ВЕСТНИК ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМ. АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Выполнен сравнительный анализ результатов измерений гидроабразивного износа форсунок струйных насосов, используемых на гидроперегружателях, задействованных на перекачке суспензии воды с песком, и результатов моделирования потока в камере всасывания насоса в районе форсунок.

Моделирование осуществлялось с использованием программного комплекса Fluent в составе программного продукта Ansys. При этом вместо пульпы во всасывающем патрубке смоделирована чистая вода с учетом того, что концентрация песка в суспензии составляет примерно 10 % по объему, поэтому траектории движения частиц песка совпадают с линиями тока воды.

Результаты моделирования показали, что углы атаки на ближнюю к пульпопроводу поверхность форсунки, примыкающую к ее выходному отверстию, близки к нулю, тогда как углы атаки на поверхность форсунки, дальнюю от пульпопровода, существенно отличаются от нуля и составляют 20-50о - значения, при которых гидроабразивный износ возрастает в несколько раз по сравнению с углами атаки, близкими к нулю.

Результаты моделирования подтверждены также обследованием изношенных форсунок: их носовая часть изнашивается по окружности неравномерно - с большей скоростью изнашивается сторона, дальняя от пульпопровода, что приводит к появлению скоса плоскости носового отверстия форсунок, при этом угол скоса достигает 20-25о. Значения микротвердости носовой части изношенной форсунки также соответствуют результатам моделирования.

Измерения показали, что микротвердость носовой части форсунок неравномерна по окружности и наиболее изнашиваемая сторона носика форсунки имеет наименьшую микротвердость. Данный факт свидетельствует о том, что разные районы поверхности носовой части форсунок отличаются друг от друга жесткостью схемы напряженного состояния при гидроабразивном воздействии, что может быть в дальнейшем использовано при выборе режимов лабораторных испытаний на гидроабразивный износ.

Рассмотрено причальное оборудование двух причалов АО «Троица»: «Причал перегрузки нефтепродуктов» и «Железобетонный причал с подкрановыми путями» порта Чайка (г. Северодвинск), которые были введены в эксплуатацию более пятидесяти лет назад.

В связи с частичным отсутствием проектной и полным отсутствием исполнительной документации, а также установкой на причалах нестандартных причальных устройств было принято решение о проведении валидации (проверки в целях доказательства того, что оборудованием можно пользоваться по назначению) швартовных тумб путем выполнения натурных экспериментальных исследований.

В связи с истечением нормативного срока службы ООО Научно-исследовательское объединение «Плеяда» (г. Новороссийск) в 2021 г. был выполнен теоретический расчет для определения несущей способности швартовных тумб.

Целью исследования являлась проверка безопасности функционирования имеющихся в наличии швартовных устройств в существующих условиях работы причальных сооружений. Объектом исследований являлись нестандартные швартовные тумбы, на которые отсутствовала документация об операционном контроле в период строительства, и акты ввода в эксплуатацию.

В качестве предмета исследований рассматривались процессы изменения технического состояния и определения несущей способности тумб. Было установлено, что швартовные тумбы исследованных причалов пригодны к эксплуатации для обеспечения швартовки судов, не превышающих по своим параметрам расчетное значение, и соответствуют требованиям пп. а п. 191 «Технического регламента о безопасности объектов морского транспорта» от 12 августа 2010 г. № 620 (с изм. на 7 октября 2019 г.).

Приведены результаты органолептического и инструментального обследований с применением электронного динамометра АЦД/1Р-250/7И-2. Сделан вывод о том, что корректная оценка технического состояния причального оборудования достигается при должной организации экспертной службы в сочетании с непрерывным деформационным мониторингом.

В статье представлена методика планирования перевозки и выгрузки контейнеризованных грузов во внепортовых условиях, направленная на достижение наиболее эффективного по трудозатратам результата.

Отмечается, что эффективность использования средств морского транспорта для обеспечения перевозок в значительной степени зависит от наличия и технического состояния портов и портовых сооружений.

