CC BY
49
УДК 639.2.08І
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ГИБКИХ РАСПОРНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО РАСКРЫТИЯ ТРАЛА И УПРАВЛЕНИЕ ИМИ
Е. В. Осипов, А. Н. Бойцов
Доцент, доцент, Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет 690087 Владивосток, Луговая, 52-б Тел.: +79146967878; +79084424479 Е-mail: [email protected]; [email protected]
гибкие распорные устройства, управление, горизонтальное раскрытие, тралы
В работе излагаются методы расчета и управления гибкими распорными устройствами (ГРУ) для горизонтального раскрытия трала, которые позволяют получить проектные размеры ГРУ и определять необходимые усилия для изменения горизонтального раскрытия трала.
METHODS OF CALCULATION OF FLEXIBLE STANCHION ELEMENTS FOR HORIZONTAL OPENING AND REGULATION OF TRAWL
Е. V. Osipov, А. N. Boytsov
Senior lecturer, senior lecturer, Far-Eastern State Technical Fisheries University 690087 Vladivostok, Lugovaya, 52-b Tel.: +79146967878; +79084424479 Е-mail: [email protected]; [email protected]
FLEXIBLE STANCHION ELEMENTS, REGULATION, HORIZONTAL OPENING, TRAWLS
Methods of calculation and regulation of flexible stanchion elements (FSEs) for horizontal opening of trawl,
ensuring the FSE projected size and providing estimation of the efforts required for transformation of the
horizontal opening of the trawl, are described in the paper.
R-Г-------> 0. (і)
Для проектирования ГРУ опишем его следующими параметрами: (а ), RyFV (а) — гидро-
динамическое сопротивление и распорная сила; F ГРУ [S, M] — геометрические (S — площадь ГРУ) и массовые параметры устройства.
При проведении НИОКР под руководством А.Н. Бойцова наиболее эффективным строительным углом ГРУ был определён а cm = 21°. Проведенные экспериментальные исследования с моделью ГРУ (масштаб 1:10) в гидроканале с соблюдением геометрического и гидродинамического подобия показали, что при ар = 20° коэффициент качества K = 10,75, при ар = 25° коэффициент качества K = 6,4, что в 1,8 раза меньше, коэффициент качества рассчитывается по графику Cx и Cy Cy
(рис. 2) как K = —— . Необходимо отметить, что
Сх
такая большая разница коэффициентов качества при близких углах ^p = 20° и аp = 25°) объясняет, почему при работе ГРУ в натурных условиях
а p = [20 ^ 2l]° ~ а cm, что соответствует условию (І). Уменьшение рабочего угла аp до 15° ГРУ приводило к деформации рабочей поверхности и переходе устройства к отрицательным углам а p,
Научные и опытно-конструкторские работы (НИОКР) с ГРУ проводились, начиная с 80-х годов прошлого века под руководством А.Н. Бойцова, в ходе которых были получены эффективная конструкция ГРУ (рис. 1) и способ управления раскрытием траловой системы. Однако в ходе этих исследований не были получены гидродинамические коэффициенты ГРУ, которые позволили бы перейти к проектированию таких конструкций.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
В январе 2010 года авторами была разработана методика проведения исследования гидродинамики ГРУ в гидроканале ОАО «МариНПО» и проведены исследования (Кудакаев и др., 2010). Анализ проведенных исследований ГРУ позволил выявить следующие особенности:
— ГРУ представляет собой безмоментную мягкую оболочку, что упрощает численное моделирование траловой системы с ГРУ и облегчает ее настройку на промысле;
— угол атаки оболочки задается конструктивно при проектировании устройства (а « аст) и вне зависимости от условий эксплуатации практически не меняется; это показали исследования, проведенные в морских условиях и в бассейнах, что характерно для гибких оболочек и связано с условием
такое поведение характерно для гибких щитков, что показано в работе (Розенштейн, 2009).
Для раскрытия ГРУ на небольших углах атаки на внешней стороне сделаны диффузоры, работа которых заключается в задании импульса, который достигается за счет уплотнения потока и создания дополнительной распорной силы.
Методика выбора параметров ГРУ
при соотношении гидродинамических сил траловой доски и ГРУ
На рис. 3 показаны линейные соотношения элементов щитка, при производстве ГРУ удобнее линейный размер L брать целочисленным, шаг ячеи
оснастки ГРУ а = — L .
