Рассмотрен вопрос эксплуатации речных судов и судов «река-море» плавания. При этом подчеркивается, что безопасность судоходства, неотъемлемой частью которой является навигационная безопасность плавания судов, обеспечивается в основном за счет глазомерного метода определения местоположения и движения судна относительно границ и направлений судового хода. Данный метод получил название «лоцманский». Обращается внимание на то, что в стесненных условиях плавания, свойственных для внутренних водных путей Российской Федерации, степень воздействия внешних факторов на движущееся судно увеличивается. Отмечается также, что судоходство по внутренним водным путям осложнено наличием переменных и неоднородных течений, навигационных опасностей и мелководья. Для повышения уровня безопасности плавания в таких условиях от судоводителя может потребоваться применение дополнительных технических средств навигации и радионавигационных приборов. Таким образом, сделан вывод о том, что при значительных внешних воздействиях при плавании судов по внутренним водным путям Российской Федерации большую роль в обеспечении навигационной безопасности играют умения и навыки судоводителей, в том числе в вопросах современного оборудования ходового мостика. Отмечается, что данная проблема наиболее остро проявляется при проводке современных судов «река-море» ввиду их размера, а также специфических эксплуатационных характеристик по сравнению с типовыми речными судами. Целью работы является определение возможностей судоводителя для обеспечения высокого уровня навигационной безопасности современных судов плавания «река-море» при совершении рейсов по внутренним водным путям Российской Федерации с учетом негативного влияния указанных факторов и условий, в том числе гидрометеорологических, на основе применения перспективных 3D электронных навигационных карт.

Рассмотрен вопрос увеличения интенсивности судоходства при плавании в узкостях, на ограниченных акваториях, а также в зонах действия систем управления движением судов, в том числе в условиях шторма, требующий от судоводителей и оператора системы управления движением судов скорости и безошибочности принятия решений в оценке ситуации столкновения и выборе варианта маневрирования судов для предотвращения аварийных ситуаций. Решение данных задач может быть достигнуто дополнением информации, полученной от радиолокационных станций, средств автоматической радиолокационной прокладки информацией по маневрированию судов, а также информации по опасностям штормового плавания при изменении курса и скорости судна. Предлагается дополнение к информации радиолокационных станций и средств автоматической радиолокационной прокладки, позволяющее эффективно решать задачи оценки опасности столкновения и безопасного маневрирования судов без дополнительных затрат времени на «проигрывание маневра», в различных условиях плавания, включая шторм. Отмечается, что в соответствии с положениями настоящей статьи могут быть установлены параметры зон движения судна за 1 мин осуществления маневра с углом перекладки руля 15 град. Такой маневр может возникнуть в результате поломки рулевого устройства или ошибочного маневрирования и должен учитываться при оценке возможности безопасного движения судна. Эти данные в виде дополнительной информации средств автоматической радиолокационной прокладки и радиолокационных станций позволяют быстро и безошибочно осуществлять контроль безопасности движения судов и оценивать опасность столкновения. Обращается внимание на то, что плавание в штормовых условиях сопровождается таким опасным явлением, как резонанс по различным видам качки, который может приводить к опасным явлениям, таким как потеря остойчивости и опрокидывание судна. Дополнительная информация для средств автоматической радиолокационной прокладки и радиолокационных станций в зависимости от условий резонанса может помочь судоводителю избежать этих опасных явлений путем изменения курса судна. Данная информация может использоваться как на существующих средствах автоматической радиолокационной прокладки и радиолокационных станциях, так и на перспективных навигационных приборах, в том числе для судов, управляемых без участия человека. Предлагаемые в настоящей статье способы, основанные на использовании дополнительной информации о маневренных характеристиках и движении судна для решения задач обеспечения безопасности движения в узкостях и задач расхождения судов в различных условиях плавания, включая шторм, могут найти применение в существующих навигационных приборах и использоваться при создании новой навигационной техники, которая может быть реализована как на судах с экипажем, так и без экипажа на борту.

