Рассмотрены современное состояние и вопросы стандартизации гидрографической съемки, выполняемой в инженерных целях на внутренних водных путях, в прибрежной зоне морей и континентальном шельфе. Отмечается многообразие существующих нормативных документов, основанных на устаревших нормах и правилах традиционной аналоговой гидрографии сорокалетней давности. Обращается внимание на наличие ряда нормативных документов, регламентирующих выполнение съемки рельефа дна в целях обеспечения гидротехнического строительства, осуществления дноуглубительных работ, строительства сооружений на континентальном шельфе, а также специальные съемки на нижних бьефах гидроэлектростанций, не соответствующих современным требованиям. Данные документы за последние годы неоднократно актуализировались, однако содержание некоторых из них принципиально не менялось и попрежнему оставалось не соответствующим современным технологическим возможностям международной гидрографии. Новые парадигмы цифровой гидрографии, впервые внесенные в Стандарты S‑44 (4‑я редакция (1998 г.)) получили свое развитие в 5‑й (2008 г.) и 6‑й (2022 г.) редакциях. В работе проанализированы основные нормы действующих нормативных документов инженерной гидрографии, принятых в начале ХХI в.: РД31.74.04–2002, СНиП 11–02–96, СП 11–104–97, СП 11–114–2004, а также документы последнего десятилетия: СП 317.1325800.2017, СП 47.13330.2016 и СП 504.1325800.2021. Показано, что все эти документы базируются на концептуальных положениях аналоговой гидрографии, содержащихся в Правилах Гидрографической службы № 4 (ч. 2), изданных в 1984 г. Главным Управлением навигации и океанографии Министерства обороны. Особое внимание обращается на критерии оценки качества (точности, правильности и надежности) результатов съемки рельефа дна. В частности, оценка точности планововысотного положения в аналоговой гидрографии, согласно Правилам Гидрографической службы № 4 (ч. 2), выполняется с доверительной вероятностью 63–68 %, в то время как в Стандартах S‑44 используется доверительной вероятность 95 %. В результате требования к допустимой точности исправленной глубины, указанные в Стандартах S‑44, установлены в два раза выше, чем в отечественных правилах гидрографической службы и некоторых Сводах Правил для инженерной гидрографии. Отмечается, что в ряде действующих нормативных документов инженерной гидрографии не учитываются новые возможности гидроакустической аппаратуры, включая многолучевые эхолоты, батиметрические гидролокаторы бокового обзора и низкочастотные эхолоты — профилографы, предназначенные для изучения рельефа дна и верхней части разреза дна, используемые для инженерных и других научных целей. Указано, что новой парадигмой Стандартов S‑44, принятых в 2022 г., является введение понятий: «батиметрическое покрытие», «обнаружение объектов» и «поиск объектов», обусловивших возможность использования такого нового инструмента для проектирования и формирования краткой характеристики съемки, в том числе инженерной, как «матрица спецификаций». Отмечается отсутствие новых российских спецификаций выполнения как традиционных, так и инженерных гидрографических съемок, основанных на базе Стандартов S‑44 Международной гидрографической организации, и необходимость их срочной разработки, согласования и утверждения

