476.83 Kb.
  1   2   3   4


На правах рукописи

ЗЕЛЕНИН ФЕДОР ЛЕОНИДОВИЧ


ЗАВИСИМОСТИ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТРАЛОВЫХ ДОСОК

ОТ ИХ УДЛИНЕНИЯ
Специальность 05.18.17 - Промышленное рыболовство

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Калининград - 2011

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет».




Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, Заслуженный работник высшей школы России

Розенштейн Михаил Михайлович




Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Минько Виктор Михайлович




кандидат технических наук,

Перевозщиков Валентин Гаврилович




Ведущая организация:

ФГУП «Атлантический научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии»

 

 













Защита диссертации состоится 03 июня 2011 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 307.007.01 при Калининградском государственном техническом университете по адресу:

236022, г. Калининград, Советский проспект, 1, ауд. 255.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале Калининградского государственного технического университета.

Автореферат разослан 29 апреля 2011 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор Великанов Н.Л.


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. 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 запасов 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 глубин 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 Ry и снижение ее гидродинамического сопротивления Rx является важной задачей современного промышленного рыболовства. Над этой проблемой работал целый ряд отечественных и зарубежных учёных: В.П. Карпенко, А.Л. Фридман, И.Р. Матросов, В.И. Габрюк, М.М. Розенштейн, Э.М. Рыкунов, Т. Каваками и др.

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

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. Неисследованным остался вопрос выбора удлинения траловой доски.

Вопрос влияния удлинения λ (отношение размаха к хорде) прямоугольной траловой доски на гидродинамические коэффициенты Cy, Cx, а также на качество K (отношение Сy к Cx) 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 Cx, Cy, K для модели разноглубинной прямоугольной цилиндрической траловой доски с удлинением λ=5,00 а также осуществлена экспериментальная проверка этих коэффициентов для моделей со значениями λ=0,75 и λ=1,65;

  • на основе данных экспериментов, выполненных 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 дисциплины «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, рекомендованы 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.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы и формулируется цель исследования.

Первая глава посвящена анализу публикаций по теме исследования и обзору существующих подходов к проблеме обеспечения устойчивости движения траловой доски в условиях волнения моря и бортовой качки, решение которой важно с точки зрения обеспечения условий для эффективного лова рыбы.

Решение проблемы обеспечения устойчивости движения траловой доски зависит от того, насколько качественно построена и обоснована ее математическая модель. Качество этой модели в свою очередь зависит от точности определения гидромеханических сил и моментов, действующих на траловую доску.

Задачу определения гидродинамических сил и моментов можно решать тремя способами:

- первый - заключается в определении выражений для действующих сил и моментов путем решения нелинейных «краевых» гидродинамических задач движения твердого тела в жидкости численными или теоретическими методами. При этом вводятся очень серьезные упрощения и допущения как по форме тела («пластина» и т.п.), так и по характеру движения («прямолинейное», «стационарное и т.п.);

- второй - заключается в экспериментальном определении действующих сил, точек их приложения и соответствующих моментов. Полученные экспериментальные данные позволяют достаточно точно и быстро определять значения гидродинамических коэффициентов и действующих сил и моментов, но только в том случае, если параметры траловой доски и характеристики ее движения лежат в пределах проведенных экспериментальных исследований. Графики и таблицы, построенные на основе экспериментов, достаточно часто приводятся в справочниках, монографиях и статьях, посвященных анализу траловых систем;

- третий - комбинированный и наиболее широко используемый при решении нелинейных гидродинамических задач. Обобщенные выражения для действующих сил и моментов выводятся теоретическими методами на основе решения упрощенных задач, затем в этих выражениях выделяются гидродинамические коэффициенты, значения которых подлежат дальнейшему уточнению экспериментальным путем.

Анализ устойчивости траловой доски, в смысле ее способности после воздействия на нее какого-либо конечного возмущения возвращаться к исходному состоянию равномерного поступательного движения, как и любой сложной динамической системы, принято проводить либо на основе теоретического анализа устойчивости, либо на основе результатов экспериментальных исследований, либо смешанным образом. При этом сначала производится поиск условий устойчивости на основе теоретической модели, а затем производится экспериментальная проверка и уточнение значений параметров, обеспечивающих устойчивое движение (равновесие) траловой доски.

