Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Управляемость буксирного состава в сложных путевых и метеорологических условиях Гуров, Петр Владиславович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Гуров, Петр Владиславович. Управляемость буксирного состава в сложных путевых и метеорологических условиях : диссертация ... кандидата технических наук : 05.08.01 / Гуров Петр Владиславович; [Место защиты: Нижегор. гос. техн. ун-т им Р.Е. Алексеева].- Нижний Новгород, 2013.- 179 с.: ил. РГБ ОД, 61 14-5/1829

Введение к работе

Актуальность темы. Успешное развитие экономики страны требует постоянного совершенствования водного и речного транспорта. В этой связи 17 октября 2013г. Правительством РФ одобрен проект «Стратегии развития внутреннего водного транспорта на период до 2030 года». Целью стратегии является:

обеспечение приоритетного использования внутреннего водного транспорта в транспортной системе России;

создание условий для переключения грузопотоков с наземных видов транспорта на внутренний водный транспорт;

обеспечение роста конкурентоспособности внутреннего водного транспорта по отношению к другим видам транспорта;

повышение доступности и качества услуг внутреннего водного транспорта для грузоотправителей;

обеспечение социальной функции внутреннего водного транспорта по перевозке пассажиров и повышение уровня безопасности.

Отмечается, что в настоящее время эксплуатируемая сеть внутренних водных путей России составляет 101,7 тыс. км. Состав флота речных судоходных компаний многообразен и позволяет выполнять перевозки практически всех видов грузов. Однако повышение экономической эффективности работы флота достигается не только умелым использованием одиночных судов и толкаемых составов, но и эффективным применением буксирных операций.

Во многих работах, посвященных исследованию движения буксирных составов, приводится описание конкретных буксирных операций. В этом плане можно отметить работы: Абрамова В., Богданова Б.В., Гершковича Е., Гудымы В.Г., Лаврентьева В.М., Мастушкина Ю.М., Павлова С.Е., Старшинова В.А. и других. Авторы анализируют конкретные операции, пытаются выяснить причины трудностей, возникающих в ходе их проведения, отмечают необходимость дальнейших исследованиях в этой области.

Каждая транспортная операция начинается с момента постановки её цели. Затем следует прокладка маршрута движения, выбор схемы состава и мощности буксиров, подбор буксирных связей, оснащение буксирного ордера, анализ путевых и метеорологических условий, теоретический расчет операции и непосредственное её выполнение. Важной проблемой, возникающей в процессе движения буксирного состава, является рысканье буксируемого объекта. Решением этой проблемы занимались многие исследователи. Так, Лаврентьев В.М. предложил несколько способов, уменьшающих рысканье. Однако эти способы становятся малоэффективными при их использовании для транспортировки крупногабаритных объектов, особенно с использованием сложных буксирных составов. В этом случае уменьшение рысканья достигается использованием вспомогательных судов. Работа вспомогательного судна, жестко скрепленного с корпусом буксируемого объекта, также является новым, малоизученным вопросом в исследовании движения буксирного состава.

Цели и задачи исследования маневренности буксирного состава любой комплектации такие же, что и при движении отдельного корабля. Составной частью маневренности является управляемость корабля, которой называют мореходное качество, позволяющее ему двигаться по заданной траектории или изменять направление движения по желанию судоводителя. Буксирный состав, состоящий из нескольких объектов, скрепленных гибкой связью, изначально менее устойчив на курсе и хуже управляем.

Движение буксирного состава преследует цель перевода буксируемого объекта по заранее выбранной траектории из одной точки в другую. В общем, эту же цель преследуют при своём движении все суда и другие самоходные плавающие средства. Однако в характере движения буксирного состава имеется ряд существенных отличий. Если суда имеют единую, жесткую конструкцию, то состав представлен как минимум двумя телами, связанными между собой гибкой упругой нитью. Особенности движения одного тела, через связь их соединяющую, передаются другому, и в значительной степени определяют характер движения последнего и наоборот. Буксирный состав имеет большие габариты и занимает широкую полосу судового хода. Внутри нее буксируемый объект совершает колебания в поперечном направлении, имеет статическое смещение при прохождении поворотов и воздействия бокового ветра.

