Исследование гидродинамического коэффициента сопротивления тралов

Наиболее развитым видом рыболовства в морях и океанах в настоящее время является траловый. Объясняется это его большой эффективностью, мобильностью, высоким уровнем механизации производственных процессов и многообразием видов вылавливаемых рыб. Траловый лов охватывает широкий диапазон глубин. Современные рыболовные тралы представляют собой сложные инженерные сооружения, включающие большой комплекс устройств, деталей и элементов различной сложности, структуры и исполнения. Невозможно представить сейчас успешную и эффективную работу рыболовного трала без вооружения его современными устройствами раскрытия, которые несут одну из основных рыболовных функций — обеспечивают зону облова, необходимую рабочую форму и размеры входного устья трала. На размеры входного устья трала также влияют конструктивные особенности трала (количество пластей, значение посадочного коэффициента по подборам, длина подбор и др.).

Сложность проектирования трала как инженерного сооружения определяется, тем, что его характеристики с одной стороны должны хорошо учитывать особенности поведения и распределения объекта лова, а с другой стороны, — соответствовать располагаемой тяге траулера и тяге траловых лебёдок. Для того, чтобы конструкция трала соответствовала располагаемой тяге траулера, нужно уметь рассчитывать сопротивление трала с необходимой точностью.

Сохранение ведущей роли тралового промысла в будущем требует его дальнейшего совершенствования. Важными направлением совершенствования тралового лова является поиск путей снижения гидродинамического сопротивления траловой системы. Сопротивление траловой системы слагается из сопротивления отдельных входящих в неё элементов: канатно-сетной части, деталей оснастки, траловых досок, ваеров и др. При этом сопротивление канатно-сетной части трала составляет около 70% от общего сопротивления системы и потому является главным фактором, определяющим её технические и эксплуатационные показатели:

— скорость траления;

— размеры зоны облова;

— расход топлива на единицу вылавливаемой рыбы, и др.

В этой связи задача определения сопротивления трала занимает важное место в процессе проектирования этого орудия рыболовства.

Несмотря на многолетние исследования работы трала существующие методы расчёта его сопротивления страдают существенными недостатками. К ним относятся:

— не полный учёт конструктивных параметров траловой сети;

— применение в расчёте сопротивления такого параметра, как площадь устья трала, которая в свою очередь зависит от искомой силы сопротивления;

— не полное совпадение учитываемых конструктивных параметров сети с характеристиками современных разноглубинных тралов;

— отсутствие возможности учитывать в расчёте влияние на сопротивление трала подъёмных и заглубляющих сил оснастки и грузов-углубителей, а также распорных сил траловых досок.

Таким образом, существующие методы расчёта сопротивления канатно-сетной части трала нуждается в дальнейшем совершенствовании и развитии.

Решению этой задачи и посвящается диссертационная работа. В ней выработан принципиально новый подход к определению сопротивления канатно-сетной части трала. Он заключается в том, что расчёт гидродинамического коэффициента сопротивления осуществляется по известным конструктивным характеристикам траловой оболочки (посадочным коэффициентам пластин трала, циклам кроя сетных пластин и др.) и силовым характеристикам её оснастки (подъёмной силе оснастки верхней подборы, заглубляющей силе оснастки нижней подборы и грузов-углубителей, а также распорной силе траловых досок), которыми располагает проектировщик.

Для выполнения поставленной задачи были проведены экспериментальные исследования, сетных конструкций в гидроканале «МариНПО». В исследовательской работе большое внимание уделено методике экспериментов, целесообразной и фактической точности полученных результатов.

Центральное место в работе занимают главы, содержащие анализ существующих методов расчёта сопротивление канатно-сетной части трала, обоснование метода расчёта сопротивление трала, анализ результатов экспериментов и их оценка. Экспериментальные исследования позволили обосновать основные этапы расчёта сопротивления траловой сети. В итоге исследований сетных конструкций установлена связь между конструктивными и фактическими характеристиками траловых сетей, предложена методика расчёта сопротивления разноглубинных и донных тралов.

Траловая система — это гибкая формоизменяемая система. Поэтому сопротивление трала зависит от его формы. В свою очередь форма трала зависит от приложенных к нему сил (сил оснастки подбор, распорных сил, создаваемых таловыми досками, заглубляющих сил грузов-углубителей, если ими оснащена данная конструкция трала), и в т. ч. и от искомой силы сопротивления. Выходом из этого положения является использование метода последовательных приближений, в соответствии с которым в первом приближении задаются значения сил оснастки подбор и распорных сил траловых досок, что позволяет дать численную оценку формы сетной оболочки с учётом её конструктивных особенностей (посадочных коэффициентов, циклов кроя сетных пластей и т. д.), и определить сопротивление трала. Затем, во втором приближении, уточняются необходимые силы оснастки трала и силы его сопротивления. Расчёты могут повторяться до тех пор, пока не будет получен желаемый результат как в отношении схем оснастки трала, так в отношении его сопротивления.