Темой исследования является влияние фактической метацентрической высоты контейнеровоза на надежность средств крепления контейнеров в контексте предотвращения их потери за борт — проблемы, которая является в настоящее время одной из наиболее актуальных в отрасли. Отмечается, что рост контейнеровместимости судов во многом обеспечивается за счет увеличения количества ярусов в палубных контейнерных штабелях. Динамические нагрузки на средства крепления контейнеров, расположенных в верхних ярусах контейнерных штабелей, возрастают, что является особенно опасным в условиях интенсивной бортовой качки. Отмечается, что международное профессиональное сообщество в полной мере осознает важность и актуальность этой проблемы и разрабатывает план ее решения. Рассмотрен вопрос оценки предполагаемой надежности систем и средств крепления контейнеров на контейнеровозах в контексте предотвращения потери контейнеров за борт. Сложность этой оценки заключается в наличии множества неопределенностей в расчетном алгоритме. Предполагается эти неопределенности квантифицировать с учетом имеющегося опыта и статистических данных в рамках отраслевого проекта TopTier. Существующие методы и расчетные алгоритмы не учитывают, что фактическая аппликата центра тяжести контейнеров отличается от расчетной. Целью настоящей работы является исследование влияния фактической метацентрической высоты контейнеровоза на параметры бортовой качки и зависящие от нее нагрузки на контейнеры и средства их крепления. Для этого на примере реального ультрабольшого контейнеровоза выполнен сравнительный анализ влияния метацентрической высоты на ускорение бортовой качки. Показано влияние ускорения бортовой качки на нагрузки, действующие на палубный контейнерный штабель. Обоснована необходимость учета фактической аппликаты центра тяжести контейнеров для корректного определения метацентрической высоты контейнеровоза и расчета нагрузок с целью обеспечения безопасности эксплуатации контейнеровозов и предотвращения потери контейнеров за борт.

Темой исследования является выявление закономерностей развития экспортных грузопотоков зерновых культур из южных регионов Российской Федерации. Проведен анализ объемов перевозок зерна из портов Азово-Черноморского и Каспийского бассейнов в отдельности. Выделены главные потребители и импортеры российского зерна, а также основные направления в перевозках зерновых грузов из южных регионов России. Рассмотрены различные типоразмеры судов, привлекаемые к транспортировке рассматриваемой категории грузов, а также причины их использования при экспорте российского зерна из портов Каспия и Черноморско-Азовского бассейна. Отмечены основные виды зерновых культур, подлежащие экспорту из южных регионов Российской Федерации, в том числе определена их доля от общего объема всего перевозимого зерна. Представлена динамика изменения объемов перевозок отдельных зерновых культур из портов Азово-Черноморского бассейна и Каспийского моря соответственно. Проанализирована тенденция к стабильному ежегодному приросту экспортных грузопотоков российского зерна. Рассмотрена сезонность в экспорте исследуемой категории грузов, выделены ежегодные временные пики в кривых грузопотоков, соответствующие резкому увеличению объемов перевозок зерновых культур. Отмечено наличие закономерностей в поведении кривых экспортных грузопотоков зерна из южных регионов России, проявляющееся в схожести форм кривых объемов перевозок в различные годы, а также в их стремлении приблизиться по своим параметрам к средней кривой грузопотоков, рассчитанной за весь анализируемый период. Предложен к обсуждению вопрос о возможности учета рассматриваемых тенденций при прогнозировании изменения объемов экспортных перевозок зерновых культур из портов Азово-Черноморского и Каспийского бассейнов.

В статье дано описание результатов исследований, направленных на уточнение первичной базы методов технологического проектирования морских портов и терминалов. Наряду с основным параметром — ожидаемым годовым грузопотоком, ключевым вопросом для всех подобных расчетов является структура потока судов, реализующего грузопоток. Отмечается, что каждый тип судна характеризуется определенными параметрами, от которых зависит продолжительность обслуживания в порту и, в конечном счете, занятость причалов. Подчеркивается, что с учетом случайности характера всех исходных и промежуточных величин традиционные аналитические методы предписывают использование для оценки конечных технологических ресурсов средние величины, позволяющие корректировать полученные результаты, что дает возможность использования простых алгебраических методов работы с детерминированными величинами и исключает появление каких-либо средств оценки возможного разброса значений вокруг полученных средних величин. Обращается внимание на то, что в практике работы таких инвестиционно емких объектов, как морские порты, степень разброса параметров характеризует вероятности ошибок первого и второго рода, а именно создание недостаточных мощностей, приводящих к возникновению потерь от ожидания в очереди на обслуживание, и избыточных мощностей, связанных с потерей избыточной капитализации. На основе проведенного исследования можно сделать вывод о том, что объективной меры, определяющей баланс между этими потерями, не существует, поскольку решение является сугубо предпринимательским, основанном на риске потерь и возможных выигрышей. В предлагаемом исследовании приведено описание инструмента, позволяющего достаточно объективно принимать соответствующие предпринимательские решения.