В работе выполнен обзор различных методов расхождения безэкипажных судов, реализованных российскими и зарубежными специалистами. Авторы рассмотренных исследований для расхождения безэкипажных судов предлагают использование различных методов, среди которых методы искусственных потенциальных полей, методы оптимизации муравьиной колонии, подход скоростных препятствий, интервальное программирование, нечеткая логика, алгоритмы оптимального взаимного предотвращения столкновений, нейронные сети с различными методами оптимизации, комбинированные алгоритмы. Учет гидродинамических характеристик судна, соблюдение «Международных правил предупреждения столкновения судов в море» (МППСС-72) и обход статических препятствий рассматриваются не во всех исследованиях. В некоторых работах рассмотрены лишь ситуации расхождения двух судов, и кроме того, не все подходы позволяют использовать маневры скоростью. Обращается внимание, что во всех рассмотренных публикациях учет ветра, течений и морского волнения отсутствует. Многие из представленных исследований имеют результаты симуляций в компьютерной среде, но лишь в единичных случаях содержатсяданные о проведении натурных испытаний. Рассмотренные исследования разделены на три группы: подходы, рассматривающие расхождение со статическими и динамическими препятствиями, подходы, рассматривающие автоматизированное расхождение двух судов, и подходы, рассматривающие расхождение с группой судов. Составлена сводная таблица для наглядного сравнения приведенных методов. Отмечается, что целью дальнейших разработок в области беспилотных технологий должно явиться совершенствование уже существующих алгоритмов, устранение имеющихся недостатков и дополнение существующих алгоритмов для решения всего комплекса задач.

Рассмотрен вопрос обеспечения высокоэффективного трафика грузоперевозок путем поиска рентабельных маршрутов на основе широкого внедрения в аппаратно-программных средствах автоматизации данных процессов цифровых технологий, а также обеспечения высокоэффективного трафика. Подчеркивается, что возможность управления высокотехнологичным трафиком грузоперевозок обеспечивается на платформе широкой цифровизации математических моделей транспортных сетей с использованием интеллектуальных систем и интегрированных комплексов. Показано, что основной проблемой при автоматизации поиска маршрутов рентабельных грузоперевозок в транспортных сетях является разработка математических моделей, адекватных реальным процессам и экономической конъюнктуре на рынке, с применением методов численной оптимизации. Эти модели должны отличатьсягибкостью перенастройки к изменяющимся условиям работы системы и выполняемым задачам, а также малыми затратами времени и ресурсов на адаптацию к ним. С целью повышения эффективности трафика грузоперевозок в транспортной сети в статье рассмотрен один из способов поиска рентабельных маршрутов в логистической сети на основе применения целочисленного линейного программирования с использованием инструментальных средств MATLAB, обеспечивающих максимум целевого функционала двойственной транспортной задачи. С этой целью предложены вычислительный алгоритм и процедура оптимизации, позволяющие полностью автоматизировать процесс решения двойственной транспортной задачи и получить оптимальные оценки переменных, удовлетворяющих условию баланса прямой и двойственной транспортных задач, согласно которому значения их целевых функций равны. Это позволяет избежать выполнения ручных итеративных процедур приближения начального опорного плана к оптимальному плану, предусмотренных традиционными эвристическими методами. На конкретном примере показано, что с помощью инструментальных средств целочисленного программирования в среде MATLAB можно на качественно новом уровне автоматизировать поиск рентабельных маршрутов доставки грузов, для которых приращение ценности единицы перевозимой продукции будет максимальным.

