Введение к работе
Актуальность темы. Одним из главных направлений развития мировой цивилизации в третьем тысячелетии является освоение пространств и ресурсов Мирового океана. В этой связи проблема производства грузовых операций в открытом море приобретает особую важность и актуальность.
В последнее десятилетие наблюдается усиленное внимание к добыче полезных ископаемых не только на суше, но и в морях и океанах. Расширяется экономическая активность в Арктике и отдаленных районах Мирового океана, характеризующихся слабой портовой инфраструктурой или ее отсутствием.
Для обслуживания и снабжения научно-исследовательских судов и морских стационарных платформ необходимы специальные суда, оборудованные устройствами для передачи людей, твердых и жидких грузов на указанные объекты, а также способные производить грузовые операции при значительном волнении моря.
В рамках использования военно-морских сил в Мировом океане проблема передачи грузов рассматривается с позиций снабжения кораблей в районах боевой службы и патрулирования. По оценке военно-морских специалистов материально-техническое снабжение кораблей в море на ходу эквивалентно увеличению числа боевых единиц в соединении.
В последние годы снижается военно-морская активность и присутствие кораблей ВМФ в экономически важных районах Мирового океана. Часть задач кораблей ВМФ передается на суда гражданского и вспомогательного флота. Сокращаются возможности тылового обеспечения кораблей и соединений ВМФ в дальней морской зоне. Для снабжения кораблей и решения стратегических и экономических задач Военно-Морского Флота РФ в особый период может производиться массовое привлечение гражданских судов.
Что касается рыбопромыслового флота, то повышение его эффективности, когда многие страны ввели двухсотмильную зону и судам приходится
вести промысел при средней удаленности от береговых баз на 400-1200 миль, в значительной степени зависит от организации переработки рыбопродукции в районе промысла специализированными судами. В этих условиях решающим значением обеспечения эффективности морского промышленного рыболовства является передача добивающими судами рыбопродукции на обрабатывающие и транспортные суда и получение от них необходимого снабжения в море.
По мнению отечественных и зарубежных специалистов наиболее перспективным является бесконтактный траверзный способ передачи грузов с помощью подвесных канатных дорог (ПКД), использовшше которого исключает швартовные операции, позволяет производить грузовые операции на ходу судов, создает возможность использовать переходы, позволяет выполнять передачу грузов, а при необходимости и людей, при повышенном волнении моря.
Однако проведенные исследования, несмотря на их глубину, носят, в определенной степени, локальный характер, а задачи управления судами при траверзном способе передачи грузов рассмотрены только в постановочном варианте.
Наблюдается противоречие между необходимостью решения задач управления судном при передаче грузов в море и отсутствием адекватных математических моделей этого процесса.
Отсюда вытекает актуальность исследований, которая диктуется, во-первых современными потребностями при освоении пространств и ресурсов Мирового океана; во-вторых, повышением эффективности морского флота в русле Морской доктрины России, в-третьих, наличием большого числа нерешенных задач, прямо связанных с технической эксплуатацией судов и их управлением при бесконтактном способе грузопередачи в условиях повышенного волнения моря.
Объект исследования - грузовые операции в море.
Предмет исследования - безопасность мореплавания при траверзном способе передачи груза в море.
Целью диссертационного исследования является разработка моделей, методик и алгоритмов управления судами и технического обеспечения гру-зопередачи траверзным способом при повышенном волнении моря.
В число основных задач исследования входят:
анализ современного состояния технического обеспечения грузопере-дачи на суда в открытом море;
исследование поведения судов при различных схемах силового воздействия со стороны подвесной канатной дороги;
разработка методики и модели управления судами при траверзном способе передачи грузов;
определение влияния грузопередачи на остойчивость судна.
разработка практических рекомендаций по управлению судном при использовании траверзного способа грузопередачи;
исследование возможности автоматизированного управления судами при передаче грузов с помощью подвесных канатных дорог;
создание программного обеспечения для решения задач управления судами при траверзном способе передачи грузов.
Теоретическая база исследования. Довольно широкий круг вопросов в области расчета, проектирования и использования судовых канатных дорог, математического описания движения и гидродинамики судна в различных условиях плавания рассмотрен в множестве работ, как отечественных, так и зарубежных ученых, таких как Н.И. Махорин, К.М. Барамидзе, И.А. Горшков, А.В. Бачище, А.Е. Маслов, А.М. Басин, В.А. Логиновский, Ю.М. Мастушкин, Р.Я. Першиц, Г.В. Соболев, М. Abkowitz, I. Dand, К. Nomoto, N. Norrbin, К. Ki-jima, К. McTaggart, R. McGregor, P. Krishnankutty, R. Skejic, K. Varyani, G. van Oortmerssen, M. Vantorre, Y. Yoshimura и других.
Основные научные результаты, выносимые на защиту:
- методика определения управляющих воздействий на судно при
различных схемах силового воздействия в условиях повышенного волнения моря;
математическая модель зависимости угла дрейфа и требуемого угла перекладки руля от боковой силы, возникающей при действии ПКД;
усовершенствованная схема подвесной канатной дороги;
оценка остойчивости судов под действием поперечной составляющей натяжения ПКД.
Научная новизна диссертационной работы заключается в комплексном исследовании процесса грузопередачи и управления судном, в результате чего:
1. Разработана методика определения управляющих воздействий на судно
при грузопередаче с учетом месторасположения точки крепления ПКД,
траверзного расстояния, скорости и относительного положения судов, массы
передаваемого груза в условиях повышенного волнения моря базирующаяся на:
использовании уравнений движения судна с введением дополнительной силы от действия ПКД;
выделении трех этапов процесса грузопередачи (подход, передача груза, отход);
разработке алгоритмов управления судном на каждом из выделенных этапов процесса передачи груза траверзным способом в открытом море.
Разработана новая математическая модель зависимости угла дрейфа и требуемого угла перекладки руля с учетом дополнительной силы воздействия подвесной канатной дороги, что обеспечивает более полный учет силовых факторов воздействия на судно.
Усовершенствована схема подвесной канатной дороги, отличающаяся от известных отсутствием несущего и введением спуско-подъемного канатов, что упрощает конструкцию канатной дороги и повышает ее надежность.
Впервые произведена оценка остойчивости крупнотоннажных судов под действием поперечной составляющей натяжения ПКД: выведена линейная зависимость угла крена от высоты точки крепления ПКД; найдены значения углов крена с помощью диаграмм динамической остойчивости, что
обеспечивает повышение безопасности грузопередачи.
Теоретическая значимость заключается в разработке научно-методического аппарата моделирования динамического состояния и прогнозирования поведения судна при траверзном способе передачи груза в условиях повышенного волнения моря.
Практическая ценность диссертации состоит в разработке эффективных инженерных методов анализа, оценки, формирования и обоснования технических характеристик морских грузопередающих устройств, а также научно-методической базы для разработки и принятия алгоритма расчета и обоснования оптимального решения вопросов управления судном при передаче груза в море траверзным способом.
Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертации, обеспечивается использованием известных положений теоретической механики, динамики грузопередающих устройств, гидродинамики, теории автоматического управления судном, математического моделирования, хорошей сходимостью полученных результатов с исследованиями отечественных и зарубежных специалистов.
Личное участие автора состоит в получении научных результатов, отраженных в опубликованных работах (в том числе и в соавторстве): анализе состояния технического обеспечения грузопередачи на суда в открытом море; комплексной оценке поведения судов при различных схемах силового воздействия со стороны подвесной канатной дороги; разработке методик и моделей управления судами при траверзном способе передачи грузов; разработке элементов автоматизированной системы управления судном по поперечному смещению при передаче грузов траверзным способом с учетом приема сигнала спутниковых навигационных средств; оценке остойчивости крупнотоннажных судов при передаче грузов с помощью подвесных канатных дорог;
Реализация работы. Результаты научных исследований рекомендованы к внедрению в работу Службы капитана морского порта Новороссийск.
Материалы диссертации используются на курсах подготовки, переподготовки и повышения квалификации Южного регионального центра дополнительного профессионального образования Морской государственной академии имени адмирала Ф.Ф.Ушакова, г. Новороссийск.
Результаты научных исследований внедрены в учебный процесс для подготовки инженеров-судоводителей Морской государственной академии имени адмирала Ф.Ф.Ушакова.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно-технических конференциях НГМА и МГА имени адмирала Ф.Ф.Ушакова, (Новороссийск 1996-2008гг.), на региональной научно-технической конференции "Проблемы безопасности морского судоходства, технической и коммерческой эксплуатации морского флота" (Новороссийск, 2002).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 статей, из них 4 статьи - в изданиях по перечню ВАК РФ, и 3 доклада на научно-технических конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем 174с, основного текста 150с, рисунков - 60, таблиц - 7.
