CC BY
36
Известия ТИНРО
2010 Том 160
ПРОМРЫБОЛОВСТВО
УДК 639.2.081.117
А.А. Недоступ*
Калининградский государственный технический университет, 236000, г. Калининград, Советский проспект, 1
МЕТОД РАСЧЕТА СИЛОВЫХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КРЫЛА СТАВНОГО НЕВОДА С ЖЕСТКИМ КАРКАСОМ
Приводится метод расчета силовых и геометрических характеристик крыла ставного невода с жестким каркасом и его элементов: мертвых якорей, свай и чипчиков. Метод основан на использовании конечных зависимостей, связывающих геометрические и силовые характеристики крыла ставного невода и позволяет: определить давление на сваю; установить глубину забивки свай; подобрать материал свай (гундер); рассчитать натяжение в наклонных оттяжках и подобрать их диаметр и материал; определить необходимое количество свай и оттяжек на крыло; установить глубину забивки чипчиков; определить характеристики се-тематериалов крыла и других элементов невода; определить держащую силу якорей, необходимую для безаварийной работы ставных неводов с жестким каркасом, и в результате подобрать якоря или чипчики.
Ключевые слова: крыло ставного невода с жестким каркасом, метод расчета, конечные эмпирические зависимости.
Nedostup A.A. Method of computing force and geometrical characteristics for a wing of set-net with rigid frame // Izv. TINRO. — 2010. — Vol. 160. — P. 265-281.
The method allows to calculate force and geometrical characteristics for a wing of set-net with rigid frame and for its elements (dead anchors, piles) in the range 10 < Re; 0,004 < F < 0,165; 0,10 < h1/S1 < 0,98; 0,05 < 1,/S, < 0,85; 0,10 < h2/S2 < 0,98; 0,05 < i2/S2 < 0,85; 0,2 < x, < 3,5; 0,2 < x2 < 3,5. It is based on finite dependences between these characteristics. The following parameters are defined: pressure upon piles; depth of piles; tension in ropes; required number of piles and guys; parameters of seine elements; holding force of anchors necessary for trouble-free operation. Reasoning from these characteristics, the anchors could be selected and optimal materials and diameter for piles and guys could be determined.
Key words: set-net with rigid frame, computing method, finite dependence.
Введение
Ставные невода с жестким каркасом — это ловушки, открытые сверху, закрепленные с помощью деревянных свай (гундер), системой наклонных оттяжек, чипчиков и якорей (рис. 1). Они являются высокопроизводительными орудиями рыболовства прибрежных районов Баренцева, Балтийского, Черного, Азов-
* Недоступ Александр Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой, e-mail: [email protected].
ского, Каспийского морей (Громов, 1954; Пономарев, 1954; Шапунов, 1954; Яр-вик, Муравьев, 1978). Также ставные невода с жестким каркасом применяются в Обь-Иртышском бассейне на Обской и Тазовской губах (Литвиненко, 2003а, б, 2004; Халилов, 2007). Небольшие озерные ставные невода применяют при лове карася в весенне-летний период на таежных карасевых озерах. На оз. Байкал, на
В качестве жесткого каркаса ставного невода применяют обычно систему свай (гундер), забиваемых в дно водоема вдоль крыла и по контуру ловушки (Баранов, 1948, 1969; Войниканис-Мирский, 1969а, б; Дверник, Шеховцев, 2007). В местах, где дно представляет собой скалистые породы, гундеры в грунт не вбиваются, а, имея груз на нижнем конце, удерживаются в вертикальном положении якорными оттяжками.
Расчет ставных неводов сводится к основной задаче — расчет на штормоус-тойчивость, т.е. расчет прочных креплений невода. Штормоустойчивость, т.е. способность неводов противостоять действию внешних сил, обеспечивается по-разному. Впервые в России внимание проблемам штормоустойчивости ставных неводов уделил В.С. Калиновский (1955). Штормоустойчивость неводов с жестким каркасом является частным случаем штормоустойчивости ставных неводов и обеспечивается двумя способами: создается мощная система креплений, выдерживающая шторм; создаются автоматические устройства, которые складывают или сбрасывают невод с каркаса и тем самым оберегают его от действия шторма.
На ставной невод действуют внешние силы: штормовое течение и волнение, усиливающиеся по мере забивания сетного полотна травой, водорослями и другими наносами. В связи со сложностью расчета, учитывающего вышеуказанные силы, расчет невода на штормоустойчивость выполняют по формулам сопротивления сетного полотна движению воды. Скорость критического (штормового) течения принимают 1,5-2,0 м/с и считают ее одинаковой от дна до поверхности. Направление течения принимают перпендикулярно крылу как наиболее опасное. На сваю крыла действует сила сопротивления участка крыла, приходящегося на сваю, и давление воды на сваю. На практике давлением воды на сваю пренебрегают вследствие его незначительной величины и учитывают лишь сопротивление участка крыла (Войниканис-Мирский, 1969а, б).