Сделано предположение о гипотетической возможности независимого контроля изолинейного перемещения судна при наличии на борту специальной аппаратуры, способной постоянно определять значения параметров навигационной изолинии с учетом меняющихся геометрических характеристик. Допускается возможность того, что последовательность аппроксимированных навигационных данных может быть аргументом для вычисления непрерывных значений истинного курса с синхронной передачей команд на авторулевой для обеспечения адаптивного саморегулируемого движения судна. Необходимость применения аппроксимации навигационных функций обосновывается экспертной возможностью быстрого вычисления функционалов аналитических перегибов сплайновых изолиний, интерпретируемых в математике как характерные точки смены знаков производных, соответствующих в практическом приложении сигналам автоматической подачи команд на судовые органы управления в виде руля и телеграфа. Рассмотрена технология применения сплайн-функций для навигации по геофизическим полям на конкретном примере восстановления карты аномального поля силы тяжести в заливе Петра Великого по данным траекторных измерений автономного необитаемого подводного аппарата. Выполнено компьютерное моделирование гравиметрических процедур на основе гибридного алгоритма двумерной В-сплайновой аппроксимации как эталонного геофизического поля для согласования с данными измерительных исследований. В качестве доказательства работоспособности предлагаемого подхода реализовано трехмерное синтезирование фрагмента поля аномалий силы тяжести района Японского моря. Отмечается, что компьютерная визуализация 3D формата программированного движения судна предоставляет возможность интеллектуальной помощи штурману в стратегии мгновенного определения места судна при любых обстоятельствах плавания. Апробированные сплайновые алгоритмы могут служить гармонизированной поддержкой для судоводительского состава при принятии грамотного решения по управлению судном при любой нештатной ситуации. Прогнозируется теоретическая возможность практического применения теории сплайн-функций к приближению новейших изолиний, внедрение которых в навигацию будущего связано с инновациями технических средств судовождения. Предполагается, что изолинейные переходы по геофизическим полям могут эффективно использоваться в непредсказуемых условиях современного судоходства, при различных форс-мажорных обстоятельствах и природных катаклизмах и служить реальной автономной альтернативой спутниковой навигации.

Темой исследования является оценка работы морских перегрузочных комплексов, выполняемая на различных стадиях реализации проекта: от предпроектных работ, разработки проектной документации и далее в течение всего периода эксплуатации объектов. Отмечается, что любой морской перегрузочный комплекс представляет собой сложную техническую систему, состоящую из зданий, сооружений, технологического оборудования и инженерных сетей. Каждый из объектов, систем и подсистем морского перегрузочного комплекса имеет свои критерии оценки. Однако для интегральной оценки работы терминала следует выполнять его анализ до определенной степени детализации, отсекая лишние и малоинформативные показатели. В статье выполнен краткий обзор мировой и отечественной практики использования бенчмаркинга в работе морской портовой инфраструктуры, указаны нормативные требования к технико-экономическим показателям объектов капитального строительства, предъявляемые на этапе проектирования. Предложена классификация показателей эффективности на технические, финансово-экономические, экологические и социальные. В качестве примеров приведена дифференциация по коэффициентам оборачиваемости резервуарных парков для нефтяных терминалов Российской Федерации, выполнено сравнение проектных значений пропускной способности и фактического грузооборота нефтяных терминалов Российской Федерации. Также выполнено сравнение показателей для некоторых угольных терминалов: значений производительности причального фронта, производительности причала и производительности складских площадей. Отмечается, что совокупность показателей может отличаться друг от друга в зависимости от специфики перегружаемых грузов, географического положения, грузооборота, исторического развития морских терминалов.

