Вероятность Р8 принимается за 1, и рассчитывается необходимый шаг ячеи в мешке по схеме 4 страница

e=0.1427t_Г +35.32P_H-50.7 (96)

e=0.107t_Г +26.49P_H+0.618P_Z-39 (97)

На судах типа «Моонзунд» в качестве ГД устанавливались дизеля типа 6VDS48/42 AL-2 номинальной мощностью 2х2648 кВт при n=500 об/мин для них:

e=0.762t_Г -208.5 (98)

e=0.546P_H+12.4 (99)

e=11.678P_Z-33.5 (100)

e=0.206G-11.7 (101)

e=0.092t_Г +0.48P_H-14.5 (102)

e=0.079t_Г +0.457P_H+0.73P_Z-13.5 (103)

На судах пр. 1288 и 16080 типов «Пулковский меридиан» и «Антарктида» в качестве ГД устанавливалась пара дизелей типов 6ЧН40/46 номинальной мощностью 2х2574 кВт при n= 520об/мин для них:

e=0.646t_Г -175.5 (104)

e=44.54P_Н +30 (105)

e=1.115P_Z-35.9 (106)

e=0.189G -1.6 (107)

e=0.32t_Г +22.3P_H-72.7 (108)

e=0.215t_Г +14.85P_H+0.372P_Z-60.5 (109)

e=0.16t_Г +11.1P_H+0.28P_Z+0.048G-45.8 (110)

На судах пр. А-333 типа «Орлёнок» в качестве ГД устанавливали пару дизелей типа 8VD26/20 AL-2 номинальной мощностью 2х882 кВт при n=1000об/мин для них:

e=0.4973t_Г -118.7 (111)

e=52P_H+4.1 (112)

e=0.2486t_Г +10.36Р²_Н +4.8P_H-49.46 (113)

На рис. 38 – 43 показаны тяги новых траулеров, т.е. это эталон, который достигается судном только один раз во время ходовых сдаточных испытаний на заводе – строителе. Во время эксплуатации судов их тяга находится в постоянной динамике: от ремонта до ремонта она снижается, а во время ремонта - повышается. Следовательно, уместно ввести понятие о фактической тяге и надо иметь метод ее получения на любом судне в любой момент времени силами членов экипажа.

Фактическую тягу траулера можно определить по зависимости:

Ррф = Ррн – ΔРр (114)

где ΔРр – потеря тяги. Потеря тяги имеет две составляющие: потерю тяги из-за износа машино-движительного комплекса (МДК) и потерю тяги из-за износа корпуса судна. Потеря тяги из-за износа МДК складывается из многих факторов:

· потеря мощности ГД из-за износа цилиндропоршневой группы, из-за износа топливной аппаратуры, из-за нарушения регулировок ГД;

· потеря мощности в опорах гребного вала из-за их износа и повышенного трения;

· рост шероховатости лопастей винта, что приводит к равенству моментов сопротивления и генерируемого ГД на меньших углах атаки лопастей у ВРШ или на меньших оборотах ГД при ВФШ, что уменьшает упор винта.

Эта часть потерь не зависит от скорости судна и может быть определена на судне, лежащем в дрейфе с ГД, работающим на винт при нулевом упоре. Потеря тяги из-за износа корпуса зависит от скорости и обусловлена обрастанием корпуса, гофрировкой корпуса, а также воздействием ветра и волнения. В первом приближении можно принять зависимость потери тяги от скорости линейной. Если принять линейную модель, то проблема отыскания зависимости потери тяги от скорости сильно упрощается, т.к. для построения прямой достаточно двух точек. Методика получения зависимости ΔРр=f(V) базируется на проведении двух испытаний судна: на свободном ходу и в дрейфе с ГД, работающим на винт при нулевом упоре.