Ставные невода с жестким каркасом обычно устанавливают в прибрежной зоне на глубинах до 6 м. Во время шторма невода испытывают воздействие ветрового и волнового течений. Скорости течений рассчитаны по выражениям, принятым в навигационной гидрометеорологии (Данилов, Фридман, 1981; Недоступ, 2009).
На неглубоких местах (до 6 м) крыло ставного невода может быть установлено с помощью кольев (или свай), вбитых в дно (Баранов, 1948, 1969; Покров-
Селенгинском мелководье, ставные невода являются основными орудиями рыболовства, вытеснившими на второе место по производительности труда закидные невода.
Рис. 1. Ставной невод с жестким каркасом
Fig. 1. Set-net with rigid frame
ский, 1954; Трещев, 1954; Войниканис-Мирский, 1969а, б; Лукашов, 1972; Фридман, 1981; Розенштейн, 2000, 2003; Телятник, Осипов, 2005; Телятник, 2006, 2007; Дверник, Шеховцев, 2007; Халилов, 2007). Сваи диаметром 6-8 см забивают в грунт на 1 м и более. Если по местным условиям (глубина места лова, ненадежный грунт, возможность большой волны и течения) установка на сваях оказывается недостаточно прочной, то их подкрепляют оттяжками (Баранов, 1948, 1969).
Каркас крыла ставного невода с жестким каркасом (далее НСЖК) может включать (рис. 2): наклонные оттяжки, систему свай и канат или проволоку (Баранов, 1948, 1969; Сергеев, 1971, 1979; Литвиненко, 2003а, б, 2004; Дверник, Шеховцев, 2007).
Рис. 2. Каркас крыла ставного невода с жестким каркасом. Пояснения в тексте
Fig. 2. Wing of the set-net with rigid frame. Explanations are given in the text
Цель настоящей работы определяется острой практической потребностью проектировщиков и эксплуатационников в методике расчета силовых и геометрических характеристик крыла ставных неводов с жестким каркасом, обеспечивающей более высокую по сравнению с существующими методами точность результатов и учитывающей конструктивные особенности крыла невода и его элементов.
Материалы и методы
Исследованию штормоустойчивости ставных неводов с жестким каркасом посвящено много работ (Баранов, 1948, 1969; Войниканис-Мирский, 1951, 1969а, б; Ионас, 1959; Войниканис-Мирский, Вишневский, 1971; Розенштейн, 2000; Телятник, Осипов, 2005).
Верхняя подбора ставного невода с жестким каркасом при отсутствии и наличии шторма находится у поверхности воды (рис. 2). На рис. 2 приведены следующие обозначения: S — высота крыла невода между оттяжками; l — длина наклонной оттяжки; Y — глубина места установки; F — натяжение в наклонной оттяжке; Sj — высота 1-го участка полоски крыла НСЖК (разноглубинная сеть); S2 — высота 2-го участка полоски крыла НСЖК (донная сеть),
причем 5 = 51 + 52; цх, д2 — вес в воде соответственно 1-го и 2-го участков полоски крыла НСЖК (^ = ц1п5{; Я2 = Я - Я или д2 = = - 51));
Яу1 — подъемная сила 1-го участка полоски крыла НСЖК; Я^2 — заглубляющая сила 2-го участка полоски крыла НСЖК; Я Ях2 — сопротивление соответственно 1-го и 2-го участков полоски крыла НСЖК; Т0 — усилие в сетной полоске крыла НСЖК на границе участков; в — угол наклона наклонной оттяжки к горизонтальной плоскости; I — горизонтальная проекция 1-го и 2-го участков полоски крыла НСЖК; Т — натяжение в сетном полотне; ЯхЕ — сопротивление каната или проволоки крыла НСЖК (в расчетах пренебрегаем); I — угол между сваей крыла и касательной в верхней точке сетного полотна крыла; Н1 Н2 — вертикальные проекции соответственно 1-го и 2-го участков полоски крыла НСЖК; Ь0 — горизонтальная проекция наклонной оттяжки; и — скорость течения; В — точка, в которой стягивающие усилия Т0 по оси OY равны и уравновешивают сетное крыло невода.
При длине крыла Ь и его сопротивлении Якр при расстоянии между сваями 1п давление на сваю крыла определяется по формуле В.Н. Войниканиса-Мирско-го (1969а, б), причем при условии, что крыло расположено перпендикулярно вектору скорости течения:
Кв.кр = КР /Г . (1)
Для сваи крыла расчетным является случай, когда течение наваливает крыло на сваю. Тогда свая рассматривается как статически неопределенная балка, один конец которой заделан (нижний), а второй опирается на подвижную опору (оттяжка) (Войниканис-Мирский, 1951). Для простоты расчета В.Н. Войника-нис-Мирский (1951) предложил, пренебрегая составляющей натяжения в оттяжке, действующей вдоль оси сваи, и полагая, что нагрузка по длине балки (сваи) распределена равномерно, использовать для расчета наибольшего изгибающего момента в рабочих условиях формулу
/2
М = ^сввЬв^ (2)
изг 8
где цсе — интенсивность нагрузки по длине сваи; ¡се — длина сваи.