Исследование способов подготовки необорудованного морского побережья для организации временных перегрузочных пунктов имеет актуальное значение в связи с постоянной необходимостью осуществления снабженческих перевоок в арктические пункты назначения. В специфических условиях Арктической зоны Российской Федерации особую специальную подсистему перевозок формирует регулярный северный (экспедиционный) завоз.

Подчеркивается, что несмотря на значительный объем научных исследований в области транспортного обеспечения частные задачи научного обоснования транспортно-технологических систем перевозок во внепортовых условиях в настоящее время исследованы недостаточно.

Обоснована необходимость разработки новых технических решений для выполнения рассматриваемой задачи с учетом того, что современные условия реализации перевозок грузов предполагают в общем случае применение двух технологических схем транспортировки контейнеризованных грузовых единиц из трюма судна в прибрежную зону в каждом из пунктов назначения перемещением каждой отдельной единицы с использованием плашкоута или вертолета. Для повышения эффективности функционирования транспортно-технологической системы перевозок во внепортовых условиях в дополнение к существующим предлагается альтернативная схема, основанная на использовании саморазборных понтонов (лихтеров) при выгрузке грузов на необорудованное побережье.

Отмечается, что методика планирования перевозки и выгрузки контейнеризованных грузов во внепортовых условиях базируется на том, что частным объектом исследования являются технологические схемы транспортировки определенных объемов партий контейнеризованных грузовых единиц различных категорий, реализуемые в рамках заданного пункта назначения.

В статье представлены исходные данные и расчетные характеристики, используемые в процессе реализации методики, а также структура разработанной методики, описанной в виде блок-схемы. В предложенной методике выполнено вычисление комплексного показателя предпочтительности для каждой рассматриваемой технологической схемы. Рассматриваемая методика позволяет определить наиболее предпочтительную технологическую схему из набора альтернативных схем.

В статье рассмотрена задача проектирования контейнерной линии, являющаяся особенно актуальной в современных мировых политических и экономических условиях, когда поиск оптимальных решений для бизнеса жизненно необходимым. Обсуждаются современные подходы к формулировке задачи проектирования контейнерной линии и методы ее решения, рассматриваемые в отечественной и иностранной литературе.

Описываются четыре вида линейных сервисов, встречающихся в рамках проектирования контейнерной линии: простой сервис, «бабочка», «маятник» и сложный сервис. Основное внимание в работе уделено простому сервису, который может быть сведен к задаче коммивояжера.

Предложена новая формулировка задачи и на ее основе рассмотрен пример описания проектируемой линии: контейнерная линия, базирующаяся на один отечественный морской порт (Владивосток) и четыре морских порта КНР.

Отмечается, что задача может включать другие оптимизационные подзадачи, в том числе задачу распределения множества грузопотоков, решение которых является важным для нахождения рациональных вариантов проектируемой контейнерной линии, но в данной работе не рассматривается, поскольку выходит за пределы настоящего исследования.

Описана генерация вариантов линейных сервисов в виде последовательности обхода портов, проанализированы некоторые ее результаты. Среди сгенерированных вариантов выбран оптимальный, который в виде частного случая одновременно имеет как наименьшие затраты на введение контейнерной линии в эксплуатацию, так и наибольшее количество обслуживаемых контейнеропотоков.

Отмечается, что этот вариант является оптимальным лишь в сгенерированной области решений и может не являться оптимальным для рассмотренного примера задачи.

