В работе предложен алгоритм формирования маршрута движения безэкипажного судна по заданной траектории и обходу статических препятствий. Алгоритм реализован путем комбинирования функции движения по траектории и функции, формирующей циркуляцию вокруг заданной точки (препятствия). Маршрут движения задается набором путевых точек с координатами соединенных отрезками прямых, препятствие - в виде координаты центра и радиуса препятствия. Для движения по траектории используется алгоритм, основанный на использовании суммы вектора градиента вспомогательной функции и вектора, задающего направление на заданном участке маршрута, что позволяет обеспечить движение судна вдоль заданного маршрута. Циркуляции вокруг препятствия формируются на основе специального класса векторных полей, предложенных в работах D. Panagou, H. G. Tanner, K. J. Kyriakopoulos. При ориентировании циркуляции в направлении движения по траектории в точке препятствия и ограничении ее заданной зоной маневрирования формируется навигационное векторное поле - набор векторов, показывающих требуемое направление движения в конкретной точке. Для уменьшения вероятности навала безэкипажного судна на препятствие и обеспечения безопасного маневрирования введено дополнительное «отталкивающее» векторное поле, формирующее «запрещенную» зону в навигационном векторном поле. Исследуемые алгоритмы реализованы в среде моделирования Matlab/Simulink. Приведены результаты численных экспериментов для различных сочетаний параметров алгоритма. Результаты представлены графически в виде отображения навигационных векторных полей, показывающих направление движения безэкипажного судна и отображения препятствий, запрещенных зон и зон маневрирования. Планируется дальнейшее совершенствование алгоритма для решения задач обхода динамических и групповых препятствий.

Темой исследования является ледовое плавание, всегда сопровождающееся значительными трудностями и опасностями для судна, его пассажиров и экипажа. Рассматривается наиболее опасная ситуация, возникающая в том случае, если на определенном этапе плавания в ледовых условиях начинается подвижка льда, приводящая к сжатию ледового канала, в котором находится судно. В этом случае на корпус судна оказываются силы давления со стороны льдин, сжимающих канал. Эти силы, зажимающие судно в условиях ледового канала, препятствуют его движению, способствуют разрушению корпуса судна, созданию водотечности и приводят к возможной гибели судна, его пассажиров и экипажа. Исследовано использование перекачки балласта для предотвращения зажима судна при сжатии ледового канала судоводителями, осуществляющими плавание в ледовых условиях. Отмечается, что перекачка балласта позволяет бороться с «зажимом» корпуса льдами для осуществления движения в условиях сжатия ледового канала. Преимуществом ее применения является то, что данная процедура не зависит от других мероприятий, связанных с движением и высвобождением судна из ледового плена, т. е. она может осуществляться вместе с работой двигательно-движительного комплекса судна, заведением ледовых якорей, обмывом корпуса и др. Для мероприятий по перекачке балласта могут быть найдены также другие преимущества, которые могут предотвратить повреждение корпуса судна в условиях сжатия ледового канала. В настоящее время отсутствие научно обоснованной оценки эффективности перекачки балласта не позволяют определить возможности и преимущества этих мероприятий для решения более широкого круга задач с целью обеспечения безопасности и обеспечения движения судна в ледовых условиях, особенно при сжатии ледового канала. В работе предлагается применение научно-обоснованного анализа и оценки эффективности перекачки балласта в условиях ледового плавания. Это позволит расширить перечень типов судов, которым может быть предложено использовать данный способ во избежание повреждений и их опасных последствий при плавании в ледовых условиях.

Выполнена оценка влияния внедрения внутренних субконтейнерных технологий на перевозку сборных партий грузов вглубь хинтреленда морского контейнерного терминала. Выявлены последствия переноса основной тяжести по перегрузке тарно-штучных грузов с территории морского порта на тыловые площадки железнодорожных контейнерных терминалов. Рассмотрен механизм сокращения общего количества и дальнейшего продвижения перегрузочных операций к воротам складов грузополучателей. Отмечены преимущества внедрения новых средств укрупнения сборных грузов, обеспечивающих высвобождение большегрузного контейнера и продвижение грузов вглубь материка с сохранением преимуществ контейнерных технологий. Для решения вопросов оценки ресурсов в рассматриваемых технологиях перевозок предложен способ соизмерения отдельных видов ресурсов и определения уровня эффективности их пропорций в составе той или иной технологии перевозки. Сформулирована задача формирования технологии перевозки по признакам оптимального участия каждого из используемых в процессе перевозки ресурсов. В качестве примера рассмотренного подхода приведен расчет количества тонно-операций для различных вариантов организации перевозки. Отмечается, что перенос основной тяжести тонно-операций по перегрузке сборных грузов в тарно-штучном виде с территории морского порта на железнодорожные контейнерные терминалы (грузовые станции) путем организации перевозок таких грузов в большегрузных контейнерах не нашел отражения в сокращении общего количества тонно-операций. Решению поставленной проблемы призвано способствовать внедрение новых средств укрупнения - внутритранспортных модулей, способных максимально приблизить перегрузку тарно-штучных грузов к складам грузополучателей.