30
При соотношении гидродинамических сил траловой доски и ГРУ значения гидродинамического напора ^ траловой доски и ГРУ одинаковы, таким образом модель имеет вид (Осипов, Бойцов, Кудакаев, 2011):
Рис. 1. Общий вид ГРУ: а — вид сбоку; б — вид сверху; 1 — стрингеры; 2 — внутренняя поверхность; 3 — рабочая поверхность; 4 — диффузоры; 5 — оснастка
1,2
^ГРУ = р
; Ягру (а)>Rв(а )•
? у V / У V опт) 5
ГРУ
пр
_ (2) где Rвv, RB — относительные гидродинамические
силы траловой доски при оптимальном угле атаки
ГГГТУ гг ГРУ
аопт • ^ , Ор — проектная и расчетная площади
С ГРУ
— коэффициент распорной силы ГРУ при угле атаки щитка а ~ 0.
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Рис. 2. Коэффициенты гидродинамических сил ГРУ
Рис. 3. Соотношения линейных размеров ГРУ (Осипов, Бойцов, Кудакаев, 2011)
Алгоритм расчета. Введем множество досок В = {с^су,^}} при а опт и делей D = [а, d}, где а — шаг ячеи; d — диаметр нити дели.
1. Выбираем траловую доску из множества В и рассчитываем <, RX.
2. Находим расчетную площадь ГРУ 5^РУ
3. Находим линейный размер Ь и, выбирая из множества D проектный шаг ячеи
ап = {а} > а ,
уточняем L:
4. Находим $
L = 30а„
пр
-2
пр
на основе соотношения линейных размеров (рис. 3) находим характеристики ГРУ.
Методика расчета параметров ГРУ при обеспечении проектных характеристик раскрытия тралов
ГРУ является частью траловой системы, поэтому на базе работы (Осипов, 2009) была разработана система моделирования траловой системы с ГРУ, показанная на рис. 4, которая позволяет найти необходимую расчетную площадь ГРУ. После нахождения для расчета проектных характеристик ГРУ воспользуемся алгоритмом расчета предыдущей методики, начиная с пункта 3.
Методика управления раскрытием тралов с ГРУ
ГРУ за счет своих характеристик, в отличие от траловых досок, легко подходят для управления горизонтальным раскрытием тралов, на рис. 5 показана такая схема управления.
Рассмотрим силовую схему управления ГРУ (рис. 6), согласно которой в первом приближении найдем необходимое воздействие Ту для изменения раскрытия траловой системы (Осипов, Бойцов, 2012):
2 2 ^ГРУ _ с ри £гру- ^ГРУ _ С SГРУ'
ж ж 2 ’ У У 2 :
(т - )2 = ( )2 + ()2 ;
- ягру
tgaгpy = у
їда =
tgai
R
х
V sinаі + Т • sinа
Т cosа + ТТ ^а.
Тт =■
(3)
Тт sinат - ТУ „т Тт соїаТ
ТТ cos аТ
со8 а
Рис. 4. Диаграммы объектов траловых систем с ГРУ: 1 — трал; 2 — ГРУ; 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 — кабели; 4 — узловое соединение; 5 — ваер; 6 — судно; пунктиром показана ветвь управления моделированием (Осипов, 2011)
Рис. 5. Гидродинамическое устройство раскрытия и управления параметрами траловой системы в процессе ее буксировки: 1— гидродинамические щитки; 2 — оснастка гидродинамических щитков; 3 — грузы углубители; 4 — лебедка управления; 5 — оснастка устройства управления
ГРУ
Значение Тунеобходимо увеличить до > Rгpy, длины ваеров не меняют. Вначале рассчитывается система без воздействия с учетом оптимального угла ГРУ 20°, затем увеличиваем Ту, пока значение ак не будет равно или больше ак без воздействия Ту. Как показали исследования, при Rгpy > Rгpy гру ведет себя неустойчиво и закрывается, в этом случае углы атаки ГРУ более 55°.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 7 представлены соотношения площадей траловых досок разных конструкций с рассчитанной по первой методике, множество D заполнялось по ОСТ 15-80-74 при структуре нитки 93,5 текс х 24.
Исходя из анализа данных (рис. 7), можно рекомендовать ГРУ для судов (табл. 1), значения Ry и Rx ГРУ приведены в соотношении максимального значения для Ry и минимального значения Rx разных типов траловых досок.
Результаты моделирования по второй методике, связанные с расчетом площади ГРУ, приведены в табл. 2.
Как можно заметить (табл. 2), на скорости больше 1 узла происходит медленное изменение расчетной площади ГРУ в сторону его уменьшения. Поэтому при расчете проектной площади ГРУ проектировщику необходимо определиться с нижним диапазоном скоростей тралений.
Исходные данные для моделирования по методике управления раскрытием тралов с ГРУ для разных тралов приведены в табл. 3.
Как можно заметить по графику (рис. 8), Ту возрастает в виде степенной функции, что, есте-
ственно, зависит от
ру‘
, также корректировка
2 т>-
раскрытия устья трала скажется на значениях Т .