Темой работы является исследование отрицательного воздействия на окружающую среду угольных терминалов морских и речных портов в результате их деятельности. Отмечается, что работа технологического оборудования терминалов приводит к высоким концентрациям запыленности воздуха и пылевыбросам сыпучего груза. Основными источниками пылевыбросов и пылеуноса являются открытые склады хранения угля. В течение последних 8-10 лет для борьбы с пылением на открытых угольных складах и портовых терминалах получили применение пылезащитные экраны, однако процессы взаимодействия ветровых потоков со штабелями портовых открытых сладов и сетчатыми экранами изучены недостаточно. В связи с указанными обстоятельствами целью настоящей работы является оценка в лабораторных условиях работоспособности сетчатых экранов по снижению запыленности воздуха и пылевыброса сыпучего груза при его хранении на портовых открытых складах. В процессе проведенного лабораторного исследования модели штабелей открытых складов выполнялись в определенном масштабе, что позволило использовать натурный сыпучий груз и реальные сетчатые экраны. В работе представлены результаты исследований работоспособности мягких сетчатых экранов по снижению пылевыбросов с открытых портовых складов при хранении сыпучих грузов с учетом направлений и скорости ветровых потоков на штабели этих складов с различными формами поперечных сечений штабелей. В ходе проведения исследований были получены результаты, свидетельствующие о том, что сетчатые экраны являются эффективными устройствами, снижающими скорость ветрового потока внутри периметра экрана. При этом форма поперечного сечения штабеля не оказывает влияние на их работоспособность, а уровень работоспособности сетчатых экранов по уменьшению запыленности воздуха и размера выброса со штабелей складов с различной формой поперечного сечения зависит от направления и скорости ветрового потока. Применение мягких сетчатых экранов, расположенных по периметру штабеля открытого склада с углем, позволяет значительно уменьшить запыленность воздуха и пылевыброс при воздействии ветра.

Аргументировано предложение в пользу наземной радионавигационной системы e-Loran в качестве альтернативы глобальным навигационным спутниковым системам. Мотивация поиска дублирующего варианта вызвана необходимостью обеспечения надежности позиционирования как предмета противодействия спуфинговым и джамминговым рискам при реализации концепции кибернетической осведомленности на водном транспорте.

Гипотетически рассмотрена возможность использования e-Loran на трассе Северного морского пути в качестве резервной навигационной системы.

Проанализирован опыт эксплуатации пилотных проектов усовершенствованного Loran в вопросе прогнозируемого потенциала точности позиционирования.

Исследован оптимальный способ компенсации системной погрешности геолокации на основе использования дополнительных вторичных факторов. C учетом принципа функционала d-Loran, основанного на сравнении измеренных значений задержки прохождения радиосигнала с опубликованными аналогами для передачи уточнений морским потребителям, определена необходимость применения целостности как критерия доверительной оценки надежности обработки навигационной информации.

Выполнен критический анализ результативности попыток применения метода линейной интерполяции для вычисления промежуточных репрезентативных значений задержки прохождения радиосигнала с целью имитационного моделирования карты дополнительных вторичных факторов.

Выдвинута гипотеза перспективности синтеза изоповерхности поправок на основе В-сплайновой аппроксимации. Реализован повтор на корректном алгоритмическом уровне южнокорейского эксперимента синтезирования карты дополнительных вторичных факторов с измеренными показателями хронометражной задержки распространения радиосигнала в наносекундах от передающей станции Пхохан.

С целью демонстрации практической реализуемости сплайнового алгоритма выполнена компьютерная визуализация картографического фрагмента дополнительных вторичных факторов залива Йонгиль.

Выдвинуто предположение о целесообразности трехмерного представления дополнительного вторичного фактора для ситуационного восприятия вахтенным помощником навигации с коррекцией по карте как процесса в альтернативном позиционировании с целью повышения надежности контроля местоположения за счет визуального оценивания правильности использования поправок дифференциального варианта е-Loran.

Отмечается перспектива применения разработанного пакета прикладных паскаль-программ с реализациями на мониторах дисплейного типа в качестве интеллектуальной поддержки принятия решений судоводителем при апостериорной оценке точности обсервации за счет наглядности визуального представления поля поправок.

Рассмотрены вопросы современного состояния и стандартизации батиметрической съемки, регламентируемые Международной гидрографической организацией.

Отмечается, что четвертая редакция Стандартов S-44 явилась «революционной», ознаменовав собой начало эры современной электронной гидрографии, основанной на понятии «категорий съемки рельефа», обусловленной новыми возможностями глобальных навигационных спутниковых систем и электронных гидрографических информационных систем.