В статье обоснованы предложения по корректировке методики определения утечек воды через неплотности в воротах и затворах судоходного шлюза. Методология учета утечек и определения значений расходов просачивающейся воды обусловлена действующей «Инструкцией по наблюдениям и исследованиям на судоходных гидротехнических сооружениях». Однако существующая методика, установленная в соответствии с действующим нормативным документом, не лишена недостатков. В частности, в ней не учитывается влияние на изменение уровней воды в камере шлюза одновременных процессов поступления воды через неплотности верхней головы и утечки через конструкции нижней головы. Отмечается, что для более точного определения изменения уровней воды в камере необходим учет обоих процессов и их взаимное влияние, т. е. после расчета фильтрационных утечек через нижнюю голову должны быть пересчитаны утечки через верхнюю голову и наоборот. Предложен новый подход к определению утечек с использованием итерационного процесса расчета. Выполнено сравнение данных, полученных расчетным способом по двум методикам, с результатами опытов, выполненных на действующем шлюзе № 15 ФБУ «Администрация «Волго-Дон». Обращается внимание на то, что данные, полученные по методике, установленной в соответствии с действующей инструкцией, дают завышенные по сравнению с опытными данными значения уровней воды в камере. Подчеркивается, что более достоверным оказалось совпадение опытных данных с данными, рассчитанными по предлагаемой итерационной методике. Кроме того, отмечается ненадежность и трудозатратность методов наблюдения за уровнем воды в камере с использованием лодки или бинокля, как это рекомендовано действующей инструкцией. Рекомендовано использование современных технических средств измерений и обработки результатов, имеющихся в настоящее время в составе оборудования действующих судоходных шлюзов.

Исследован вопрос практического применения понятия «гладкости» в новой парадигме изогеометрического анализа для интерполяции любой навигационной изолинии на основе метода сплайн-функций. Отмечается, что в процессе изучения проблемы точного приближения кривизны изолинии допускается практическая возможность изгиба плоской кривой в физическом пространстве с возможностью существования точек разрыва. Учет рассматриваемого геометрического эффекта создает теоретическую предпосылку синтезирования сложных навигационных изолиний. Вариации решения задачи сводятся к оптимальному подбору сплайновой модификации по степени «гладкости». Для понимания возможностей математического ресурса приводится сравнительная оценка типичного набора сплайн-интерполянтов в виде линейных, квадратических или параболических, кубических и нерациональных сплайнов. Рассматриваются преимущества и недостатки каждой кусочной функции. Конкурирующие с перспективным кубическим сплайном линейные многозвенники интерпретируются как минимальные сплайны возможной максимальной«гладкости». Характеристика практического арсенала интерполяционных средств иллюстрируется поясняющими рисунками. Кубический сплайн признается наиболее предпочтительным формосохраняющим феноменом. Теоретически доказывается лидирующая роль кубических кусочных многочленов в вопросах обработки навигационной информации. Обосновываются реальные преимущества кубической сплайн-интерполяции. Исследуется механизм модернизации гибридного алгоритма аппроксимации с получением эффекта быстродействия вычислительных операций за счет конкретизированного представления матричных композиций в развитии гипотезы Шенберга. Предлагается оперирование с заранее известными числовыми реализациями структуры матриц в отличие от классического подхода с перманентным вычислением каждого сплайнового элемента. Дана уточняющая геометрическая интерпретация вероятности возникновения искаженной навигационной изолинии при использовании дифференциального режима спутниковой навигации как альтернативы точного позиционирования положения. Рассматривается алгоритмическая возможность аппроксимации сложной изолинии на основе специальных разработанных предложений. Ситуация моделирования разрывной изолинии является авторской точкой зрения на перспективу восстановления искаженной навигационной изолинии кубическими сплайнами. Исследованные теоретические предположения подтверждаются практическим созданием прикладных программ высокого быстродействия с целью «гладкого» приближения разрывной изолинии или изоповерхности на основе методов кубической кусочной аппроксимации. Модернизация программного обеспечения в предлагаемом исследовании основывается на введении в алгоритм дополнительных логических условий оптимального математического манипулирования точками разрыва навигационных изолиний.