При этом в случае невозможности обеспечить необходимое Ту существует возможность снижения скорости траления. Для раскрытия траловой системы с ГРУ необходимо свести усилие Ту к нулю.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ГРУ представляется достаточно простой конструкцией в изготовлении и может производиться на фабриках орудий рыболовства и судах, а также проектироваться в комплексе с тралами.
Рис. 6. Силовая схема управления ГРУ
Рис. 7. Соотношения площадей траловых досок разных конструкций с рассчитанной по методике площади ГРУ
Методика выбора параметров ГРУ при соотношении гидродинамических сил траловой доски и ГРУ позволяет проектировщикам использовать предложенные в табл. 1 данные непосредственно. Анализ приведённых в табл. 1 данных показывает, что применение на промысле ГРУ позволяет при буксировке тралов использовать дополнительные ресурсы судов путем увеличения скорости траления на некоторых объектах или снижать расходы за счет экономии топлива. В настоящее время флот
имеет значительный износ и тяговые характеристики значительно ниже проектных, поэтому применение ГРУ позволит сохранить или вернутся к режимам траления, которые применялись для новых судов.
Методика расчёта параметров ГРУ при обеспечении проектных характеристик раскрытия тралов позволяет проектировщикам рассчитывать ГРУ для создаваемого трала с учётом непосредственно тягово-скоростных характеристик судна.
Таблица 1. Рекомендованные ГРУ для разных типов судов
Тип судна
пР , м^
L, м
Ry, %
Rx, %
МРС-150, МРС-225 РС-300, РС-450 СТР-420, СТР-530 БМРТ, РТМС, СТМ БАТМ
3,24
7,29
9,61
13,69
16
1,8
2.7
3,1
3.7 4
120,6
123.4 106,8 111,3
118.5
21,6
22,1
38,4
12,8
13,3
Таблица 2. Результаты моделирования траловой системы с ГРУ
Тип трала 111/786 118/620 130/810 108/450 54,4/192 80/396 119/45
Проектное горизонтальное раскрытие 90 70 70 60 35 45 40
Проектное вертикальное раскрытие 80 60 Расчетная площадь ГРУ 65 50 35 40 40
V=1 узл. 32,45 15,56 15,35 12,18 4,406 9,61 9,53
V=2 узл. 30,92 14,00 13,20 11,00 4,17 9,13 9,04
V=3 узл. 30,83 13,91 13,08 10,93 4,15 9,11 9,02
V=4 узл. 30,82 13,90 13,06 10,92 4,15 9,10 9,02
V=5 узл. 30,82 13,89 13,05 10,92 4,15 9,10 9,01
Таблица 3. Исходные данные моделирования траловой системы с ГРУ
Тип трала 118/620 130/810 108/450 54,4/192 80/396 119/45
Проектное горизонтальное 70 70 60 35 45 40
Проектное вертикальное раскрытие 60 65 50 35 40 40
Площадь ГРУ 13,69 13,69 9,61 4,2 9,61 9,61
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
о
-*-118/620 825 Н 1905 Н 3402 Н 5325 Н
-•—130/810 995 Н 2305 Н 4120 Н 6450 Н
108/450 300 Н 705 Н 1260 Н 1975 Н
-*-54,4/192 120 Н 275 Н 485 Н 757 Н
—*—80/396 717 Н 1650 Н 2905 Н 4543 Н
—•— 119/450 620 Н 1400 Н 2495 Н 3895 Н
Рис. 8. Результаты моделирования траловой системы с ГРУ
Методика управления раскрытием тралов с ГРУ позволяет рассчитывать необходимое усилие для закрытия трала с учётом скорости траления.
Разработанные теоретические методики расчёта и управления ГРУ позволяют перейти к практическому использованию ГРУ на российских рыболовных судах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Кудакаев В.В., Осипов Е.В., Бойцов А.И. 2010. Результаты исследований гибких распорных щитков для горизонтального раскрытия траловой системы // Междунар. науч. конф. «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана». Владивосток: Дальрыбвтуз. С. 215-219.
Осипов Е.В. 2009. Объектно-ориентированные методы расчета орудий рыболовства. Владивосток: ТИНРО-Центр. С. 89.
Осипов Е.В. 2011. Методы численного моделирования траловых систем. Изв. КамчатГТУ. № 20. С.210-21б.
Осипов Е.В., Бойцов A.M. 2012. Управление раскрытием тралов с гибкими распорными устройствами // Междунар. науч. конф. «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана». Владивосток: Дальрыбвтуз. С. 304-307.
Осипов Е.В., Бойцов A.M., Кудакаев В.В. 2011. Методы проектирования гибкого распорного устройства для горизонтального раскрытия тралов // Науч. тр. Дальрыбвтуза. Владивосток: Дальрыбвтуз. Вып. 23. С. б4-б8.
Розенштейн М.М. 2009. Проектирование орудий рыболовства. Уч. для вузов. Калининград: КГТУ, 3б7 с.