Дана характеристика изменений, внесенных в Стандарт S-44, с 4-й (1998 г.) по 6-ю (2022 г.) редакции.

Проанализированы основные отличия 5-й редакции (2008 г.) и уточненной 6-й версии редакции (2022 г.). Особое внимание уделено вопросу эволюции понятий «батиметрическая модель» и «обнаружение объектов».

Указано, что основой новой парадигмы Стандартов S-44 является требование «батиметрического покрытия» и отказ от понятия «полное обследование морского дна», впервые введенного в 5-й редакции S-44. В результате введения понятий «батиметрическое покрытие» и «обнаружение объектов» в 6-й редакции S-44 впервые оказалось возможным отказаться от такого важного гидрографического параметра, как подробность промера («междугалсовое расстояние»).

Подчеркивается, что совместное применение понятий «батиметрическое покрытие», «обнаружение объектов» и «поиск объектов» привело к необходимости использования в 6-й редакции S-44 такого нового инструмента для проектирования и формирования краткой характеристики съемки, как «матрица спецификаций». Отмечается, что в 6-й редакции S-44 впервые введено понятие «батиметрическая модель», связанное с гридом (регулярной сеткой глубин).

Даны критические комментарии к сведениям об использовании сеточных батиметрических моделей, приведенных в приложениях, не являющихся частью S-44(6.1).

Проанализированы предложения по формированию апостериорной модели неопределенностей результатов съемки рельефа дна, актуальной для площадной съемки с использованием многолучевых сонаров, необходимые для подтверждения выполнения заданной категории S-44.

Указано, что в трех последних редакциях S-44 для оценки планового положения использован термин «стандартное отклонение» без конкретного указания связанной с ним доверительной вероятности. Это требует дополнительных пояснений и уточнений в части рекомендации, касающейся применения коэффициента 2,45 для расчета величины суммарной горизонтальной неопределенности. Обращается внимание на недостаточную проработку в 6-й редакции S-44 вопросов, связанных с альтернативным способом определения поправок уровня на основе высокоточного определения высот нулей глубин в геоцентрической системе координат.

Обоснована необходимость включения в последующую редакцию S-44 спецификаций по контролю качества результатов площадной батиметрической съемки.

Отмечается отсутствие новых российских спецификаций выполнения гидрографических съемок, основанных на Стандартах S-44 Международной гидрографической организации, и необходимость их разработки, согласования и утверждения

Предложен метод определения места судна по глубинам на основе нейронной сети, которая принимает на вход последовательность глубин, измеренных при помощи эхолота, а прогнозирует широту и долготу судна на момент измерения последней глубины. Нейронная сеть имеет архитектуру сети прямого распространения с несколькими скрытыми слоями и полными связями, удовлетворяющую условиям универсальной аппроксимации в соответствии с теоремой Стоуна - Вейерштрасса. Для обучения используется алгоритм Adamax при условии контроля наибольшего значения модуля невязки на каждой итерации. Моделирование выполнялось с использованием языка программирования Python и библиотеки Tensorflow. Модельная поверхность рельефа дна была представлена в виде многочлена второго порядка. Образцы получены на основе виртуальных измерений глубин в узлах координатной сетки с пространственным разрешением не хуже, чем один кабельтов. После сбора образцов выполнялось обучение нейронной сети, в ходе которого не использовалась контрольная выборка. В обучении участвовало несколько нейронных сетей, отличающихся количеством скрытых слоев, а также количеством нейронов в них. После обучения было проведено тестирование, которое предполагало движение судна вдоль меридианов, в точности не совпадающих с используемыми для формирования обучающей выборки. При этом наряду с вариантом средних по долготе меридианов рассмотрен вариант выбора меридианов с использованием датчика случайных чисел равномерного распределения. В результате тестирования все рассмотренные сети показали примерно одинаковую приемлемую навигационную точность, близкую к точности, полученной на обучающей выборке.