Рассмотрено влияние метацентрической высоты контейнеровоза на формирование условий, способствующих возникновению параметрического резонанса по бортовой качке. Отмечается, что в теории качки судна и существующих методах прогнозирования и учета параметрического резонанса контейнеровозов не рассматривается влияние фактической аппликаты центров тяжести контейнеров на метацентрическую высоту, а, соответственно, и на параметры качки судна. В реальных условиях плавания судна параметры качки определяются фактически, с использованием секундомера, и глазомерно. Рост аварийности с потерей контейнеров за борт позволяет считать, что уже на стадии планирования рейса судна критически важно знать его фактическую метацентрическую высоту и то,какое влияние она будет оказывать на параметры качки в ожидаемых гидрометеорологических условиях. Целью данного исследования является сравнительная оценка влияния метацентрической высоты контейнеровоза на формирование условий, способствующих возникновению параметрического резонанса по бортовой качке. Для этого в работе рассмотрены два характерных условия возникновения параметрической бортовой качки в соответствии с положениями циркулярного письма Международной морской организации, направленного на обеспечение безопасности плавания судов в неблагоприятных погодных условиях и состоянии моря. Изменение фактической метацентрической высоты контейнеровоза оценивалось с учетом возможных значений фактической аппликаты центров тяжести контейнеров. В результате было подтверждено, что изменение метацентрической высоты контейнеровоза оказывает влияние на условия возникновения параметрической бортовой качки. Это выражается в изменении периода бортовой качки, зависящего от метацентрической высоты, и периода набегания волн на судно, зависящего в том числе от курса и скорости судна. Сделан вывод о том, что необходимо учитывать фактическую метацентрическую высоту контейнеровоза для оценки безопасности плавания в ожидаемых гидрометеорологических условиях рейса. Показано, как совокупное изменение метацентрической высоты, курса и скорости судна влияет на возникновение параметрической бортовой качки контейнеровоза.

Проведенное исследование показало, что современная структура маршрутов морских контейнерных линий представляет собой совокупность взаимодействующих подсистем, работа которых не является и, видимо, не может являться полностью синхронизованной. В этой связи перевозимые и вследствие этого передаваемые с фидерных маршрутов на магистральные и обратно контейнеры неизбежно должны складироваться в портах трансшипмента (хабах). Таким образом, процесс хранения и накопления рассматривается как целесообразный инструмент демпфирования грузопотоков, отличающихся по порционности и ритмичности. Отмечается, что моделирование взаимодействующих асинхронных линий предусматривает учет статистики «стыков» обращаемых магистральных и фидерных судов в портах траншипмента с учетом статистической продолжительности их терминальной обработки. Подобная модель позволяет варьировать, в соответствии с требуемыми показателями всей грузопроводящей системы и технологическими возможностями хабов, необходимое либо минимально достаточное количество судов, обращающихся по взаимодействующим маршрутам, определять рациональные варианты технологического оснащения терминалов. «Ручные» эксперименты с подобной моделью могут позволить формировать приоритетные стыковые расписания движения магистральных и фидерных судов для выделенных категорий контейнеров (например, рефрижераторных) либо для отдельных линий при их совместной работе на направлениях, либо для отдельных судов (например, арендованных линейными компаниями с истекающими сроками аренды). Сделан вывод о том, что иной подход может построить равноценные расписания для всех участников взаимодействующих подсистем. В работе представлена разработанная графическая модель взаимодействующих магистральных и фидерных линий, позволяющая проводить вычислительные имитационные эксперименты, целью которых является прогноз объективно складывающегося времени доставки контейнеров, находящихся в сложной асинхронно функционирующей системе линейных маршрутов. Приведены результаты эксперимента, проведенного на базе действующих контейнерных линий, что подтверждает возможность использования предложенной имитационной модели в практической деятельности операторов контейнерных линий, экспедиторов и транспортной клиентуры. Одновременно анонсируется такое новое направление прикладных исследований в транспортной логистике, как моделирование «синхромодальных сетей».