Большинство методов поиска условий устойчивости на основе теоретических моделей сводится к использованию методов Ляпунова. Чаще всего используется его 1-й метод, который состоит в анализе поведения динамической системы после воздействия на нее «малых» возмущений. Этот метод используют для поиска условий устойчивости положения равновесия или стационарного движения тела.

Использование метода анализа устойчивости в «малом» стационарных состояний траловых досок проработано более детально в работах В.П. Карпенко, А.Л. Фридмана, В.И. Габрюка, М.М. Розенштейна.

В большинстве работ условия равновесия траловой доски в водном пространстве определяют как равенство нулю сумм проекций на координатные оси всех действующих на неё сил в связанной системе координат и равенство нулю суммарных моментов всех сил относительно тех же осей координат.

В работах В.П. Карпенко, А.Л. Фридмана и М.М. Розенштейна при нахождении равновесных состояний траловой доски определяются углы атаки, крена и дифферента. Методика расчета равновесных (балансировочных) значений углов атаки, крена и дифферента была разработана В.П. Карпенко.

На сегодняшний день более пригодным к практическому применению является подход к анализу устойчивости равновесных состояний, изложенный в учебнике для вузов (Розенштейн М.М. Механика орудий рыболовства. - Калининград, 2000.-363 с.). В основе этого подхода лежит численное определение частных производных в условиях равновесия траловой доски. Приближенные значения этих частных производных представляют собой значения запаса статической устойчивости. Данный подход к определению параметров устойчивости траловых досок представляется очень перспективным с точки зрения практического применения к проектированию траловых досок. Такой подход позволяет сравнивать доски с различными характеристиками по величине запаса статической устойчивости – чем он больше, тем более устойчиво к внешним возмущениям ведет себя траловая доска, а соответственно и вся траловая система.



Во второй главе приводится обзор существующих разноглубинных траловых досок, приводятся их характеристики, обосновывается выбор объекта исследования.

Несмотря на существование большого количества видов и конструкций распорных устройств, в современном океаническом рыболовстве широкое применение находят всего несколько их вариантов, о чем свидетельствуют промысловые отчеты о работе российских судов. Среди распорных устройств для разноглубинного траления как в отечественном, так и в зарубежном современном океаническом рыболовстве, преобладающее применение находят распорные прямоугольные доски цилиндрического профиля.

Обзор приведенных конструкций траловых досок в первом параграфе главы показал, что все модели имеют прямоугольную форму в плане. Все доски имеют цилиндрический вертикальный профиль, а некоторые - имеют дополнительный, небольшой излом в боковом профиле, так называемую v-образность.

Таким образом, прямоугольная траловая доска с цилиндрическим вертикальным профилем является, по сути, прототипом для большинства современных конструкций разноглубинных траловых досок. Следовательно, можно предположить, что результаты исследования поведения прямоугольных цилиндрических траловых досок можно обобщить для большинства используемых в рыболовстве разноглубинных траловых досок.

Во втором параграфе этой главы проводится анализ значений гидродинамических коэффициентов траловых досок и прямоугольных крыльев и их зависимость от удлинения на основе данных, опубликованных в работах В.П. Карпенко, А.Л. Фридмана, В.В. Шабарова, А.С. Кравца, В.А. Наумова, Е.Г. Мейлус.

Необходимость в исследовании этих зависимостей для прямоугольных крыльев связана с наличием данных о значениях Cx и Cy для больших удлинений. Это позволило в дальнейшем использовать полученные значения для ориентировочных расчетов траловых досок, по которым таких значений нет. Так, например, для траловой доски удлинением 5,00 для предварительной оценки качества и статической устойчивости использовались значения прямоугольного крыла соответствующего удлинения.

В табл. 1 приведены значения Cx, Сy и К для траловых досок и прямоугольных крыльев, взятые из литературы. Результаты аппроксимации зависимостей приведены в табл. 2 и для наглядности представлены на рис. 1-3.
Таблица 1 - Значения гидродинамических коэффициентов


λ

0,75

1,00

1,65

3,00

5,00

6,00

7,00

Cx для крыльев

-

0,48

-

0,33

0,31

0,30

0,30

Cx для досок

0,45

-

0,40

-

-

-

-

Сy для крыльев

-

0,90

-

1,05

1,20

1,30

1,35

Сy для досок

1,25

-

1,40

-

-

-

-

К для досок

2,77

-

3,50

-

-

-

-

К для крыльев

-

1,85

-

3,15

3,96

4,25

4,50

Из анализа данных табл. 1, а также аппроксимирующих зависимостей (табл. 2, рис. 1-3) необходимо отметить, что значение гидродинамического коэффициента Cx 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.