Темой исследования являются большие системы водного транспорта, в частности порты, судоходные компании, судостроительные и судоремонтные предприятия, логистические центры, шлюзованные судоходные каналы, регулируемые внутренние водные пути, которые как объекты автоматизированного управления предъявляют следующие требования к его надежности: обеспечение на необходимом уровне безопасности и надежности отдельных технических узлов и подсистем и информационных потоков, циркулирующих в человеко-машинном контуре управления в условиях нарастающей цифровизации транспорта (аналогичное требование должно быть установлено для разрабатываемого программного обеспечения); использование облачных технологий хранения больших данных, что требует учета на стадии проектирования защитных мероприятий как технического, так и алгоритмического характера; разработка на стадии проектирования методики обобщенной интегрированной прогнозной оценки надежности АСУ как основы рассмотрения альтернативных вариантов ее структуры и состава ввиду функциональной разнородности широкого спектра технических устройств, входящих как в субъект, так и в объект управления. Отмечается, что при этом должна быть учтена высокая подверженность объектов воднотранспортной системы многообразным рискам и уязвимостям, как сезонным, так и постоянно действующим (тем самым определяется актуальность разработки метода построения интегральной оценки надежности АСУ для объектов водного транспорта как цели исследования). В рамках общей задачи предлагается решение следующих вопросов: определение размерности и структуры интегрального показателя; включение качественно описываемых уязвимостей, имманентно присущих объекту управления и контуру управления; построение математической модели функционирования проектируемой АСУ; построение на этой основе имитационной модели управления с целью анализа «узких мест», в наибольшей степени влияющих на ухудшение оценки; использование теоретико-вероятностной методики активного управления рисками на стадии рассмотрения альтернативных вариантов отдельных частей проекта. Методологическую основу исследования составляют общие положения прикладной теории вероятностей, теория планирования эксперимента на имитационной модели, оптимизация проектного показателя надежности средствами математического программирования. Результатом работы является метод построения интегрального показателя проектной надежности контура автоматизированного управления для больших систем водного транспорта, агрегирующего вероятности проявления разнородных уязвимостей технических узлов, информационных уязвимостей в точках выхода в облачную среду и потенциальных ошибок в программном обеспечении.

Темой работы является исследование хромовых электролитических покрытий, широко применяемых на водном транспорте для повышения износостойкости деталей ответственного оборудования, в том числе для защиты водоохлаждаемых поверхностей втулок цилиндров судовых дизелей от кавитационного воздействия.

В работе предпринята попытка связать шероховатость хромовых блестящих покрытий с характером распределения в них трещин и, как следствие, с кавитационный износостойкостью покрытий. Были испытаны семь покрытий из блестящего хрома, нанесенных при разных режимах и имеющих разную обработку поверхности, отличающихся друг от друга толщиной, микротвердостью и характером распределения трещин. Хромирование выполнялось в стандартном электролите - водном растворе хромового ангидрида и серной кислоты - следующего состава: хромовый ангидрид (CrO3) - 250 г/л; серная кислота (H2SO4) - 2,5 г/л; содержание трехвалентного хрома - не более 5 г/л; содержание ионов трехвалентного железа - не более 10 г/л. Электролит готовился на дистиллированной воде однократной перегонки. Хром наносили на образцы из серого чугуна СЧ21, вырезанные из втулок цилиндров судового дизеля, бывших в эксплуатации. Испытания на кавитационный износ проводили в пресной воде при температуре воды 20 ± 3 оС на ультразвуковом магнитострикционном вибраторе при частоте и амплитуде колебаний торца концентратора, равных примерно 22 кГц и 28 мкм соответственно.

Расстояние между поверхностью испытываемого покрытия и торцом колеблющегося концентратора выставляли равным 0,5 мм. В процессе испытаний образцы периодически взвешивали на аналитических весах с дискретностью показаний 0,1 мг, при этом наряду с потерями массы образцов оценивали шероховатость поверхности покрытий в очаге износа по значению среднего арифметического отклонения профиля.

Структуру покрытия исследовали на металлографическом микроскопе на поперечных нетравленых шлифах до и после испытаний.