В свае в точке С действует сила 5/8Я , а в точке А действует сила 3/8Я (Беляев, 1965). °в'КР
' св.кр '
Диаметр сваи определяется по формуле
d = з
св
Мизг
0Д<7и
(3)
где а — допускаемое напряжение при изгибе (для дерева принимается а =
= 8 • Т06 Н/м2).
В аварийном случае, если лопнет оттяжка, свая работает как консоль с равномерно распределенной нагрузкой, и тогда изгибающий момент в заделке
М„
12
^/свУв 2
(4)
Диаметр оттяжки сваи подбирается по величине разрывной нагрузки И (Розенштейн, 2003). Действующая в оттяжке нагрузка (натяжение в оттяжке) рассчитывается в соответствии со схемой, предложенной В.Н. Войниканисом-Мирским (1969а, б), из которой следует:
F =
R
се.кр , n
У+R
cos в
(5)
где R — реакция в закрепленном конце сваи от давления воды на сваю, равная 3/8^св гп (Беляев, 1965); в — угол между оттяжкой и горизонтом. Ее можно
св . кр
рассчитать приближенно, пренебрегая R :
F
R
св.кр
2 cos в
(6)
Отметим, что формула (5) записана некорректно, так как при действии на сваю давления (статически неопределенная балка) Rcв кр возникает реакция в закрепленном конце сваи от давления воды на сваю Rp = 3/ 8Rсв , и эта величина силы передается на наклонную оттяжку, причем тыльная оттяжка в данном случае имеет провис.
Тогда формулу (5) запишем в виде
F =
R,
3 К
Отметим, что
cos ¡5 8 cos р
Rce.Kp = Rxl + Rx2 .
(7)
(8)
Требуемую глубину АН забивки сваи в грунт определяют по приближенной формуле (Войниканис-Мирский, 1951)
Ah = 1,12 ctg
450 +
Ш
R.
гдеШ — угол естественного откоса грунта; у
^ (9)
Yp dce
— объемный вес грунта (табл. 1).
Таблица 1
Характеристики грунта (Войниканис-Мирский, 1951)
Table 1
Bottom ground parameters (from Войниканис-Мирский, 1951)
Грунт Ш, град Yp Н/м3
Ил 15 18000
Мелкий песок с илом 20 19000
Слабый глинистый грунт 20 18000
Песок мелкий чистый 22 20000
Средний и крупный песок 25 20000
Глинистый грунт и суглинок 25 19000
Галька 27 20000
При проектировании ставных неводов с жестким каркасом (Розенштейн, 2000; Телятник, Осипов, 2005) предусматривают запас на выдувание сети. Принимается, что крыло ставного невода между сваями находится под действием гидродинамических сил, равномерно распределенных по ее высоте, и поэтому форма крыла соответствует цепной линии.
В связи с этим расчет крыла ставного невода ведется по общепринятой формуле (Баранов, 1948, 1969; Фридман, 1981; Розенштейн, 2000):
R ft
tg6 = ft S 2 T
где в — коэффициент, учитывающий в формуле сопротивления полоски ее неплоскую форму (Попов, 1955; Розенштейн, 2000).
Из таблицы элементов цепной линии (Розенштейн, 2000) следует, что tgl = К У / 5), где I — угол между сваей крыла и касательной в верхней точке сетного полотна крыла.
Коэффициент в определяется по формуле
На основании графика зависимости Т0/Ясвкр = К У/ 5) принимают, что высоту стенки ставного невода целесообразно выбирать из условия У/5 = 0,6 - 0,8. Формула (11) справедлива при условии 0,6 < У/Б < 1,0.
Необходимо отметить, что формулы (10) и (11) не учитывают веса в воде крыла ставного невода, и тем самым погрешность в расчетах силовых и геометрических характеристик крыла невода увеличивается с увеличением вышеуказанного веса. Точность расчета характеристик крыла и его элементов (оттяжек, чипчиков и их глубины забивки) можно повысить за счет учета всех действующих сил (сопротивления крыла невода, веса в воде крыла невода; силы натяжения в оттяжках; держащей силы чипчиков). И главное, отметим, что крыло ставного невода между сваями находится под действием гидродинамических сил и сил веса в воде, при этом крыло невода не соответствует цепной линии.
Рассмотрим расчетную схему крыла ставного невода с жестким каркасом (рис. 2). Представим, что крыло ставного невода принимает нессиметричную форму (Розенштейн, 2005; Недоступ, 2009), так как вес в воде цс 1 габаритного метра сети не равен нулю (цс Ф 0), тогда можно предположить, что крыло ставного невода состоит из разноглубинной сети (верхняя часть крыла) и донной сети (нижняя часть крыла) (рис. 3, 4). Скорость течения принята одинаковой по всей глубине. Выдуванием по длине крыла (между оттяжками) и сопротивлением оснастки ЯхЕ = 0 пренебрегаем. Наклонные оттяжки закреплены с помощью мертвых якорей (мешками с песком) или чипчиками.