Исследована пространственная и межгодовая изменчивость сплоченности ледяного покрова пролива Лонга в летне-осенний навигационный период 1993-2018 гг. Для всех месяцев указанного периода оценены вероятности образования льда с характеристиками, превышающими ограничения по ледовому классу, представлены их распределения и тенденции изменения. Отдельно рассмотрены особенности изменений сплоченности ледяного покрова в 2015-2018 гг. Для исследования использованы результаты спутникового мониторинга состояния ледяного покрова и данные реанализа GLORYS12.v1. Сравнение результатов фактических измерений с данными реанализа показало приемлемую точность последнего и возможность его дальнейшего применения для оценки динамики изменений ледяного покрова в проливе Лонга. В период 1993-2018 гг. выявлена устойчивая тенденция к сокращению сплоченности ледяного покрова в летне-осенний навигационный период. Показано, что риски для судоходства, связанные с возможностью появления льда, с характеристиками, превышающими допустимые по ледовому классу, снижаются по всей акватории пролива. Доступный период безледокольной навигации с августа по октябрь постепенно увеличивается. Установлено, что в июле и ноябре вероятность встретить опасный лед в проливе уменьшается по мере продвижения с востока на запад. Отмечается, что в июле наблюдаются наиболее благоприятные условия для судоходства на маршруте вдоль побережья полуострова Чукотка, а в ноябре безопаснее всего выполнять переходы вдоль южного берега острова Врангеля. В 1998-2001 гг. и 2010-2013 гг. в ноябре и июле в проливе зафиксированы временные ухудшения ледовой обстановки и увеличение ледовых рисков (до 20 %), которые не оказали существенного влияния на условия навигации. В современном периоде (2015-2018 гг.) тенденций к ухудшению ледовой обстановки выявлено не было.

В работе исследован процесс выбора оптимальных маршрутов крупнотоннажных транспортных судов в акватории Северного морского пути. Актуальность темы связана с требованиями выполнения «Комплексного плана развития Северного морского пути до 2030 г.» и «Стратегии развития арктической зоны России до 2035 г.». Дана оценка современного состояния Арктической транспортной системы и изменений, отразившихся на составе и структуре транспортного флота, затронуты вопросы строительства новых арктических портов и грузовых терминалов, показан рост объемов морских грузоперевозок. Проанализирована продолжительность навигационного периода, а также дана характеристика навигационно-гидрографического, гидрометеорологического и ледового обеспечения судоходства. Выполненный аналитический обзор известных методов поиска оптимальных маршрутов морских судов показал, что все они, как правило, основаны на решении двухкритериальных задач и относятся преимущественно к одному конкретному типу судов, что не позволяет использовать полученное решение для судов разных типов, отличающихся осадкой и ледовой проходимостью. Для преодоления этого недостатка предложен многокритериальный подход, учитывающий протяженность маршрута, время перехода, а также критерии безопасности, связанные с возможной посадкой судна на мель или получением им ледовых повреждений. Кроме того, метод предусматривает учет влияния недостаточной гидрографической изученности рельефа дна на аварийность судов, связанную с касанием опасных локальных поднятий дна, не обозначенных на морских навигационных картах. Получены расчетные формулы для вычисления частных показателей оптимальности маршрутов. В качестве оптимального маршрута предложено использовать решение, удовлетворяющее принципу Парето. Методика прошла проверку при выборе оптимальных маршрутов в акватории Северного морского пути для судов с ледовой категорией Arc7, результаты которой подтвердили эффективность метода.

В работе приведены доказательства того, что при выборе судового топлива зачастую приоритетным является его стоимость, а не качество, что аргументировано наличием на судне системы топливообработки. Подчеркивается, что бункеровка некачественным топливом впоследствии негативно сказывается на состоянии топливной аппаратуры и топливного насоса высокого давления, отвечающего за дозирование топлива и степень нагрузки дизеля в целом. Как показывает статистика, порядка 75 % топливных насосов высокого давления приходят в негодность из-за износа плунжерных пар. Поэтому исследование причин их износа при работе на тяжелом топливе является актуальной задачей. В статье приведены результаты исследования состояния плунжерной пары судовых дизелей типа Hyundai Himsem H21/32, представляющих собой четырехтактный двигатель с газотурбинным наддувом эффективной мощностью Ne = 1860 кВт, используемых на судах в качестве привода дизель-генераторов. Отмечается, что причиной тщательного и детального исследования является отсутствие возможности запуска дизеля после его непрерывной работы в течение 2800 мото-ч на средней нагрузке, равной 45 %, с последующей его остановкой. В этот период используемая марка топлива - RMK 500 (ISO-2041F 2010/12). Для экспериментального подтверждения износа на дизеле были установлены топливные насосы высокого давления с новыми плунжерными парами в приведенной последовательности: к нечетным цилиндрам установлены насосы с новыми плунжерными парами, а у четных оставлены изношенные. При этом наблюдалось неравномерное распределение температуры выпускных газов по четным и нечетным цилиндрам. Кроме того, анализ топлива показал повышенное значение алюмосиликатов и механических примесей даже после сепарации. В работе показано, что именно наличие примесей в топливе является главной причиной разрушения плунжерных пар.