Каждый буксирный состав уникален, каждый обладает только ему присущими характеристиками движения. Как правило, буксирные составы имеют большие габариты и короткие временные сроки проведения транспортной операции. Поэтому не представляется возможным проведение испытаний буксирного состава по его управляемости и маневренности, как это делается для обычных судов.

На основании выше изложенного можно сделать вывод о том, управляемость буксирного состава на настоящее время недостаточно изучена и является весьма актуальной задачей.

Объектом исследования диссертационной работы являются буксирные составы, используемые для перемещения потерявших ход судов, отслуживших свой срок подводных лодок к месту их утилизации, плотов, барж, кранов. В последнее время число плавучих объектов требующих для своего передвижения применения буксировки, дополнилось крупногабаритными плавучими объектами для освоения шельфа. Это различного типа буровые установки и погружные основания, а также их крупногабаритные блоки.

Цель работы заключается в создании расчётного метода моделирования динамики простого и сложного буксируемых составов, построении математической модели комплекса «буксиры - система тросов - буксируемые объекты», прогнозирования характера поведения состава и динамической нагруженности его гибких связей в процессе эксплуатации при различных путевых и метеорологических условиях.

Задачи исследования. В диссертационной работе ставятся следующие основные задачи:

создание математической модели динамики буксирного состава, сформированной на основе дифференциальных уравнений его движения в различных путевых и метеорологических условиях, при различных режимах работы судовых комплексов «корпус судна - средства управления - судовые движители» буксира, при наличии упругого буксирного троса;

разработка алгоритмов для анализа маневренности и свойств управляемости буксирного состава с целью определения технической осуществимости процесса буксировки и безопасности судоходства;

разработка способа нахождения допустимых границ значений гидродинамических характеристик буксируемого объекта для обеспечения его устойчивого движения за буксиром;

исследование динамики конкретных маневров, совершаемых буксирным составом для выработки рекомендаций к их проведению;

исследование влияния внешней среды на маневренность и управляемость буксирного состава;

проведение модельных испытаний движения объектов буксирного состава.

Методы исследования. В диссертационной работе используются методы математического моделирования на основе дифференциальных уравнений движения буксирного состава, численные методы интегрирования систем нелинейных дифференциальных уравнений, методы теории корабля для определения гидродинамических характеристик корпусов буксира и буксируемого объекта, средств управления и движителей, а также модельные и вычислительные эксперименты.

Научная новизна. Разработка математической модели динамики буксирных составов и ее практическое представление в виде алгоритмов и программ, потребовало выполнения ряда теоретических и экспериментальных исследований. В частности, автором диссертационной работы впервые получены:

системы дифференциальных уравнений движения буксирного состава для различных путевых и метеорологических условий, с учётом течения, умеренного волнения, динамики функционирования судового комплекса «корпус судна - средства управления - судовые движители буксира»;

методика расчета гидродинамических характеристик корпусов буксиров, вспомогательных судов, буксируемых объектов в условиях движения на течении, при умеренном волнении, а также усилий индуцируемых судовым комплексом «корпус судна - средства управления - судовые движители», аэродинамических сил, действующих на надводную часть объектов буксирного состава;

алгоритмы определения реакций буксирных тросов для систем буксирного состава с учетом упругости буксирной связи её веса.

Практическая ценность работы обеспечена использованием предлагаемых в диссертационной работе методов, алгоритмов и программ расчетов в производственной деятельности проектных организаций, в частности – ОАО «ЦКБ «Лазурит» и при подготовке специалистов судостроительного профиля.

Предложенная в диссертации математическая модель динамики буксирных составов использована в рабочих программах дисциплин кафедры «Теория корабля и гидромеханика» НГТУ. Она позволяет определить параметры движения буксирных составов любого типа и формы формирования, в любых путевых и метеорологических условиях, на течении и при умеренном волнении.