в = 1,6 - 2,96
( у л / у л2
(11)
Q
Рис. 3. Участок 1 крыла НСЖК (разноглубиная сеть) Fig. 3. Site 1 of the wing (midwater set-net)
Рис. 4. Участок 2 крыла НСЖК (донная сеть) Fig. 4. Site 2 of the wing (bottom set-net)
Вес в воде пролета крыла невода, а также 1-го и 2-го участков полоски крыла НС определим по формулам
q = q + q
q = qJnSi q2 = qAS 2
(12)
Горизонт расположения верхней подборы крыла НСЖК (глубина места лова) связан с вертикальной проекцией крыла:
H = h + h2.
(13)
Как правило, при установке ставных неводов с жестким каркасом горизонт расположения верхней подборы крыла равен глубине места лова (Н = 7).
Отметим, что при = 0 вертикальные проекции 1-го и 2-го участков полоски крыла НСЖК равны, или Н1 = Н2, а также, что
(14)
Скорость течения в месте установки крыла НСЖК принята одинаковой по всей глубине. Выдуванием по длине крыла (между оттяжками) и влиянием волнения пренебрегаем. Вертикальные оттяжки крыла НСЖК закреплены с помощью мертвых якорей. Сопротивлением и весом в воде оттяжек пренебрегаем.
Так как сваи между собой соединяются канатом или проволокой (для жесткости конструкции), то плавом верхнюю подбору крыла невода и остальных его частей не оснащают.
Запишем условия для двух участков крыла НСЖК (Недоступ, 2008, 2009):
X
>1
Х2 =■
41 + Т - Я -42 + То - Я
У 2
Я
(15)
В соответствии с выражением безразмерных комбинаций (Недоступ, 2008, 2009), представим (15) в безразмерном виде:
Х1 +¥1 Х2 = -^2 + ¥2
(16)
где с, = ч/ЯА, £ = Яу/К^ ¥ = Т/Яр ^2 = ч/ЯхТ ^ = Я^/Я^ % = т/ЯхТ Воспользуемся эмпирическими зависимостями для расчета характеристик разноглубинной и донной ставных сетей (Недоступ, 2008, 2009). Приведем эмпирические зависимости геометрических характеристик для участков крыла НСЖК:
к =(1 - е-х) Н2 =(1 - е-х ) - Я,) I = е-Х1 = е-х2 (Я - Я,)
(17)
где е-х — экспонента в степени %1 и х2.
Эмпирические зависимости системы (17) справедливы в диапазоне характеристик: 10 < Ре — число Рейнольдса; 0,004 < И < 0,165 — сплошность сети крыла НСЖК; 0,10 < Н1/Б1 < 0,98; 0,05 < 11/Б1 °< 0,85; 0,10 < Н2/Б2 < 0,98; 0,05 < 12/Б2 < 0,85; 0,2 < х1 < 3,5; 0,2 < х2 < 3,5.
Запишем формулы для определения сил сопротивления Ях1, Ях2 и распорных сил Яу1, Яу2 участков крыла НСЖК:
Ях1 = Сх1 Рц- 1пРа
ях2 = С2 ри2 (я - Я ))Л
Я
ри2
у1- ^у 1
ад
Яу2 = Су2 ^ (Я - Я ХЛ
(18)
где р — плотность воды; и — скорость течения; сх1, сх2, су1 и с„ ческие коэффициенты соответствующих сил.
— гидродинами-
-х1
= С0 + (
90
Сх 2 = С0 + (90 - С0 Мп«2
-у1
-у 2
= (ба1 - 3,85а')
= ( - 3,85а2)
272
где с0 — коэффициент сопротивления сети, расположенной параллельно потоку воды (Недоступ, 2008); с90 — коэффициент сопротивления сети, расположенной перпендикулярно потоку воды (Недоступ, 2008); а1 — угол атаки 1-го участка полоски крыла НСЖК; а2 — угол атаки 2-го участка полоски крыла НСЖК.
Углы атаки представим как функции безразмерных сил х1 и Х2 (Недоступ, 2008, 2009):
а1 = arctg(eXl -1) 1 а2 = arctg(eX2 - 1) Запишем координаты точки B (рис. 2-4):
хв = Lo +l1
(20)
(21)
Ув = h2 J
Обозначим характеристику формы крыла НСЖК как (Недоступ, 2009)
8
H
(22)
Запишем для двух участков крыла НСЖК выражения для определения гидродинамического качества (Недоступ, 2009):
k1 = cy1 / cx1 k2 = C y 2 / Cx 2
(23)
где k1 — гидродинамическое качество верхнего участка крыла НСЖК (разноглубинная сеть); k2 — гидродинамическое качество нижнего участка крыла НСЖК (донная сеть).
