Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы. Развитие и эксплуатация российских портов невозможны без обеспечения безопасности судоходства. Большинство российских портов расположено в узкостях, и суда перед проходом к причалам порта должны пройти по ограниченным по ширине и глубине каналам и фарватерам, развернуться, занять свое положение у причала. Затем судно должно совершить сближение с причалом по заранее выбранному направлению. В процессе выполнения каждой из операций судно должно обеспечивать максимальные условия безопасности с учетом возможного наличия ветра и течения, а также предупреждать столкновения судов, посадки на мель и навалы на причальные сооружения.
Для обеспечения безопасности движения судов в условиях узкости проблем необходимо решение гидрографических, навигационных задач, а также развитие расчетных методов управляемости и управления судном и методов математического моделирования движения судов в узкостях.
Степень разработанности выбранной темы исследования. Существующие методы решения проблем безопасности судов в портах и на подходах к портам можно разделить на гидрографические, навигационные, а также на методы математического моделирования движения судов в узкостях.
В развитие гидрографических методов к решению задач обеспечения безопасности судов в условиях узкостей и ограниченных акваторий наибольший вклад внесли отечественные ученые Макаров Г.В., Пересыпкин В.И., Томсон В.В. и др.
Навигационные методы наибольшее развитие получили в работах Баранова Ю.К., Блинова И.А., Вульфовича Б.А., Гаврюка М.И., Груздева Н.М., Кожухова В.П., Логиновского В.А., Пескова Ю.А., Сазонова А.Е., Смоленцева С.В., Филиппова Ю.М., Ющенко А.П. и многих других.
Методы теории судна и математического моделирования движения судов в узкостях нашли отражение во многих работах отечественных и иностранных ученых. Наиболее яркими отечественным специалистами в этой области являются Анисимова Н.И., Арефьев А.А. Басин А.М., Бакаев В.Г., Васьков А.С. Гофман А.Д., Дeмин С.И., Жуxлин А.М., Знамeровский Б.П., Куpгузoв С.С., Лаврeнтьeв В.М., Лeсков М.М., Миниoвич И.Я., Мартирoсoв Г.Г., Макoвский А.Г., Небеснoв В.И., Никущенко Д.В., Оганoв А.М., Пeршиц Р.Я., Русeцкий А.А., Собoлев Г.В., Сoлoвьев А.А., Юдин Е.Б, Сутулo С.В., Цурбан А.И. Существующие работы по обеспечению безопасности судов в условиях портовых акваторией могут быть разбиты на два основных подхода – создание и рассмотрение расчетных маневров судна для обеспечения самостоятельной швартовки судна в условиях стесненной акватории. Этот подход разрабатывался в работах Лебедева Э.П., Русецкого А.А., Першица Р.Я. Данный подход использовался для определения эффективности средств активного управления судном, т.е. он заключается в оценке тех возможностей, которые судно приобретает в плане управляемости и маневренности в ре-
зультате оборудования его этими средствами. Второй подход заключался в разработке нормативных документов по установлению требований к габаритам каналов и фарватеров в российских портах. К ним относятся действующие РД 31.31.47-88 «Нормы проектирования морских каналов» и РД 31.3.01.01-93 «Руководство по технологическому проектированию морских портов». Следует отметить, что габариты существующих каналов, в большинстве случаев, не отвечают требованиям РД 31.31.47-88 и РД 31.3.01.01-93, в то же время во многих каналах, не соответствующих своими габаритами требованиям действующих норм, обеспечиваются условия безопасности судоходства, которые администрации российских портов устанавливают самостоятельно. Это свидетельствует о завышенных требованиях действующих нормативных документов и необходимости разработки новых методов обеспечения безопасности судов в фарватерах и каналах, прежде всего, для новых типов крупнотоннажных судов с большой парусностью, к которым можно отнести современные газовозы, пассажирские суда, которые подвержены особой опасности в условиях ограниченной акватории.
Цель исследования – обеспечение безопасности движения крупнотоннажных судов с большой парусностью в фарватерах и каналах, а также определение возможности безопасного прохода данных узкостей при боковом ветре.
Научной задачей является обоснование принятия решений по обеспечению безопасного движения судов при проходе каналов и фарватеров, основанное на результатах математического моделирования движения крупнотоннажного судна с большой парусностью.
Для решения научной задачи исследования необходимо решить следующие частные задачи:
-
Сформировать математические модели движения крупнотоннажного судна с большой парусностью в каналах и фарватерах. Разработать способы расчета предложенных математических моделей безопасного движения крупнотоннажного судна с большой парусностью в канале и фарватере и методики практического использования предложенных математических моделей для решения задач обеспечения безопасного движения крупнотоннажного судна с большой парусностью в каналах и фарватерах.
-
Разработать инструмент для оценки безопасности навигационных транспортных операций с учетом особенностей судов, их двигательно-движительных комплексов, наличия подруливающего устройства, одного или двух винтов фиксированного и регулируемого шага, системы «Азипод», использования буксиров и т.п. в виде предложенных диаграмм (планшетов) управления судном
3. Разработать способы экспериментальной проверки диаграммы (планшета) управления судном и провести оценку их результатов.
4. Сформировать методы повышения безопасности навигационных транспортных операций судов на каналах и фарватеров, которые могут быть осуществлены с использованием предложенных в настоящей работе диаграмм (планшетов) управления судном и дать оценку результатам их внедрения на судах с точки зрения экономической эффективности.
Объектом исследования являются процессы движения крупнотоннажного судна с большой парусностью по каналам и фарватерам в условиях ветра.
Предметом исследования являются методы принятия решений по безопасному проходу судном каналов и фарватеров.
Границы исследования определены как процессы движения крупнотоннажного судна с большой парусностью в условиях ветра в ограниченном по ширине и глубине канале (фарватере) при отсутствии льда.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы численные методы расчета параметров движения судна при воздействии бокового ветра и влияния других судов с использованием математического моделирования, аппарата теории судна и навигации.
Научная новизна диссертации заключается в разработке математических моделей безопасного движения крупнотоннажного судна с большой парусностью по каналам и фарватерам и их практической реализации в виде диаграмм (планшетов) управления судном, предложении новой методики определения возможности безопасного прохода крупнотоннажным судном каналов и фарватеров в условиях бокового ветра.
Практическая значимость результатов состоит в том, что разработанные методы обеспечения безопасности движения судна в виде диаграмм (планшетов) управления судном, а также методы обеспечения безопасного прохода крупнотоннажными судами каналов и фарватеров в условиях бокового ветра позволяют определить безопасные условия при швартовке и движении судов по данным уз-костям во всех портах.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Математические модели безопасного движения крупнотоннажного судна с большой парусностью в канале и фарватере и результаты их экспериментальной проверки.
-
Методики обеспечения безопасного движения крупнотоннажного судна с большой парусностью в каналах и фарватерах.
-
Инструмент для оценки и осуществления безопасных транспортных операций в узкостях и каналах в виде планшетов (диаграмм) управления судном и способы его расчета для различных судов.
-
Методы обеспечения безопасности движения крупнотоннажного судна с большой парусностью в каналах и фарватерах с использованием предложенных планшетов (диаграмм) управления судном.
Апробация результатов. Основные положения и результаты исследования доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях: XVI Международная научно-практическая конференция. «Современные концепции научных исследований» (Россия, г. Москва), 2015 г.; XIII Международная научно-практическая конференция «Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия» (Россия, г. Новосибирск), 2015 г.
Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 6 статьях, из них 4 в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.