Разработанная новая методика комплектования буксирных составов позволяет подобрать оптимальную форму буксируемого объекта, необходимое число буксиров и их мощность, выбрать наиболее оптимальные места их расстановки в ордере, предварительно оценив тактику управления буксирным составом, учитывая влияние внешних нагрузок. Практическую значимость имеет методика расчета динамических усилий в буксирных тросах и системах, позволяющая определить длину буксирного троса и динамические параметры буксирной системы, а также их допустимые значения.

В работе на основе разработанных алгоритмов и программ выполнены численные расчеты динамики буксирного состава для различных режимов движения.

На защиту выносятся следующие новые результаты полученные автором:

математическая модель динамики буксирного состава, сформированная на основе дифференциальных уравнений его движения в различных путевых и метеорологических условиях, на течении и на умеренном волнении при различных режимах работы судовых комплексов «корпус судна - средства управления - судовые движители» буксира, при наличии упругого буксирного троса;

методика выбора рациональных форм и основных характеристик буксирного состава, предназначенных для выполнения определенных рейсов по заданному фарватеру;

методика обоснования наилучшего режима работы судовых комплексов, необходимых для движения буксирного состава в определенных путевых условиях, по определенной траектории;

методика выбора оптимального «коридора значений» гидродинамических характеристик корпуса буксируемого объекта, для обеспечения безопасного проведения транспортной операции;

методика расчёта характеристик буксирных тросов и буксирных систем при эксплуатации буксирных составов в различных путевых и метеорологических условиях, при различных режимах работы судовых комплексов.

Достоверность предлагаемых методов и полученных результатов подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов расчета параметров движения буксирного составов с данными модельных испытаний, проведённых в опытовом бассейне Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева. А также сопоставлением с данными исследований отечественных и зарубежных ученых.

Реализация работы. Разработанные в диссертационной работе модели и методы нашли применение при выполнении проектно-конструкторских работ ОАО «Лазурит», в учебном процессе кафедры «Теория корабля и гидромеханика» ФБГОУ ВПО НГТУ им. Р.Е. Алексеева при преподавании дисциплины «Теория корабля».

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось и одобрено на следующих всесоюзных конференциях:

Экспериментальные исследования мореходных качеств судов и плавучих технических средств в сложных погодных условиях (г. Калининград, 1982г.);

Проблемы создания новой техники для освоения шельфа (г. Н. Новгород, 1984, 1986,1989гг.);

Экспериментальные методы исследования способов активного воздействия на мореходные качества судов (г. Одесса, 1984г.);

Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР. (г. Москва, 1986г.);

Совершенствование средств и методов экспериментальной гидромеханики судна для развития научного прогресса в судостроении. (г. Николаев, 1988г.);

Современные технологии в кораблестроительном и авиационном образовании, науке и производстве, г. Н.Новгород, 2006, 2009 гг.;

Наука и технологии. Краткие сообщения XXVII Российской школы, посвященной 150-летию К.Э.Циолковского, 100-летию С.П.Королева и 60-ти летию Государственного ракетного центра "КБ им. академика В.П.Макеева", г. Екатеринбург, 2007г.

Работа докладывалась на семинаре кафедры «Теоретическая механика» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева под руководством, академика Академии водного транспорта, д. т. н., проф. Н.Ф. Ершова. В завершённом виде работа докладывалась на расширенном семинаре кафедры «Теория корабля и гидромеханика» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева под руководством, д. т. н., проф. Е.М. Грамузова.

Публикации. По результатам исследований, представленных в диссертационной работе, опубликовано 9 научных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и рисунков. Она содержит 178 страниц машинописного текста, 12 таблиц, 185 рисунков, библиографию из 141 наименования, в том числе 22 на иностранных языках.

Похожие диссертации на Управляемость буксирного состава в сложных путевых и метеорологических условиях