Определим параметр к — среднее взвешенное значение гидродинамического качества крыла НС (Недоступ, 2009):
KFh 1 + k2F
Н 2
F
(24)
Н
где ИН1 = 311пРо — площадь ниток верхнего участка крыла НСЖК (разноглубинная сеть); РН2 = (5 - 31)1пРо — площадь ниток нижнего участка крыла НСЖК (донная сеть); ¥Н = ¥т + ¥т.
С учетом выражений (17)-(24) решается система уравнений (16).
Необходимый вес в воде мертвых якорей наклонных оттяжек определим из условия
3 Л
G —R iKO tan ¡3
)< g Св.кр Г
(25)
/
где Fd — сила трения мертвого якоря о грунт; GH — вес в воде мертвого якоря наклонной оттяжки; /л — коэффициент трения мертвого якоря о дно водоема.
Выразим из формулы (25) достаточную массу мертвого якоря Mh наклонной оттяжки (при R ^ max):
г св.кр
где g — ускорение силы тяжести, g = 9,82 м/с2; у — объемный вес материала, из которого изготовлен мертвый якорь; у& — объемный вес воды.
Если наклонные оттяжки свай закреплены с помощью чипчиков, то требуемую глубину АН их забивки определим по формуле (9) с учетом формулы (8):
(27)
где d
диаметр чипчика.
На основании формулы (27) можно сделать вывод, что глубина забивки чипчиков наклонных оттяжек крыла ставного невода с жестким каркасом должна быть меньше глубины забивки сваи в два раза.
Для примера приведем расчетные характеристики крыла ставного невода с жестким каркасом, имеющего следующие параметры: й = 1,6 мм — диаметр нитки; а = 55 мм — шаг ячеи; их = 0,71 — посадочный коэффициент по верхней подборе; Ио = 0,058 — относительная площадь крыла НСЖК; ¡се = 9,4 м — длина сваи (от дна — 7 м); и = 0,1 ■ 2,0 м/с; I = 20 м; 5 = 8 м; q = 0,2 Н/м2 — вес
/> , от ' '"с ' '
в воде 1 квадратного (габаритного) метра сети. При расчете характеристик НСЖК приняты условия: У = 6 м; р = 1034 кг/м3 — плотность воды; V = 10-6 м2/с — коэффициент кинематической вязкости воды. Весом в воде оттяжек пренебрегаем. В рассматриваемом примере расстояние между сваями 1п = 10 м. На рис. 5 изображена форма крыла ставного невода с жестким каркасом при скоростях течения 0,12 м/с, 1,0 и 2,0 м/с.
у т
а
/ У N \ крыло /
отт. чжка \
свая \ 1
Ah I
; -------Ф
У 7
б
У \ крыло
отт. яжка
свая \
Ah I
У т
С
JZpbLIQ
отт. яжка
свая \
д h
Рис. 5. Форма крыла НСЖК при скорости потока воды (при H/S = 0,75 и H/ lom = 0,3): а — U = 0,045 м/с; б — U = 0,060 м/с; с — U = 2,0 м/с
Fig. 5. Shape of the wing under water stream of different velocity (H/S = 0.75; H/l = 0.3): а — 4.5 cm/s; б — 6.0 cm/s; с — 200.0 cm/s
На основании формул (7)-(27) составим алгоритм расчета силовых и геометрических характеристик крыла ставного невода с жестким каркасом (рис. 6). На рис. 6 приведены следующие обозначения: й — диаметр нитки сетной части крыла; а — шаг ячеи сетной части крыла; их — посадочный коэффициент верхней и нижней подбор крыла; иу — посадочный коэффициент боковых подбор крыла; V — коэффициент кинематической вязкости воды; Ре — число Рейнольд-са; ИН — площадь ниток крыла НСЖК; Ях11, ^х22 — сопротивление соответственно 1-го и 2-го участков полоски крыла НСЖК в первом приближении; Я1,
Я2 — безразмерные проекции соответственно 1-го и 2-го участков полоски крыла НСЖК на ось OY; ю со2 — безразмерные проекции соответственно 1-го и 2-го участков полоски крыла НСЖК на ось ОХ (Недоступ, 2008).