В работе рассмотрены проекты судов и существующие суда для перевозки водорода в различных его агрегатных состояниях и химически связанном виде. Целью исследования является определение оптимального с точки зрения удельной грузоподъемности способа транспортировки водорода морским транспортом. Задачей исследования является установление зависимости между размером перевозимой товарной партии водорода (с учетом его состояния) и технико-эксплуатационными характеристиками судна для его транспортировки применительно к каждому из возможных способов его хранения на борту. Обобщены и проанализированы материалы исследований отечественных и зарубежных ученых, а также профильных руководящих документов. Определены типоразмерные ряды транспортных судов для транспортировки водорода в разных агрегатных состояниях (сжатом, сжиженном) и в химически связанных видах (в виде аммиака, метанола, жидких органических носителей), содержащие информацию об их эксплуатационных характеристиках: чистой грузоподъемности, грузовместимости, главных размерениях и т. д. Определены оптимальные с точки зрения удельной провозной способности транспортной линии способы морской транспортировки водорода. Использованный подход позволил определить оптимальные с точки зрения удельной провозной способности варианты морской транспортировки водорода на судах водоизмещением 25…80 тыс. т. Определено, что оптимальными с точки зрения удельной грузоподъемности в рассматриваемом диапазоне водоизмещения являются газовозы LPG и танкеры-химовозы для транспортировки аммиака и метанола соответственно. Концептуальные проекты судов для транспортировки водорода в «чистом» виде (сжатом или сжиженном) показали самые скромные результаты. Промежуточное положение занимает способ транспортировки водорода при помощи жидких органических носителей.

Темой исследования является анализ надежности русловых прогнозов, выполняемых с использованием методов математического моделирования при проектировании инженерных мероприятий на судоходных реках, который в значительной степени зависит от точности оценки гидравлического сопротивления и параметров транспорта наносов. В работе отмечается, что гидравлическое сопротивление естественных русел является одной из основных проблем динамики русловых потоков и объектом пристального внимания ученых. Акцентируется внимание на том, что сопротивление естественных русел шероховатости выступает в трех видах: первый — это шероховатость зернистой поверхности дна; второй — шероховатость, создаваемая валунами; третий — шероховатость микроформ: рифелей и гряд. Также подчеркивается, что влияние на сопротивление движению воды оказывают русловые мезоформы: косы, побочни, осередки, острова, изгибы русла и такие сложные образования, как перекаты. Этот вид сопротивления, обычно называемый сопротивлением формы русла, в связи с перемещением и деформациями мезоформ может заметно изменяться во времени. Обращается внимание на то, что сложность и недостаточная изученность этого вопроса существенным образом ограничивают возможности теоретического подхода к его решению. Поэтому полученные результаты носят в основном эмпирический или полуэмпирический характер. В работе приведены результаты экспериментальных и натурных исследований, позволяющих выявить основные особенности движения потока на извилистых участках рек. Рассмотрена одна из особенностей движения потока на поворотах русла, такая как возможность появления дополнительных потерь энергии. Проанализировано суммарное сопротивление изогнутого участка русла, состоящее из трех основных частей: сопротивления зернистой поверхности дна, сопротивления донных гряд и сопротивления формы русла. Сделан вывод о том, что добавочное сопротивление, создаваемое изгибом, зависит от кривизны русла, быстроты изменения глубин по длине извилины, а также отражает воздействие на поток побочней, формирующихся у выпуклого берега.