При испытании судна на свободном ходу измеряются параметры: скорость свободного хода, относительная мощность, развиваемая ГД и мощность, отбираемая валогенератором. По этим параметрам рассчитывается мощность, пошедшая на винт (87) и (86) и по (79) рассчитывается потеря тяги на свободном ходу. Проведение таких испытаний не требует отвлечения судна от выполнения производственной программы, т.к. на полном свободном ходу судно в море идет не один час. Второй этап испытания судна – испытание в дрейфе с ГД, работающим на винт при нулевом упоре. При этом измеряются косвенные характеристики ГД, т.к. судовой прибор относительной мощности ГД на малых мощностях не работает, и мощность, отбираемая валогенератором. По косвенным характеристикам определяется относительная мощность ГД (зависимости (87 – 113) по типу судна), затем определяется мощность, пошедшая на винт, а по зависимости в форме (79) по типу судна определяется потеря тяги из-за износа МДК. Тогда уравнение потери тяги будет иметь вид: ΔРр = В₀ + В₁V, причем В₀ = ΔРр_МДК, а В₁ = . Фактическая тяга траулера на скорости траления рассчитывается по схеме: по допускаемой мощности, пошедшей на винт и скорости траления рассчитывается тяга нового судна, по зависимости потери тяги на какой-то момент времени и скорости траления рассчитывается потеря тяги, после чего рассчитывается фактическая тяга траулера на какой-то момент времени.

По фактической тяге необходимо настраивать трал с там, чтобы не перегружать ГД. Если возможности регулировки трала данной конструкции исчерпаны, то необходимо переходить на трал другой конструкции. Регулировки и замена тралов возможны лишь в том случае, если имеются технические паспорта тралов.

5.4. Техническая паспортизация тралов.

Технический паспорт получает любое инженерное сооружение. В техническом паспорте дается словесное описание названия важнейших технических характеристик и их числовые значения. Тралы имеют много десятков важных технических характеристик, но не все из них варьируются в течении суток или рейса, а для части важнейших характеристик нет приборной техники для их измерения (например, угол атаки траловых досок, их крен и дифферент), поэтому такие характеристики можно исключить из технического паспорта. При сокращении числа характеристик несколько страдает точность технического паспорта, но расширение номенклатуры технических характеристик делает невозможной саму работу по технической паспортизации тралов. По этой причине в настоящее время технических паспортов на тралы нет. Точнее, какие-то технические характеристики о трале приводятся на чертеже общего вида, но это очень убогая информация для членов судовых экипажей. Технический паспорт трала – очень сложного инженерного сооружения, представляющего собой пространственную проницаемую оболочку, не может быть простым. Технический паспорт на трал – это система уравнений, связывающих одни технические характеристики трала с другими. По нашему подходу к этой проблеме число характеристик должно быть минимальным, но достаточным для целей эксплуатации. Мы выделили восемь важнейших характеристик, причем половину из них мы отнесли к управляющим факторам (или аргументам), а часть к функциям отклика.

К аргументам отнесли:

· длину вытравленных ваеров L, м;

· скорость траления V_T, узлы;

· массу грузов углубителей М, кг;

· длину кабелей и голых концов _К, м.

К функциям отклика отнесли:

· агрегатное сопротивление трала R, кН,

· горизонт хода трала (расстояние от поверхности воды до гужа верхней подборы) Н, м;

· вертикальное раскрытие трала h, м;

· расстояние между траловыми досками , м.

Из дальнейшего будет видно, почему мы стремились к сокращению числа характеристик.