^ Начало ^
Ввод: й,а,их,иу,1,ца1„,$, р, V, Щ0,
2. Р, Ен
3. Яе
Ро = d /(аихиу )
_ Рн = Б1п р £ Яе = ёи^
4. $
5. $
б. , Рн2
7. <?„ д2 I
$2 — Я — Я Рн1 = % Р
Ь Рн2 = ^П Ро
41 = ЧсЯ11п ' 42 = ЧСЯ21п
8. Т0 > Ях11 ' Ях22
9. ^1,^2 ,¥1,¥2 I
С] = 41 / ЯХ11 , С2 = 42 / Я ¥1 = Г0/ Яхц , ¥2 = ТО/ Я
'х22 ■х 22
10. X Х2 I
11. ,щ,ю2 I
Х1 =¥1 +^1 ' Х2 =¥2-^2
= 1 - е-х1, Я2 = 1 - е-Х2,
12. а1, а2 I
а1 = ат^ (\ / щ ), а2 = ат^ (Л^2 / ю2)
"Сх1 = С0 + (с90 - С0 )sin (а1 X
_Сх2 = С0 + (с90 - С0 )sin (а2 )
\ = С Р Я = С ри2 Р
Ях1 Сх1 2 ' Ях2 Сх2 2 Рн2
т
1
с>1 =(ба - 3,85а2 ), — су2 =(ба2 - 3,85а22) ^
со, = е Х1, = е Х2
2
Рис. 6. Алгоритм расчета силовых и геометрических характеристик НСЖК Fig. 6. Algorithm of computing force and geometrical characteristics for a set-net
В табл. 2 приведены силовые характеристики крыла НСЖК для H / S = = (0,60 ■ 0,99), при условии, что d = 1,6 мм; а = 55 мм; u = 0,71; F = 0,058; U = 0,045 ■ 2,0 м/с; 1от = 20 м; qc = 0,2 Н/м2; р = 1034 кг/м3; v = 10-6 м2/с; ум = 25000 Н/м3 — объемный вес мешка с песком (якоря); угр = 20000 Н/м3 — объемный вес грунта; f = 0,3 — коэффициент трения мешка с песком (якоря); dce = 50 мм — диаметр деревянной сваи (гундеры); 1св = 7 м — длина сваи. Весом в воде оттяжек пренебрегаем. В рассматриваемых примерах расстояние между сваями I = 10 м.
n
Таблица 2
Силовые характеристики крыла НСЖК (см. данные примера), Y = 6 м
Table 2
Force characteristics of a certain wing (see example), Y = 6 m
S, H/S U, R*n R*2, R1 + Rx2• F = 3R / 8cosß, Св.Кр ' мн, АН, АНу,
м м/с кН кН кН кг м м
0,10 0,022 0,020 0,042 0,0086 - - -
0,16 0,048 0,045 0,093 0,0190 - - -
0,18 0,058 0,056 0,110 0,0230 - - -
0,20 0,070 0,067 0,137 0,0270 - - -
0,30 0,140 0,137 0,276 0,0550 - - -
6,07 0,99 0,45 0,280 0,270 0,554 0,1090 - - -
0,60 0,450 0,450 0,910 0,1730 - - -
0,80 0,750 0,740 1,490 0,2940 349 0,90 0,56
1,0 1,100 1,090 2,190 0,4300 513 1,11 0,68
1,50 2,200 2,200 4,790 0,8600 1031 1,60 0,96
1,70 2,700 2,700 5,450 1,0700 1279 1,70 1,07
2,0 3,600 3,600 7,200 1,4200 1691 2,0 1,20
0,10 0,028 0,022 0,050 0,0110 - - -
0,16 0,059 0,053 0,110 0,0230 - - -
0,18 0,072 0,066 0,137 0,0280 - - -
0,20 0,085 0,079 0,165 0,0330 - - -
0,30 0,169 0,163 0,330 0,0660 - - -
7,45 0,80 0,45 0,336 0,330 0,665 0,1320 - - -
0,60 0,549 0,540 1,100 0,2160 - - -
0,80 0,899 0,890 1,800 0,3530 421 1,0 0,60
1,0 1,320 1,310 2,630 0,5190 618 1,20 0,70
1,50 2,650 2,640 5,300 1,0400 1243 1,70 1,0
1,70 3,300 3,300 6,570 1,3000 1542 1,90 1,20
2,0 4,350 4,350 8,690 1,7100 2040 2,20 1,35
0,10 0,035 0,022 0,057 0,0130 - - -
0,16 0,071 0,059 0,130 0,0280 - - -
0,18 0,086 0,074 0,160 0,0330 - - -
0,20 0,100 0,090 0,192 0,0400 - - -
0,30 0,200 0,188 0,390 0,0790 - - -
9,96 0,60 0,45 0,400 0,380 0,783 0,1560 - - -
0,60 0,650 0,640 1,290 0,2560 - - -
0,80 1,070 1,060 2,120 0,4200 498 1,10 0,70
1,0 1,580 1,560 3,140 0,6200 734 1,33 0,80
1,50 3,200 3,160 6,340 1,2500 1488 1,90 1,10
1,70 3,900 3,900 7,800 1,5500 1850 2,10 1,30
2,0 5,200 5,200 10,400 2,0600 2456 2,40 1,50
Из данных табл. 2 видно, что при одинаковой скорости течения целесообразно увеличивать отношение H/S (уменьшать высоту крыла S, или S ^ H), в этом случае возникающие за счет течения нагрузки на оттяжку и чипчики минимальны.
На рис. 7 изображена трехмерная зависимость k = f (Re,Fo,ö) для крыла НСЖК, имеющего следующие конструктивные характеристики: d = 1,6 мм; а = 55 мм; u = 0,71; F = 0,058; U = 0,2 + 2,3 м/с; I = 20 м; Y = 6 м; H/S = 0,8;
' x ' ' o ' ' ' ' ' ' от ' ' ' ' '
Ре = 123 + 2462; 5 = 7,45 м; д = 0,2 Н/м2; р = 1034 кг/м3; V = 10-6 м2/с и I = 10 м.