Темой работы является исследование проблемы обеспечения мониторинга движения судов, в том числе маломерных на внутренних водных путях, расположенных в границах крупных населенных пунктов. Отмечается, что такая ситуация обусловлена в первую очередь ограничениями в применении радиолокационных систем и радиотехнических средств, работающих в ультракоротковолновом частотном диапазоне в черте города. Акцентируется внимание на том, что в крупных городах Российской Федерации внедрены и успешно используются системы видеонаблюдения. Рассмотрена система, действующая в г. Москве для наблюдения за акваторией в черте города в рамках системы управления движением транспорта. В зону действия камер попадает большинство участков внутренних водных путей, расположенных в черте г. Санкт-Петербурга. Рассмотрены возможные подходы использования городской системы видеонаблюдения для мониторинга акватории в черте г. Санкт-Петербурга. Описаны технологии на основе искусственных нейронных сетей потенциально пригодные для идентификации судов и определения их точного местонахождения в заданный момент времени. Проанализированы преимущества и недостатки рассмотренных методов, а также предложен вариант решения обратной задачи пеленга судов (с берега) с применением систем видеонаблюдения, состоящее из двух камер. Предложен алгоритм работы системы для идентификации и определения параметров движения судов. Проанализирован отечественный и зарубежный опыт решения проблем идентификации судна с использованием систем видеонаблюдения, а также определения параметров движения судов. В качестве решения предложены следующие нейронные сети: поиск объекта и распознавание текста как основа для дальнейшего изучения исследуемой проблемы.

Рассмотрен способ измерения отклонений деформированной оси корпуса судна от исходного (недеформированного) положения, возникающих при общем остаточном перегибе или прогибе. Отмечается, что данный дефект может существенно снизить уровень общей прочности и надежности корпуса судна в процессе эксплуатации и явиться причиной внезапного отказа. Кроме того, наличие общих остаточных деформаций корпуса не только отрицательно влияет на прочность и надежность корпуса, но и затрудняет выполнение грузовых операций, а также приводит к погрешностям в определении количества груза в танках наливных судов. Результатами проведенного исследования являются новая методика измерения отклонений оси корпуса судна с общими остаточными деформациями от ее исходного недеформированного состояния и новые математические зависимости для вычисления точных координат деформированной оси корпуса. Эти новации позволят более точно оценить уровень общей прочности корпуса и при необходимости разработать технологический процесс устранения общего остаточного перегиба (прогиба). Подчеркивается, что процедура определения параметров общих остаточных деформаций усложняется еще и тем, что максимальная стрелка перегиба (прогиба), полученная по результатам измерений, включает также упругую составляющую. Разработанные математические зависимости позволяют исключить из максимальной стрелки перегиба (прогиба), получаемой в результате измерений, упругую составляющую, вызванную нагрузкой, действующей на корпус судна. Разработано приспособление для фиксации отклонений оси деформированного корпуса судна от исходного (недеформированного) положения. Новая методика измерений и данное приспособление позволят выполнять измерения не только при нахождении судна на слипе или в доке, но и на плаву у причальной стенки. В связи с тем, что геометрические характеристики сечений по длине корпуса изменяются, обосновано оптимальное число измеряемых участков (5–7) в районе цилиндрической вставки при длине каждого участка, кратной рамной шпации. Дан пример определения кривизны корпуса на каждом из деформированных участков путем пересчета результатов измерений в точные ординаты положения остаточной изогнутой оси.

Настоящая статья посвящена исследованию проблемы повышения надежности специальных силовых приводов, конструируемых исключительно на базе цилиндрических зубчатых рядовых и однорядных планетарных механизмов, позволяющих создавать многофункциональные, высокотехнологичные изделия, имеющие уравнительные свойства, дающие возможность устранить завышение массы узлов и сопряженной с ней массы металлоконструкции, а также обеспечивающие высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели изделия. Рассмотрены сложные составные передачи с дифференциалом, у которого все звенья подвижны, что позволяет им работать с различными функциями разветвления потоков мощности: раздавать движение нескольким потребителям; суммировать несколько независимых движений, требующих вращение своих входных звеньев в одну или разные стороны; создавать системы с наложенным регулировочным движением и системы с бесступенчатым регулированием, а также решать другие задачи. Основное внимание уделено распределителям момента, которые при одном ведущем звене имеют несколько ведомых звеньев. Отмечается, что наиболее часто в судовой и крановой технике используются распределители с двумя ведомыми звеньями. Разработка вопросов теории передач подобных устройств имеет особенности и невозможна без учета их энергокинематического состояния. Сформулированы свойства дифференциального механизма и на их основе построены аналитические зависимости, с помощью которых можно создать распределитель с заданными кинематическими, силовыми, энергетическими параметрами с учетом схемно-компоновочных требований. Для повышения надежности распределителей с большим значением общего передаточного отношения разработаны решения, упрощающие конструкцию силового привода. Для конструкций, обеспечивающих заданное несоосное расположение приводных валов, предложены решения, исключающие наличие открытых передач и способствующие разработке конструкций современных образцов силовых приводов.