В качестве моделей, связывающих функции отклика и аргументы предлагаются простейшие – линейные модели. Тогда

R = A₀ + A₁L + A₂V + A₃M + A₄l_K

H = B₀ + B₁L + B₂V + B₃M + B₄l_K (115)

h = C₀ + C₁L + C₂V + C₃M + C₄l_K

l_T = D₀ + D₁L + D₂V + D₃M + D₄l_K

Следовательно, задача по получению технического паспорта трала сводится к получению 20-ти коэффициентов для каждой конструкции тралов. Для получения этих 20-ти коэффициентов существует два метода: во-первых, метод случайных наблюдений; во-вторых, метод планирования экспериментов. Оба метода обладают как преимуществами, так и недостатками. К преимуществам первого метода можно отнести простоту сбора информации, а к его недостаткам – сложность обработки результатов наблюдений и узость диапазонов варьирования параметров. Второй метод является современным, при нем легко обрабатываются результаты опытов, но для его реализации требуются специальные технические траления. Поскольку мы не рекомендуем применять метод случайных наблюдений, то он здесь не описывается. Переходим сразу к методу планирования экспериментов. Планов экспериментов существует множество, из которого мы предлагаем план типа ПФЭ 2^К, что означает: линейный полно факторный эксперимент. К – это число факторов, а 2 – означает, что каждый фактор может принимать только два значения: минимальное и максимальное. Из приведенного видно, что только для одноразовых опытов при числе факторов четыре, требуется 16 опытов (2⁴=16). При числе факторов 5, требуется 32 одноразовых опытов, при числе факторов 14 (как это рекомендует известный в промышленном рыболовстве ученый А.Л. Обвинцев) – 16384 одноразовых опытов. Опытами в данном случае являются траления в океане с крупных траулеров, стоимость эксплуатации, в сутки которых обходится в десятки тысяч долларов. Отсюда становится понятным стремления к сокращению числа факторов.

Для реализации плана ПФЭ 2^К, необходимо составить таблицу варьирования факторов. Ниже приведена такая таблица, в которую для наглядности вставлены какие-то случайные числа.

Таблица 7. Описание факторов.

В техническом паспорте трала, приведенном в (115) все факторы находятся в естественных размерностях. При использовании метода планирования экспериментов необходимо преобразовать факторы в безразмерный вид. Делается это с помощью зависимости (116)

(116)

где _i – безразмерное значение i-того фактора,

X_i – размерное значение i-того фактора,

X_i0 – основной уровень i-того фактора,

J_i – интервал варьирования i-того фактора.

X_i0 = (117)

J_i = (118)

В безразмерном виде все факторы при минимальном уровне имеют значение (-1), а при максимальном (+1). Тогда матрица плана будет иметь вид (см. табл. 8)

Таблица 8. Матрица плана экспериментов при числе факторов 4.

№№ ПП	1	2	3	4	R кН	H м	h м	lT м
	-1	-1	-1	-1
	+1	-1	-1	-1
	-1	+1	-1	-1
	+1	+1	-1	-1
	-1	-1	+1	-1
	+1	-1	+1	-1
	-1	+1	+1	-1
	+1	+1	+1	-1
	-1	-1	-1	+1
	+1	-1	-1	+1
	-1	+1	-1	+1
	+1	+1	-1	+1
	-1	-1	+1	+1
	+1	-1	+1	+1
	-1	+1	+1	+1
	+1	+1	+1	+1

Для реализации плана при одноразовом повторении опытов достаточно провести четыре технических траления. На всех современных крупных траулерах промысловые схемы позволяют иметь два вооруженных трала, т.е. имеют схему «дубль». В этом случае трал №1 вооружаем минимальными грузами и минимальными кабелями, т.е. ₃ = -1 и ₄ = -1. Трал №2 вооружаем максимальными грузами и кабелями, т.е. ₃ = +1 и ₄ = +1. Начинаем траление № 1 тралом № 1. Опыт №1:отдаем минимальное количество ваеров, оговоренное в таблицах 7 и 8 и даем максимальную скорость. При этом получится минимальный горизонт хода трала и, если верхняя подбора трала выйдет на поверхность воды, то надо корректировать либо минимальное значение длины ваеров в сторону увеличения, либо максимальную скорость в сторону уменьшения таким образом, чтобы верхняя подбора трала погрузилась под поверхность воды. Результаты корректировки отражаются в таблице 7 и в последующих опытах используются только новые значения факторов. После того как длина ваеров и скорость установлены в заданных значениях, необходимо дать выдержку времени 20 мин. на то, чтобы система судно-трал пришла в равновесие, после этого измеряются все значения функций отклика и записываем результаты в таблицу 8 строка 3.