я
На рис. 7 видно, что среднее взвешенное значение гидродинамического качества крыла НС k увеличивается и достигает максимума при максимальном значении числа Ре.
Рис. 7. Трехмерная зависимость k = f (Re, Fo = 0,058,5) Fig. 7. Three-dimensional dependence k = f (Re, Fo = 0,058,5)
Приведем графики зависимостей Ясв кр = {(и), И = {(и), Мн = {(и), АН = {(и), АН = {(и), Н = {(и) и I = {(и) для вышеуказанного примера (рис. 8-11).
R F 110
се.кр.
н
9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 и
) X
F=i(U)
0.2 0.4 06 08
и -
м'с
Рис. 8. График зависимости R = f(U) и
/ ^ св.кр
F = f(U)
Fig. 8. Diagram of the dependences R = f(U) and F = f(U) Св ЖР
Мн 2500
КГ 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750 500 250 О
M=f(U) ^
0.2 0.4 0.6 0.8
Рис. 9. График зависимости M = f(U)
н
Fig. 9. Diagram of the dependence M = f( U)
1.8 U 2
м'с
АЛ, ДА,
Рис. 10. График зависимости Ah = f(U) и Ah = f(U)
У
Fig. 10. Diagram of the dependences Ah = f( U) and Ah = f(U)
Рис. 11. График зависимости h2 = f(U) и l = f(U)
Fig. 11. Diagram of the dependences h2 = f( U) and l = f(U)
\Л -f( N
"^д Ау = 1XV)
£/ 2 м/с
А L\ )
г-«—
/
= i(JJ
)
U ■
M'C
Зависимости, изображенные на рис. 8, характеризуют изменение силы сопротивления пролета крыла ставного невода и натяжения в оттяжке в зависимости от скорости течения и.
На основании зависимости, изображенной на рис. 9, при максимальной скорости течения (для выбранного района промысла) можно подобрать массу мертвых якорей для крыла ставного невода.
На основании зависимостей, изображенных на рис. 10, при максимальной скорости течения (для выбранного района промысла) можно определить глубину забивки чипчиков крыла ставного невода.
Зависимости, изображенные на рис. 11, характеризуют изменение горизонтальной проекции 1-го и 2-го участков полоски крыла невода I и вертикальной проекции 2-го участка полоски крыла невода Н2 в зависимости от скорости течения и. Видно, что I не зависит от и, а Н2 увеличивается и стремится к предельному значению Н2 ^ Н/2 (см. рис. 5, с).
Заключение
Приведенный метод расчета геометрических и силовых характеристик крыла ставного невода с жестким каркасом и его элементов (свай, мертвых якорей и чипчиков) основан на использовании конечных зависимостей (17), связывающих геометрические и силовые характеристики крыла НСЖК (в диапазоне характеристик 10 < Ре; 0,004 < Ро < 0,165; 0,10 < Н1/Б1 < 0,98; 0,05 < 11/Б1 < 0,85; 0,10 < Н2/Э2 < 0,98; 0,05 < 12/Э2 < 0,85; 0,2 < х1 < 3,5; 0,2 < х2 < 3,5). Данный метод расчета позволяет:
1. С 7 %-ной точностью определить сопротивление стенки крыла ставного невода с жестким каркасом и давление на сваю R .
, Св.кр
2. С 10 %-ной точностью определить характеристику выдувания стенки невода
3. Рассчитать натяжение в оттяжках F и подобрать их диаметр и материал.
4. Определить необходимое количество оттяжек на крыло НСЖК.
5. Установить необходимую глубину забивки свай и чипчиков.
6. Подобрать материал для изготовления свай.
7. Определить характеристики сетематериалов крыла и других элементов НСЖК.
8. Установить держащую силу якорей, необходимую для безаварийной работы ставных неводов, и в результате подобрать якоря.
Список литературы
Баранов Ф.И. Избранные труды. Т. 1: Техника промышленного рыболовства : монография. — М. : Пищ. пром-сть, 1969. — 719 с.
Баранов Ф.И. Теория и расчет орудий рыболовства : монография. — М. : Пище-промиздат, 1948. — 436 с.
Беляев Н.М. Сопротивление материалов : монография. — М. : Наука, 1965. — 856 с.
Войниканис-Мирский В.Н., Вишневский Е.Е. О сопротивлении сетных элементов стационарных рыболовных орудий // Рыб. хоз-во. — 1971. — № 8. — С. 47-50.
Войниканис-Мирский В.Н. Основы промышленного рыболовства : монография. — М. : Пищ. пром-сть, 1969а. — 303 с.
Войниканис-Мирский В.Н. Техника промышленного рыболовства : монография. Ч. 2. — М. : Пищ. пром-сть, 1969б. — 455 с.