Темой исследования является развитие методов обеспечения надежности судовых механических систем. Эксплуатация судов в акватории Северного морского пути накладывает дополнительные требования, предъявляемые к судовому механическому оборудованию согласно гл. 6 Полярного кодекса. Актуальность исследования обусловлена тенденцией к проектированию новых судов ледового класса для работы в Арктике и продлению срока службы существующего арктического флота, который должен обеспечивать работоспособность при низких температурах воздуха. Особое внимание уделено рассмотрению прогнозирования срока службы судовых механических систем. Отмечается, что с учетом воздействия внешних циклических нагрузок и морской коррозионной среды оценка надежности является сложной комплексной задачей, для решения которой необходимо рассматривать все этапы жизненного цикла от проектирования до момента прекращения их эксплуатации. В целях улучшения существующих методов оценки надежности в процессе работы были рассмотрены аварийные случаи на судах, работающих в полярных водах. Предложена программа управления ресурсами, позволяющая систематизировать организационно-технические мероприятия в период эксплуатации, а также осуществлять прогнозирование на этапе проектирования. Предложена программа управления рисками, позволяющая объединить организационно-технические мероприятия, направленные на определение элементов судовых механических систем, требующих особого внимания, эффективно распределяя при этом техническое обслуживание. На этапах жизненного цикла предлагается система обеспечения надежности, включающая три уровня оценки: управление надежностью, управление ресурсом и управление рисками.

Статья посвящена изучению закономерностей сжигания бедных метановоздушных смесей в судовых двигателях внутреннего сгорания. Выполненный обзор литературы показал, что реализация технологии сжигания гомогенной бедной метановоздушной смеси позволит повысить степень сжатия, снизить расход топлива и улучшить экологические показатели двигателя. Однако, из-за увеличения пропусков зажигания и снижения скорости распространения пламени, сжигание бедных метановоздушных смесей остается пока нерешенной задачей. В статье изучено влияние коэффициента избытка воздуха (от 1 до 1,4) на режим турбулентного горения (оцениваемый критериями Карловица и Дамкелера), а также полноту и скорость сгорания топлива. Выявлено, что обеднение топливовоздушной смеси в условиях интенсивной турбулентности приводит к увеличению критерия Карловица и уменьшению критерия Дамкелера, что свидетельствует об уменьшении скорости химических реакций во фронте пламени. В результате процесс сгорания характеризуется растяжениями и разрывами фронта пламени. Поэтому для интенсификации сгорания бедных метановоздушных смесей целесообразно увеличивать среднюю скорость вихревого потока, а не интенсивность турбулентности. Изучение влияния коэффициента избытка воздуха на полноту и скорость сгорания топлива показало, что обеднение смеси приводит к уменьшению полноты сгорания топлива с 93,5 % (при α = 1) до 83 % (при α = 1,4). Значения скорости сгорания также уменьшается, а их максимальные значения смещаются с 13° (при α = 1) до 24° (при α = 1,4) градусов после верхней мертвой точки. Сделан вывод о том, что для эффективной работы двигателя на бедных смесях необходимо увеличивать скорость сгорания топлива за счет дополнительной закрутки газовоздушной смеси или применения промоторов горения.