Опыт № 2: уменьшаем скорость до минимального значения, даем выдержку 20 минут, измеряем значения функций отклика и записываем результаты в таблицу 8 строка 1.

Опыт № 3:травим ваера до максимального значения, выдерживая минимальную скорость, даем выдержку 20 минут, измеряем функции отклика и записываем результаты в таблицу 8 строка 2.

Опыт № 4: увеличиваем скорость до максимального значения, даем выдержку 20 минут, измеряем функции отклика и записываем результаты в таблицу 8 строка 4.

После этого полностью выбираем трал №1 и отдаем трал № 2 для проведения траления №2. При тралении №2 действуем по той же методике, которая применялась в тралении №1:

Опыт №5 = -1, = +1, результаты в таблицу 8 строка 15,

Опыт №6 = -1, = -1, результаты в таблицу 8 строка 13,

Опыт №7 = +1, = -1, результаты в таблицу 8 строка 14,

Опыт №8 = +1, = +1, результаты в таблицу 8 строка 16.

После этого полностью выбираем трал №2 и отдаем трал № 1, у которого грузы углубители довели до максимального значения, для проведения траления №3. При тралении №3 действуем по той же методике, которая применялась в тралении №1:

Опыт №9 = -1, = +1, результаты в таблицу 8 строка 7,

Опыт №10 = -1, = -1, результаты в таблицу 8 строка 9,

Опыт №11 = +1, = -1, результаты в таблицу 8 строка 6,

Опыт №12 = +1, = +1, результаты в таблицу 8 строка 8.

После этого полностью выбираем трал №1 и отдаем трал № 2, у которого грузы углубители уменьшили до минимального значения, для проведения траления №4. При тралении №4 действуем по той же методике, которая применялась в тралении №1:

Опыт №13 = -1, = +1, результаты в таблицу 8 строка 11,

Опыт №14 = -1, = -1, результаты в таблицу 8 строка 9,

Опыт №15 = +1, = -1, результаты в таблицу 8 строка 10,

Опыт №16 = +1, = +1, результаты в таблицу 8 строка 12.

Полностью выбираем трал №2 и на этом опыты закончились, наступает период обработки результатов измерений. Обработку результатов покажем на примере сопротивления трала, по остальным функциям отклика работа аналогична. Задачей обработки является получение пяти коэффициентов А₀, А₁, А₂, А₃ и А₄ для R в системе уравнений (115). Но эти коэффициенты стоят при факторах в их естественной размерности, а в опытах факторы были в безразмерном виде. По этой причине найдем сначала коэффициенты а₀, а₁, а₂, а₃ и а ₄ для факторов в безразмерном виде, а по ним найдем коэффициенты для факторов в естественной размерности.

а₀ = , (119) а₁ = , (120) а₂ = (121)

а₃ = , (122) а₄ = , (123).

Тогда уравнение сопротивления трала при естественной размерности факторов будет: R = а₀ + а_{1 +} а_{2 +} а_{3 +} а₄ (124)

Тогда А₀ = а₀ + а₁*L₀/J_L + а₂*V₀/J_V + а₃*M₀/J_M + а₄*l_K0/J_lk (125)

A₁ = а₁/J_L, A₂ = а₂/J_V, A₃ = а₃/J_M, A₄ = а₄/ J_lk (126)

После получения математических моделей трала (R, H, h, l_T)=f(L, V, M, l_K) проверяется их адекватность. Эта работа выполняется путем построчной подстановки значений факторов из таблицы 8 в математические модели и сравнение результатов расчетов с результатами опытов. Оценивается дисперсия воспроизведения и СКО воспроизведения. Оценивается относительная ошибка воспроизведения путем деления СКО на среднее значение функции отклика. Проводится сравнение относительной ошибки воспроизведения с заранее заданной точностью (которую можно задавать в пределах 5-10%). Если окажется, что условие ε_В<[ε], то работу можно считать законченной. Если модель окажутся неадекватными, то следует уменьшить диапазоны варьирования факторов (таблица 7) и повторить работу.