Войниканис-Мирский В.Н. Теоретическое обоснование установки ставных неводов по методу Ф.Т. Беленицына // Рыб. хоз-во. — 1951. — № 3. — С. 39-41.
Громов Е.И. Опыт работы знатного рыбака Байкала П.З. Цыбана // Рыб. хоз-во. — 1954. — № 1. — С. 45-53.
Данилов Ю.А., Фридман А.Л. Моделирование процесса самозатопления подвесного ставного невода // Сб. тр. КТИРПиХ. — 1981. — Вып. 95. — С. 50-56.
Дверник А.В., Шеховцев Л.Н. Устройство орудий рыболовства : монография. — М. : Колос, 2007. — 273 с.
Ионас В.А. Определение оптимального коэффициента запаса на выдувание // Рыб. хоз-во. — 1959. — № 2. — С. 46-49.
Калиновский В.С. Штормоустойчивые ставные невода. Постройка, установка, эксплуатация : монография. — Владивосток, 1955. —136 с.
Литвиненко А.И. Орудия промышленного рыболовства внутренних водоемов России. Справочник. Т. 2: Орудия промышленного рыболовства Сибири и Урала. — Тюмень : ГОСРЫБЦЕНТР, 2003а. — 186 с.
Литвиненко А.И. Орудия промышленного рыболовства внутренних водоемов России. Справочник. Т. 3: Орудия промышленного рыболовства южных районов Европейской части России. — Тюмень : ГОСРЫБЦЕНТР, 2003б.— 248 с.
Литвиненко А.И. Орудия промышленного рыболовства внутренних водоемов России. Справочник. Т. 4: Орудия промышленного рыболовства центрального, северного и северо-западного районов Европейской части России. — Тюмень : ГОСРЫБЦЕНТР, 2004. — 242 с.
Лукашов В.Н. Устройство и эксплуатация орудий промышленного рыболовства : монография. — М. : Пищ. пром-сть, 1972. — 368 с.
Недоступ А.А. Метод расчета силовых и геометрических характеристик крыла ставного подвесного невода // Изв. ТИНРО. — 2009. — Т. 156. — С. 282-299.
Недоступ А.А. Метод расчета силовых и геометрических характеристик ставных сетей. Физическое и математическое моделирование ставных сетей // Изв. ТИНРО. — 2008. — Т. 154. — С. 295-323.
Покровский А.Н. О креплении крыла ставного невода вертикальными оттяжками из стального каната // Техника промышленного рыболовства и сетеснастное хозяйство. — 1954. — Т. 41. —С. 159-161.
Пономарев Ф.А. Опыт работы ставными неводами команды сейнера "Пескарь" // Рыб. хоз-во. — 1954. — № 10. — С. 4-7.
Попов Б.А. О подъемной силе сети, помещенной в поток : Тр. ВНИРО. — 1955. — Т. 30. — 45 с.
Розенштейн М.М. К определению формы сетной стенки крыла ставного подвесного невода при самозатоплении // Сб. тр. кафедры промышленного рыболовства КГТУ. — Калининград, 2005. — С. 74-80.
Розенштейн М.М. Механика орудий промышленного рыболовства : монография. — Калининград : КГТУ, 2000. — 364 с.
Розенштейн М.М. Проектирование орудий рыболовства : монография. — Калининград : КГТУ, 2003. — 311 с.
Сергеев Ю.С. Краткий очерк конструкций стационарных рыболовных орудий // Сб. тр. АтлантНИРО. — 1971. — Вып. 50. — С. 168-195.
Сергеев Ю.С. Основы теории лова ставными неводами и тралами : монография. — М. : Пищ. пром-сть, 1979. — 142 с.
Телятник О.В. История промысла лосося ставными неводами // Промышленное рыболовство : сб. науч. тр. — Владивосток : Дальрыбвтуз, 2006. — С. 145-151.
Телятник О.В. История техники рыболовства : монография. — Владивосток, 2007. — 127 с.
Телятник О.В., Осипов Е.В. Технология промысла лосося и проектирование ставных неводов на Дальнем Востоке : монография. — Владивосток : Дальрыбвтуз, 2005. — 121 с.
Трещев А.И. Вопросы теории расчета и проектирования орудий прибрежного рыболовства (к методике расчета ставных неводов) // Техника промышленного рыболовства и сетеснастное хозяйство. — 1954. — Т. 41. — С. 134-147.
Фридман А.Л. Теория и проектирование орудий промышленного рыболовства : монография. — М. : Лег. и пищ. пром-сть, 1981. — 327 с.
Халилов В.М. Теория и проектирование ставных неводов : монография. — Баку : Letterpress, 2007. — 152 с.
Шапунов Е.Е. Лов кефали ставными неводами // Рыб. хоз-во. — 1954. — № 11. — С. 44-48.
Ярвик А.Р., Муравьев В.Б. О применении крупноячейного сетного полотна в крыле ставного салачного невода // Рыб. хоз-во. — 1978. — № 5. — С. 54-56.
Поступила в редакцию 1.09.09 г.