Учитывали, что износостойкость хромовых электролитических покрытий при кавитации определяется двумя факторами: характером трещин в покрытии и толщиной покрытия, а также то, что толщина покрытия влияет на его долговечность, а характер трещин - как на долговечность, так и на скорость изнашивания хромового покрытия.

Густота сетки трещин, выходящих на поверхность, и их ширина определяют шероховатость поверхности, а поскольку кавитационный износ начинается с районов покрытия, примыкающих к берегам трещины в начальный период кавитационного воздействия, происходит хрупкий откол частиц от покрытия путем его разрушения по уже имеющимся трещинам в исходном покрытии, должна прослеживаться зависимость между скоростью изнашивания и высотным параметром шероховатости Ra, что подтверждается результатами экспериментов.

Существование зависимости скорости изнашивания от среднего арифметического отклонения профиля исходной поверхности хромового покрытия позволяет сделать вывод о том, что поверхность втулок цилиндров после хромирования необходимо подвергать шлифованию мелкозернистым инструментом и по возможности полированию. При этом покрытие должно быть плотным, а именно не содержать большое количество широких протяженных трещин.

В работе выполнено исследование складского комплекса контейнерного терминала, представляющего собой сложную систему, выполняющую функции обслуживания проходящих через него потоков.

Отмечается, что хранение на крупных терминалах, где постоянно находятся десятки и даже порой сотни тысяч контейнеров, осуществляется в многоярусных штабелях для минимизации крайне дефицитной площади портовой территории. Такой вынужденный подход к складированию ведет к увеличению трудоемкости операций по выборке контейнеров из штабелей для погрузки на судно или на подвижной состав смежного транспорта.

Подчеркивается, что рост высоты штабеля усложняет соответствующую процедуру вследствие блокировки целевых контейнеров другими контейнерами, что вынуждает перемещать последние для освобождения к ним доступа. Это приводит к увеличению количества дополнительных перемещений при выполнении одного коммерческого (оплачиваемого клиентом) движения по выборке целевого контейнера и соответственно к снижению производительности и росту себестоимости операций.

В частности, отмечается, что увеличение числа вспомогательных перемещений снижает селективность контейнеров, определяемую отношением числа «коммерческих» перемещений к общему их числу и повышает трудоемкость, определяемую обратной к ней величиной.

Получены аналитические выражения для всех классов складирующего оборудования в виде комбинаторных зависимостей, которые могут служить требуемыми объективными и просто вычисляемыми метриками.

Использование этих метрик обеспечивает возможность выполнения более точных расчетов на стадии технологического проектирования, планирования и управления контейнерами терминалами. Тем самым достигается возможность более точного прогнозирования эксплуатационных показателей, учитывающих специфику используемых технологий и организационных решений.

Темой исследования является проблема прокладки безопасного маршрута судна с учетом гидрометеорологической обстановки в районе его следования. Решение задачи предлагается с использованием теории графов. Кратчайшим маршрутом при океанском переходе является дуга большого круга, вокруг которой строится граф.

Узлы графа отстоят друг от друга на расстоянии 12-часового перехода судна. Для узлов графа определяется текущая и прогностическая гидрометеорологическая информация о ветре, волнении и поверхностном течении. Для решения этой задачи предлагается использовать модифицированный алгоритм A* (A-Star).

В качестве эвристической функции используется не расстояние, а кратчайшее время прохождения маршрута с учетом потерь или приращения скорости из-за влияния гидрометеорологических факторов на каждом отрезке пути между соседними вершинами графа. Предлагаемый алгоритм обладает высокой скоростью нахождения оптимального пути. Проведено компьютерное моделирование, иллюстрирующее результат работы предлагаемого модифицированного алгоритма.

Полученные результаты показывают возможность значительной экономии времени при плавании по оптимальному маршруту по сравнению с плаванием по дуге большого круга. Предложенный метод может быть использован для создания систем автоматизированной прокладки оптимальных маршрутов с учетом меняющихся условий окружающей среды.