Актуальность темы

диссертации определяется острой практической потребностью проектировщиков и эксплуатационников в методике расчёта гидродинамического сопротивления канатно-сетной части трала как донных сетных, так и канатных разноглубинных тралов, обеспечивающей более высокую по сравнению с существующими методами точность результатов и учитывающей конструктивные особенности канатно-сетной оболочки и силы, создаваемые оснасткой трала.

Научная новизна работы состоит в установлении ранее неизвестных зависимостей коэффициента сопротивления канатно-сетной части трала от относительной площади (сплошности) канатно-сетной оболочки, её конструктивных характеристик (посадочных коэффициентов, циклов кроя сетных пластин и т. д), сил оснастки верхней подборы, сил оснастки нижней подборы, заглубляющей силы грузов-углубителей и распорных сил траловых досок.

Практическая ценность заключается в разработке метода и алгоритма расчёта силы сопротивления донных сетных и разноглубинных канатных тралов по входным данным, содержащимся в их технической документации (чертежах, схемах оснастки). Разработанная в диссертации методика реализована в компьюторном программном комплексе «Расчёт сопротивления траловой системы и отдельных её элементов, возможной скорости траления», который нашёл применение в деятельности ряда отечественных и зарубежных проектных организаций, в том числе в «МариНПО», «Фишеринг сервис» (Россия), «МАШЖЕК» (Норвегия),.

Работа является частью научно-исследовательской темы кафедры промышленного рыболовства Калининградского государственного технического университета.

Автор признателен сотрудникам кафедры промышленного рыболовства КГТУ и сотрудникам «МариНПО» за помощь в выполнении настоящих исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Поставленная задача, заключавшаяся в установлении возможности применения формулы (1.38) для расчёта коэффициента сопротивления современных канатно-сетных тралов вцелом выполнена.

2. Экспериментами установленно, что на величину угла атаки ОС/ меридиана канатно-сетной части влияют конструктивные особенности канатно-сетной части трала (посадочные коэффициенты, число пластей, циклы кроя пластей). Охарактеризовать это влияние можно следующим образом:

— увеличение значения посадочного коэффициента по горизонтали их ведёт за собой увеличение угла атаки меридиана канатно-сетной части трала;

— увеличение значения цикла кроя сетных пластей С (увеличение количества ячей скроенных по прямой) ведёт за собой уменьшение угла атаки меридиан, а канатно-сетной части трала;

— увеличение числа пластей I сетной части по периметру трала ведёт за собой увеличение угла атаки^{меридиана} канатно-сетной части трала;

Совместное влияние конструктивных особенностей канатно-сетной части трала на угол атаки ОС^ характеризуется значением комплекса Р, определённого зависимостью (1.40). Увеличение значения комплекса Р ведёт за собой увеличение угла атаки (Х{ канатно-сетной части трала.

3. Экспериментами установленно, что на величину угла атаки ОС канатно-сетной части трала влияют силовые характеристики тралового комплекса (силы оснастки подбор трала, заглубляющая сила грузов-углубителей и распорная сила траловых досок). Влияние сил охарактеризована следующим:

— увеличение подъёмной силы оснастки верхней подборы ведёт за собой увеличение коэффициента сопротивления трала, но когда происходит изменение формы устья трала (из круговой в эллиптическую) — уменьшение коэффициента сопротивления. Это связано с уменьшением площади устья трала;

— аналогично изменяется коэффициент сопротивления с увеличением заглубляющей силы оснастки нижней подборы и грузов-углубителей;

— при увеличении распорной силы траловых досок значение коэффициента сопротивления канатно-сетной части трала также увеличивается. Когда форма устья трала переходит из круговой в эллиптическую происходит уменьшение коэффициента сопротивления.

4. Получена эмпирическая формула (2.15) для расчёта среднего взвешенного значения угла атаки меридиана канатно-сетной оболочки трала в зависимости от геометрических (сплошность Р0 и комплекс Р) и силовых (безразмерной распорной силы траловой доски Т 5 безразмерной подъёмной силы оснастки верхней подборы % и безразмерной заглубляющей силы оснастки нижней подборы и грузов-углубителей X) характеристик орудия.

5. Предпринятая оценка точности проведённых экспериментов дала вполне удовлетворительный результат: ошибка не превышает — 11,5%. В свою очередь предельная погрешность расчёта должна составлять 13,2%. Оценка точности зависимости (2.15) не выходит за рамки точности проведённых экспериментов. Отклонение экспериментальных данных от прямой, определённой формулой (1.38), составляет 5,6%.

6. Приведённые результаты полностью охватывают диапазон характеристик применяемых в настоящее время на практике канатно-сетных тралов.

7. Разработана методика расчёта, позволяющая по чертежу трала и схем его оснастки определить сопротивление канатно-сетной части трала с достаточной для инженерных приложений точностью.

8. Методика расчёта сопротивления канатно-сетной части трала программно реализована и передана для использования в отечественные и зарубежные проектные организации «МариНПО», «Фишеринг сервис», «МАЯТЖЕК» .