5.5. Расчет ожидаемого улова тралом.

Ниже будет приведена методика, разработанная замечательным русским ученым Ю.В. Кадильниковым, которую мы несколько упростили для лучшего освоения её студентами.

Анализ тяговых характеристик траулеров и техническая паспортизация тралов позволяют подобрать к судну такой трал, который ему по силам. Применение метода Кадильникова позволяет оценить ожидаемые уловы того или иного варианта оснащения судна тралом и выбрать наилучший с точки зрения экономики вариант.

Улов тралом, безусловно, является случайной величиной, поэтом в дальнейшем целесообразно говорить не о величине улова, а о величине математического ожидания улова, тогда:

m_Q = h₁*l_T*V_T*τ_T*β*χ*P (127),

где m_Q – математическое ожидание улова, т,

h₁ – вертикальная зона действия трала, м,

l_T – расстояние между досками, м,

V_T – скорость траления, м/с,

τ_T – время траления, с,

β – относительная плотность заселения трехмерного пространства,

χ – удельная биомасса скопления, т/м³,

Р – общая вероятность улова тралом.

Вертикальная зона действия трала может быть равна вертикальному раскрытию трала, определенному по паспорту трала, но это только в случае, если трал не деформирован ни дном, ни поверхностью. Во всех остальных случаях – это величина, измеренная прибором, например, ИГЭКом. Относительная плотность заселения трехмерного пространства – это отношение объёмов суммарно занимаемых косяками рыб к объёму разведанного пространства. Удельная биомасса скопления определяется экспериментально. Находится косяк, определяется его объём и облавливается кошельковым неводом. Масса улова делится на объём косяка – получается искомая величина. Величины β и χ рыбаки получают из специальных публикаций и дополняют эти сведения своим опытом. Величина Р – является произведением десяти главных вероятностей:

Р = (128)

Р₁ – вероятность попадания рыбы в пространство между верхней и нижней подборами;

Р₂ - вероятность попадания рыбы в пространство между досками;

Р₃ – вероятность захвата рыбы по трассе траления;

Р₄ - вероятность попадания рыбы в пространство между крыльями трала;

Р₅ - вероятность попадания рыбы в устье трала;

Р₆ - вероятность попадания рыбы в мелкоячейную часть трала;

Р₇ – вероятность удержания рыбы в трале во время траления;

Р₈ - вероятность удержания рыбы в мешке трала;

Р₉ - вероятность удержания рыбы в трале во время выборки трала;

Р₁₀ - вероятность удержания рыбы в трале от момента захода в устье последней стаи до момента выборки трала.

Вероятность Р₁ рассчитывается по схеме:

(129)

где Ф(х) – функция распределения;

– мат. ожидание (МО) разности ординат оси трала и оси скопления рыбы, м;

– среднее квадратичное отклонение (СКО) этой величины, в м.

(130)

где σ_Z – СКО ординаты i-ой рыбы от оси стаи, м ;

ξ– относительная ошибка измерения глубины эхолотом;

Н_m– максимальная глубина «заныривания» стай , в м;

m_h– МО глубины хода стай, в м .

(131)

где σ_h – СКО глубины хода стай, в м

σ_Z = , где С– полувысота стаи в м (132)

Вероятность Р₂ рассчитывается по схеме :

(133)

где σ_УО – СКО разности аппликат оси трала и оси скоплений, в м;

(134)

где σ_У– СКО аппликаты i-ой рыбы от оси стаи, м;

θ– угол диаграммы направленности излучения эхолота;

V_Р – скорость рыбы в м/c;