В работе рассмотрен метод повышения эффективности замкнутых систем охлаждения судовых энергетических установок, исключающих потребление забортной воды. Отмечается, что широко распространенные в настоящее время разомкнутые системы охлаждения, предусматривающие потребление забортной воды, подвержены засорению, особенно в загрязненной акватории, что может привести к прекращению работы энергоустановки. Обращается внимание на то, что особенно при эксплуатации судна в районах интенсивного рыболовства наносится существенный ущерб рыбным ресурсам, происходит интенсивное уничтожение планктона как основы пищевой цепочки. Предложена интенсификация процессов теплоотвода, позволяющая снизить массогабаритные показатели замкнутых систем, обеспечив тем самым их более широкое внедрение в судостроении. Задачей исследование является определение наиболее эффективных методов такой интенсификации. На примере судового обшивочного теплообменного аппарата исследована возможность использования с этой целью газожидкостных струй. Были проведены визуальные и теплотехнические исследования на моделях обшивочных аппаратов. Выполнено моделирование наихудших условий их работы (теплоотдача при свободной конвекции), когда забортная вода неподвижна относительно корпуса судна. Визуальные исследования показали, что всплывающие пузырьки воздуха имеют поперечные пульсации, разрушающие пристенный пограничный слой, формирующийся вдоль теплоотдающей поверхности, который препятствует процессу теплоотвода. Теплотехнические исследования подтвердили существенное (в десять и более раз) увеличение теплоотдачи. Причем этот эффект усиливается по мере уменьшения температурного напора между теплоотдающей поверхностью и забортной водой, что очень важно при нахождении судна в экваториальных водах. Данный метод интенсификации процесса сопоставлен со случаем создания (например, посредством насоса) локального течения заборной воды вдоль поверхности такого теплообменника. Определено, что последний уступает по эффективности газожидкостным струям. Сделан вывод о том, что использование этого достаточно простого метода интенсификации теплоотвода замкнутых систем охлаждения обеспечит их более широкое внедрение в практику судостроения.

Темой исследования является рассмотрение решения актуальной задачи продления времени выполнения полетных заданий беспилотных транспортных систем мультироторного типа с помощью автоматизированных систем зарядки и подпрограммы автоматизации, которая в настоящее время является одной из востребованных в сфере разработок и пилотных внедрений. В статье рассмотрена ситуация применения беспилотной авиационной системы для выполнения автономных полетов между районом грузового порта, например, для сбора данных для построения цифровых пространственных моделей или для передачи определенного типа грузов. Отмечается, что ввиду значительный размеров и удаленности грузовых терминалов друг от друга необходимо размещение сети автоматизированных зарядных станций. Дано обоснование эффективности выполнения автономных полетов и для решения задачи маршрутизации приведена новая модель полетного задания беспилотной авиационной системы с учетом размещения мест зарядных станций, например, в районах грузового порта. Для решения поставленных задач рассмотрен новый аппаратный комплекс для зарядки беспилотных авиационных систем с учетом приемного модуля с катушкой на борту и наземной системой посадки для зарядки, приведены принципиальные схемы и указаны ограничения для выполнения процесса заряда аккумуляторов. Приведены фрагменты программных кодов автоматизации графического интерфейса вебсервера c отображением всех параметров и расчетом коэффициента полезного действия при зарядке. Обоснован выбор программной среды Arduino IDE. Отмечается возможность использования разработанной автоматизированной станции для заряда аккумуляторов для большого класса беспилотников мультироторного типа. На основе серии эксперименов в летном исследовательском поле лаборатории беспилотных авиационных систем ФГАО ВО ГУАП установлено, что зарядной станции вместе с приемным модулем удалось достигнуть КПД по передаче заряда на уровне 73,7 %. Полученные значения КПД позволяют сделать вывод о возможности ее практического использования для реальных транспортных задач и возможности развертывания сети, в частности, на выделенных специализированных участках грузового порта. Разработанная подпрограмма автоматизации при развертывании сети зарядных станций (например, в разных районах порта) позволяет создать информационную систему мониторинга работы зарядных станций, что значительно повышает управляемость и надежность системы.