Рассмотрен вопрос построения теоретической модели оптимизации маршрутов линейных контейнерных судов с учетом распределения грузов между хинтерлендами портов. Приведено описание экспериментальной части модели для контейнерных линий с учетом наземных перевозок в хинтерлендах портов. Подчеркивается, что для поддержания и обоснования решений, принимаемых на этапе планирования маршрутов перемещения судов судоходной линии, необходимо использование инструментов оптимизации. Отмечается, что задача оптимизации маршрутов линейной судоходной компании сводится к необходимости нахождения такой последовательности обхода судном морских портов из заданного множества, при которой будет достигнуто экстремальное значение критерия оптимальности. В таком виде данная задача может быть упрощена до классической задачи коммивояжера. Подчеркивается, что источники зарождения и угасания грузопотоков находятся в хинтерлендах портов. Указано, что выбор критерия оптимизации маршрута судна оказывает влияние на характер решаемой задачи, критерием оптимальности которой в рамках модели может быть установлен грузооборот или время рейса. В статье приводится теоретическое описание модели, а также формулы и схемы, на которых базируется ее работа. Рассмотрен новый подход к проблеме маршрутизации линейных судов на основе модели оптимизации маршрутов линейных судов при распределении грузов между хинтерлендами портов. Указывается, что новый метод создан путем совмещения метода генетических химер и метода упорядоченного кроссовера. Рассматриваемыйметод имеет ряд преимуществ над актуальными методами, так как в процессе оптимизации маршрутов линейной судоходной компании учитывается распределение грузов между хинтерлендами портов.

В статье изучена проблема оценки размеров флота судов и парка контейнерного оборудования, необходимого для работы контейнерной линии на заданном маршруте. Выполненный анализ позволил выявить особенности постановки этой традиционной задачи в условиях новой технологической системы транспортировки, основанной на контейнеризации. В работе рассмотрены основные математические зависимости, связывающие количество судов и контейнеров, необходимых для обеспечения заданного грузопотока контейнерной линии, с характеристиками маршрута распределения. Предлагаемый метод решения поставленной проблемы для наглядности продемонстрирован на примере простого маршрута контейнерной линии, связывающей только два порта, но он сохраняет результативность и для более сложных практических случаев (например, круговых маршрутов, включающих несколько портов). В частности, представленный метод может быть использован в качестве инструмента сравнительного анализа различных вариантов организации маршрутов контейнерных линий. Отмечается, что предложенная методика может быть расширена для исследования многоуровневых иерархических конфигураций, включающих в себя несколько магистральных и фидерных линий. Подчеркивается, что проверка корректности метода осуществлялась с использованием специально разработанных имитационных моделей. Результаты моделирования также приведены в статье. Важным является то, что проведенные для обоснования методики рассуждения справедливы для равномерного и детерминированного грузопотока. В то же время контейнерные перевозки могут характеризоваться существенными разбросами объемов отправляемых контейнерных партий, которые могут оказать существенное влияние на необходимое количество контейнеров, используемых на линии. Для учета таких флуктуаций предложенная схема может быть дополнена методами имитационного моделирования, которые позволят получить распределение плотности вероятности потребности в судах и контейнерах.

В работе приведены результаты исследования динамических усилий, возникающих в валопроводе при вводе главного двигателя в номинальный режим работы. Расчетная схема валопровода представляет собой упругий однородный стержень с распределенным моментом инерции. Левый торец стержня поворачивается по заданному закону движения, на правом торце расположен винт в виде инертного диска, на который действует момент сопротивления, пропорциональный квадрату угловой скорости. Математическая модель напряженно-деформированного состояния вала представлена нелинейным дифференциальным уравнением второго порядка в частных производных. Для практической реализации математической моделипредложен ряд допущений, которые позволяют ее упростить. Решение упрощенной математической модели получено методом Фурье для собственных функций, ортогональных с весом. Закон движения левого торца вала, имитирующий разгон главного двигателя, принят в виде экспоненциальной функции. В качестве примера для расчета использованы энергомеханические характеристики большого морозильного рыболовного траулера «Механик Ковтун». Результаты исследования показали, что динамические усилия могут многократно превышать номинальное значение, если разгон главного двигателя осуществляется в течение нескольких периодов главной формы собственных колебаний валопровода. При плавном разгоне главного двигателя с выходом на номинальную частоту вращения за время, превышающее двадцать периодов главной формы собственных колебаний, динамический эффект становится несущественным. Предложенная математическая модель также может быть использована для исследования напряженно-деформированного состояния валопровода при различных динамических воздействиях, таких как выход винта из воды, попадание в неоднородный набегающий поток, удар винта о лед, резонансные колебания при пульсирующей работе двигателя и др.