Рис. 1 - Аппроксимация гидродинамических коэффициентов Cx и

Cy для прямоугольного крыла

Рис. 2 - Аппроксимация гидродинамических коэффициентов Cx и Cy для прямоугольной траловой доски



Рис. 3 - Аппроксимация гидродинамического качества К для прямоугольного крыла и прямоугольной траловой доски


Значения гидродинамического коэффициента Cу для крыльев растет с увеличением удлинения в диапазоне от 1,00 до 5,00 на 28%, а для траловых досок этот коэффициент изменяется незначительно. Значение качества К при изменении удлинения от 1,00 до 5,00 возрастает для крыла на 53%, а для доски - на 21%.

Отметим, что ошибка аппроксимации в табл. 2 не превышает 10%.



Таблица 2 - Погрешности аппроксимации зависимостей гидродинамических коэффициентов


Зависимость

Уравнение зависимости

Абсолютная ошибка (относительная ошибка)

Cx = ƒ(λ)

Для крыла



0,47 ּλ -0,24

0,012

(3,6%)


Cx = ƒ(λ)

Для досок



0,43ּ λ – 0,19

0,006

(1,7%)


Cy = ƒ(λ)

Для крыла



0,85 ּe (0,07 λ)

0,012

(1,0%)


Cy = ƒ(λ)

Для досок



1,32 ּe (-0,01 λ)

0,076

(5,9%)


К = ƒ(λ)

Для крыла



0,43ּ+1,61

0,145

(4,9%)


К = ƒ(λ)

Для досок



0,21ּ+2,84

0,321

(9,1%)



В третьей главе описаны цели исследования и поставлены задачи, которые необходимо решить для достижения этих целей.

Как уже было сформулировано во введении диссертационной работы, целью исследований является обоснование целесообразности и возможности увеличения удлинения разноглубинных траловых досок. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Обосновать выбор типа траловой доски для выполнения исследования.

2. Осуществить экспериментальную оценку изменений гидродинамических коэффициентов Cx и Cy в зависимости от удлинения разноглубинных траловых досок.

В работах В.П. Карпенко приведен анализ изменения гидродинамических коэффициентов различных траловых досок от углов атаки и крена при удлинениях от 0,75 до 1,67. Анализ гидродинамических характеристик при больших удлинениях не проводился. В то же время на практике широко используются траловые доски с удлинением 2,00 и более. Во многих работах опубликованы данные по значениям гидродинамических коэффициентов для прямоугольных крыльев удлинением 5,00, что обуславливает выбор этого удлинения для дальнейших исследований. Такое положение вещей ставит следующую задачу: получить экспериментальные значения гидродинамических характеристик траловой доски удлинением 5,00, а также произвести экспериментальную проверку значений для досок удлинением 1,65 и 0,75.

3. Определить величину запаса статической устойчивости для траловых досок различных удлинений. Известно, что увеличение удлинения траловой доски, равно как и крыла малого удлинения, приводит к снижению запаса статической устойчивости. Но задача качественного определения оценки влияния удлинения на запас статической устойчивости траловых досок в предыдущих исследованиях не ставилась. При решении данной задачи будет использоваться методика В.П. Карпенко для расчета значений балансировочных углов и метод определения запаса статической устойчивости, приведенный в работах М.М. Розенштейна. Расчет запасов статической устойчивости будет произведен для натурных траловых досок на основе гидродинамических коэффициентов, приведенных в литературе, и для моделей досок на основе экспериментально полученных коэффициентов.

Статическая устойчивость траловой доски зависит от таких параметров, как усилия в лапках (сопротивление канатно-сетной части трала), угла атаки траловой доски, угла атаки кабеля, координат крепления лапок траловой доски. Поэтому для анализа влияния удлинения на запас статической устойчивости необходимо произвести расчеты для различных по величине сопротивления тралов. В этой связи необходимо определить диапазоны значений сопротивлений канатно-сетных частей тралов, наиболее часто применяемых на промысле. Сопротивления канатно-сетных частей тралов были рассчитаны в среде MATHCad по методике М.М Розенштейна и А.А. Недоступа.



Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3   4


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет