МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КРЫЛЬЕВ ТРАЛОВ С РАЗЛИЧНОЙ ФОРМОЙ ЯЧЕЙ В ПЕРЕДНЕЙ ЧАСТИ
Авторы:
1.
Керченский государственный морской технологический университет
Тип:
Статья
Страницы:
с 86
по 92
Статус:
Опубликован
Получено:
05.09.2015
Одобрено:
17.01.2023
Опубликовано:
25.09.2015
Классификаторы:
УДК 639.2.081
ГРНТИ 34.39 Физиология человека и животных
ГРНТИ 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
ГРНТИ 69.31 Промышленное рыболовство
ГРНТИ 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
ГРНТИ 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
ГРНТИ 34.39 Физиология человека и животных
ГРНТИ 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
ГРНТИ 69.31 Промышленное рыболовство
ГРНТИ 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
ГРНТИ 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
устье трала, форма ячеи, расчетная схема
Аннотация (русский):
Рассмотрено три варианта расчёта сил, определяющих раскрытие ячей канатных связей в канатной части трала. В первом варианте силы сопротивления трала приложены вдоль прямолинейных образующих оболочки трала. Эти образующие не являются конструктивными элементами трала - это не топенанты, это линии, соединяющие середины подбор и переднюю кромку мешка. Во втором варианте учитывается формоизменяемость ячей при условии, что они ромбовидной формы. В третьем варианте рассматривается приложение сил к ячеям гексагональной формы. При разложении этих сил по координатным осям получаем составляющие, направленные к центру оболочки и закрывающие устье. Таким образом, в схемах имитируются силы, уменьшающие поперечное сечение устья при продольном натяжении ячей. Поскольку оболочка трала не является правильным конусом с основанием в виде круга, то направление приложения его сопротивления к гужу определим для верхней нижней пласти отдельно, исходя из количества ячей в гуже. Графически показано, что наиболее точно вертикальное раскрытие трала по подборам и горизонтальное расстояние между траловыми досками определяются при третьем варианте схематизации передней части трала. Для трала 98/640 это наиболее точное изображение его конструкции. Таким образом, на примере трала 98/640 с гексагональной ячеёй в передней части доказана необходимость учитывать форму ячей в крыльях трала при создании математических моделей для проектирования и анализа работы тралов. Показано, что только один этот фактор повышает точность определения формы трала на 3-5 %.
Рассмотрено три варианта расчёта сил, определяющих раскрытие ячей канатных связей в канатной части трала. В первом варианте силы сопротивления трала приложены вдоль прямолинейных образующих оболочки трала. Эти образующие не являются конструктивными элементами трала - это не топенанты, это линии, соединяющие середины подбор и переднюю кромку мешка. Во втором варианте учитывается формоизменяемость ячей при условии, что они ромбовидной формы. В третьем варианте рассматривается приложение сил к ячеям гексагональной формы. При разложении этих сил по координатным осям получаем составляющие, направленные к центру оболочки и закрывающие устье. Таким образом, в схемах имитируются силы, уменьшающие поперечное сечение устья при продольном натяжении ячей. Поскольку оболочка трала не является правильным конусом с основанием в виде круга, то направление приложения его сопротивления к гужу определим для верхней нижней пласти отдельно, исходя из количества ячей в гуже. Графически показано, что наиболее точно вертикальное раскрытие трала по подборам и горизонтальное расстояние между траловыми досками определяются при третьем варианте схематизации передней части трала. Для трала 98/640 это наиболее точное изображение его конструкции. Таким образом, на примере трала 98/640 с гексагональной ячеёй в передней части доказана необходимость учитывать форму ячей в крыльях трала при создании математических моделей для проектирования и анализа работы тралов. Показано, что только один этот фактор повышает точность определения формы трала на 3-5 %.
Ключевые слова:
устье трала, форма ячеи, расчетная схема
устье трала, форма ячеи, расчетная схема
Введение Проектирование тралов, как и любой конструкции, значительно упрощается при наличии математической модели, описывающей его рабочую форму при буксировке в воде. Моделированию тралов посвящены работы многих ученых. Нас интересуют лишь модели с пространственным изображением тралов, поскольку в них возможно наиболее полно учесть взаимодействие внешних сил и сил реакции как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. А. В. Дверник и Г. Н. Долин [1] предложили пространственную схему, в соответствии с которой устьевая часть пелагического трала изображена 4-мя подборами одинаковой длины. Предполагается, что под действием сил натяжения подборы принимают форму близкую к цепной линии. В. И. Габрюк [2] применил более точное изображение трала в проекциях. Образующими оболочки трала являются не топенанты, а проекции плоскостей, в которых расположены подборы трала. Для определения параметров кабелей В. И. Габрюк использует понятие одинарного кабеля, под которым понимается линия равнодействующей натяжений верхнего и нижнего кабелей. По его же утверждению, понятие одинарного кабеля имеет смысл только тогда, когда верхний и нижний кабели находятся в одной плоскости. Следовательно, при общепринятой для разноглубинных тралов 4-кабельной схеме, когда на ориентацию кабелей влияют силы щитков и грузов-углубителей, а также крен доски, понятие одинарного кабеля не всегда применимо. В связи с этим возникают ограничения и по применению расчетной модели в целом. Значительного числа недостатков, выявленных в предыдущих моделях, лишены математические модели конфигурации траловых систем, предложенные В. П. Карпенко [3]. Они основаны на пространственных схемах, в которых передняя часть трала изображается 4-мя топенантами и 4-мя подборами. В моделях В. П. Карпенко реализовано условие взаимосвязанности вертикального и горизонтального раскрытий устья трала. Все упомянутые авторы в схематизации крыловой и сетной оболочки трала используют изображение только основных образующих каркаса трала - топенантов. К этим образующим прилагаются силы сопротивления канатно-сетной части трала. Отметим, что в схеме приложения сил не учитывались конструктивные особенности тралов, такие как форма ячей крыльев и гужевого пояса, длина связей и их количество. Целью нашего исследования являлось определение зависимости точности расчета формы трала от степени упрощения изображения передней части трала. Анализ проведен по расчету формы трала 98/640, имеющего в передней части, сразу после гужевого пояса, шестигранную ячею. Варианты приложения сил натяжения элементов оболочки трала В целом трал схематизируется согласно математической модели 3WC1 [4]. В расчете формы трала определение усилий осуществлёно по одному из трёх вариантов приложения сил натяжения элементов оболочки трала. Вариант 1. Силы сопротивления трала RT приложены вдоль прямолинейных образующих СВА, СНА, EA, E`A (рис. 1, а). Рис. 1. Расчетная схема задачи раскрытия трала для симметричного случая моделей типа 3WС1 Эти образующие не являются конструктивными элементами трала - это не топенанты, это линии, соединяющие середины подбор и переднюю кромку мешка. В этом случае направление действия сил натяжения образующих (для верхней/нижней пласти) и (для боковых пластей) определяются по проекциям натяжений на диаметральную плоскость - углами gi, на горизонтальную плоскость - углами ai: , , где RМ - сила сопротивления мешка трала; RТ - сила сопротивления сетной оболочки трала. Соответственно, при разложении этих сил по координатным осям получаем составляющие, направленные к центру оболочки и закрывающие устье. Таким образом, в схеме имитируются силы, уменьшающие поперечное сечение устья при продольном натяжении ячей. Натяжение в верхней подборе Т4В и нижней подборе Т4Н определим с учетом стягивающих сил, образующихся в канатно-сетной оболочке: , . Углы атаки этих элементов: где РЩ - подъёмная сила гидродинамического щитка; RЩ - сила сопротивления гидродинамического щитка; PН - потопляющая сила оснастки нижней подборы; RН - сила сопротивления оснастки нижней подборы. Крепление грузов весом GГ к голым концам нижней подборы создаёт угол наклона нижнего кабеля: , и, соответственно, натяжение нижнего кабеля , где L4 - длина верхней подборы с голым концом; L 5 - длина кабеля. Натяжение в боковых подборах T6 определяется приложением сил сопротивления боковых пластей канатно-сетной оболочки, если считать, что углы атаки боковых подбор равны g6: , , где YЕ - координата точки Е, определяющая горизонтальное раскрытие устья; L6 - длина боковых подбор с голыми концами. Вариант 2. Cилы сопротивления трала приложены к ячеям, форма которых принимается ромбовидной, с шагом равным длине косых связей ячей (рис. 2). Направление действия сил реакции NT соответствует не положению топенантов, а положению сторон ячей (рис. 2). Рис. 2. Схема распределения сил натяжения в ячеях В этом случае: - угол раскрытия ячеи в горизонтальной плоскости: , где BТЕ - расстояние между концами крыльев трала; NГГ - число ячей в гужевом поясе по горизонтали (верхняя пласть); - угол атаки кабелей в горизонтальной плоскости: . Поскольку оболочка трала не является конусом с прямолинейными образующими, то направление приложения его сопротивления к гужу определим для верхней aГВ и нижней aГН пластей, исходя из количества ячей в гуже: , , где L3 - длина образующих оболочки трала; LГ - суммарная длина связей в ячеях гужевого пояса. Углы для голых концов g5В (верхний), g5Н (нижний) и нижней подборы g4Н: , , . Вариант 3. Cилы сопротивления трала приложены к ячеям, имеющим гексагональную форму (рис. 3). В каждый момент времени вектор натяжения в ячее направлен по линии КМ (пунктирная линия). Рис. 3. Схема распределения сил натяжения в ячеях гексагональной формы В этом случае направление действия силы внутри гексагональной ячеи: - боковых пластей: ; - верхней пласти: ; - нижней пласти: , где NГВ - число ячей в гужевом поясе по вертикали (боковая пласть). Углы кабелей и голых концов: , , . Углы атаки верхнего (a2В) и нижнего (a2Н) кабелей в горизонтальной плоскости: , . Результаты вычислений относительно длины ваеров L и массы грузов-углубителей Мг представлены на рис. 4, 5. Вариант 1: 250; Вариант 2: 250; Вариант 3: 250; Опыт: 250; 500; 500; 500; 500; 1000; 1000; 1000; 1000. (здесь и на рис. 5 цифрами обозначена Мг, кг) Рис. 4. Расчетные значения HТ в сравнении с экспериментальными данными Вариант 1: 250; Вариант 2: 250; Вариант 3: 250; Опыт: 250; 500; 500; 500; 500; 1000; 1000; 1000; 1000. Рис. 5. Расчетные значения YД в сравнении с экспериментальными данными Из графиков на рис. 4, 5 видно, что наиболее точно вертикальное раскрытие трала по подборам и горизонтальное расстояние между траловыми досками определяются при третьем варианте схематизации передней части трала. Для трала 98/640 это наиболее точное изображение его конструкции. Заключение В ходе исследований нами было рассмотрено три варианта расчёта сил, определяющих раскрытие ячей канатных связей в канатной части трала. - силы сопротивления трала приложены вдоль прямолинейных образующих; - силы сопротивления трала приложены к ячеям, форма которых принимается ромбовидной, с шагом равным длине косых связей ячей; - силы сопротивления трала приложены к ячеям, имеющим гексагональную форму. На примере трала 98/640 с гексагональной ячеёй в крыловой части доказана необходимость учитывать форму ячей в крыльях трала при создании математических моделей для проектирования и анализа работы тралов, т. к. только один этот фактор повышает точность определения формы трала на 3-5 %.
1. Дверник А. В. Расчетные схемы для определения сил оснастки пелагического трала / А. В. Дверник, Г. М. Долин // Тр. Калининград. техн. ин-та рыбной пром-сти и хоз-ва. 1975. Вып 57. С. 84-91.
2. Габрюк В. И. Параметры разноглубинных тралов / В. И. Габрюк. М.: Агропромиздат, 1988. 214 с.
3. Карпенко В. П. Основы теории и расчета устройств раскрытия траловых систем: дис. … д-ра техн. наук / В. П. Карпенко. Керчь, 1996. 360 с.
4. Савотин Д. В. Совершенствование расчетной схемы и математической модели раскрытия и конфигурации траловой системы / Д. В. Савотин. Рыбное хозяйство Украины. Спец. вып. 2002. № 7. С. 44-46.