В представленной работе отмечается необходимость наличия для реализации векторного управления асинхронным двигателем информации о сопротивлении роторной обмотки, которая может существенно изменяться в процессе его эксплуатации. Подчеркивается, что основной причиной изменения сопротивлений обмоток электрической машины является их нагрев. Обращается внимание на то, что априорная информация о сопротивлениях ротора, как правило, недостоверна, а также, что ошибка в оценке значения сопротивления роторной обмотки ведет к снижению качества управления, состоящего в изменении значения электромагнитного момента и снижении диапазона регулирования скорости. Для решения данной проблемы в работе рассмотрен алгоритм идентификации сопротивления роторной обмотки асинхронного двигателя, позволяющий выполнять его оценку, не прибегая к сложным алгоритмам и вычислениям. Основой для реализации предлагаемого алгоритма служит модифицированное векторное управление, использующее специальные дифференциальные уравнения векторного управления. Отмечается, что наличие невязок в стационарных уравнениях напряжений векторного управления свидетельствует об ошибках в априорной оценке сопротивления. В работе предложены специальные дифференциальные уравнения невязок напряжений, позволяющие динамически корректировать априорную информацию о сопротивлении ротора, а также учитывать его температурные колебания в процессе эксплуатации. Для реализации данного алгоритма необходимо получать информацию о токах, протекающих в фазных обмотках статора и скорости вращения ротора асинхронного двигателя. В работе выполнено компьютерное моделирование, подтверждающее работоспособность представленного алгоритма. Данный алгоритм оценки сопротивления ротора достаточно прост в реализации и не требует больших вычислительных ресурсов, что выделяет его среди других. Предложенный алгоритм рекомендуется для применения в векторных системах управления асинхронными двигателями, в том числе мощными гребными двигателями на объектах водного транспорта.

Статья посвящена развитию метода предупредительного управления в целях безопасной работы судовой электроэнергетической системы в нештатных ситуациях, связанных с ошибками членов экипажа при остановке генераторных агрегатов в процессе эксплуатации. Особое внимание уделено разработке подхода превентивной защиты оборудования, обеспечивающего формирование управляющего воздействия, направленного на предотвращение возникновения аварийной ситуации на судне в момент, когда ошибка обслуживающим персоналом уже совершена, но негативные процессы в энергосистеме еще не начались. Показано, что для подобного рода задач период реагирования на опасную ситуацию чрезвычайно мал и ихрешение не под силу человеку-оператору, поэтому в данном случае целесообразно применять технические средства, активно реагирующие на действия обслуживающего персонала. Для разработки таких технических средств в статье рассмотрен перечень контролируемых параметров, оказывающих существенное влияние на протекание процессов в судовой электросети в случае неправомерного отключения работающего генераторного агрегата. Показано, что в случае прогнозирования нештатного режима работы судовой электроэнергетической системы вследствие ошибочного отключения функционирующего источника электроэнергии принципиально возможны два вида управляющих воздействий, а именно: блокировка сигнала отключения генераторного агрегата или отключение групп потребителей электроэнергии и снижение нагрузки на работающие машины. В работе приведены результаты анализа энергетических процессов, протекающих в судовой электроэнергетической системе в случае ошибки оператора, представленные в виде логических выражений для каждого из управляющих сигналов. На основе полученных уравнений сформированы предупредительные сигналы для технической реализации превентивной защиты, исключающей влияние человеческого фактора. Результаты исследований записаны в виде совершенной дизъюнктивной нормальной формы логических функций, а также выполнена минимизация полученных выражений. Особое внимание уделено разработке нового специализированного алгоритма предупредительного управления, обеспечивающего превентивную защиту судовой электроэнергетической системы от ошибочных отключений генераторных агрегатов. Приведена блок-схема и дано подробное описание данного алгоритма. Отмечена необходимость учета при формировании управляющего воздействия дополнительных признаков неработоспособного состояния каждой из работающих машин.