В работе отмечается, что в настоящее время международными морскими конвенциями ужесточаются требования по экологической безопасности и энергоэффективности судов и их энергетических установок. Исследована система охлаждения, которая является одним из важнейших элементов судовой энергетической установки, в частности изучены широко распространенные разомкнутые двухконтурные системы охлаждения, потребляющие забортную воду, в результате чего гибнут планктон и рыбная молодь, что приводит к сокращению рыбных ресурсов морей. Рассматривается вопрос исследования альтернативного варианта, в качестве которого предлагается использование замкнутых систем охлаждения, полностью исключающих прием забортной воды и отрицательное экологическое воздействие. При этом такие системы могут иметь различные схемы построения. Отмечается, что в данном случае возникает необходимость обоснованного выбора того или иного варианта системы с учетом совокупности факторов, включая экологический. Рассмотрены три варианта систем охлаждения: разомкнутая двухконтурная система охлаждения, а также замкнутые одно- и двухконтурные системы охлаждения. При этом для разомкнутых систем исследовано два подварианта. Первый - отсутствие регулирования потребления забортной воды в зависимости от температуры, второй - присутствие такого регулирования посредством перепуска (терморегулирования) или частотно-регулируемого привода насоса забортной воды. Предложен интегральный показатель, включающий стоимость системы, затраты на собственные энергетические нужны, экологический ущерб и полезный результат - передаваемую системой теплоту. Показано, что наихудшим интегральным показателем обладает разомкнутая двухконтурная система охлаждения с нерегулируемым потреблением забортной воды, характеризующаяся наибольшим количеством насосов и потреблением забортной воды. Оптимальным значением интегрального показателя обладает замкнутая одноконтурная система, поскольку она исключает прием забортной воды и имеет наименьшее количество насосов. В то же время при нахождении судна в морских районах с очень низкой биологической продуктивностью эти системы сопоставимы по эффективности. Подчеркивается, что регулирование приема забортной воды разомкнутой системой позволяет существенно повысить эффективность, что указывает на целесообразность применения перепуска или частотно-регулированного привода насоса. Причем последний случай является более предпочтительным с точки зрения энергоэффективности системы.

На основе задач, указанных в «Стратегии развития судостроительной промышленности Российской Федерации на период до 2035 года», в статье приводится пример поиска путей повышения надежности, эксплуатации кораблей и судов посредством исследования технических решений по внедрению отдельных элементов корабельного оборудования. В качестве дополнительного ресурса предлагается оптимизация энергетической установки корабля, а именно способ улучшения качества топлива посредством гидродинамической обработки в смесителях-гомогенизаторах струйно-кавитационного типа на основе анализа физико-химических свойств и показателей качества. Выполнен анализ конструкции гомогенизатора гидродинамического типа и его схема, позволяющие сочетать достоинства эжекторных и сопловых смесителей. На примере использования гомогенизатора представлены количественные и качественные характеристики оптимизируемого процесса сжигания топлива. Детально рассмотрен процесс кавитационного течения жидкости, когда воздействие на жидкость на молекулярном уровне в схлопывающихся кавитационных пузырьках изменяет плотность инжектируемого потока. Также в статье рассмотрены вопросы включения в состав штатной системы дополнительного источника энергии или вещества (воды) и последствия данного процесса. Подробно описана работа смесителя, достигаемая разделением потока жидкости на рабочий и инжектируемый потоки. Иллюстративно представлен общий вид смесителя-гомогенизатора инжекторной схемы и принципиального устройства струйно-кавитационного смесителя инжекторной схемы. В работе акцентировано внимание на эмпирической формуле подбора пластины консоли вибратора гомогенизатора. Отмечается, что модернизируя данный элемент можно оказать существенное влияние на управление качеством сжигания топлива, энергосбережения и энергоэкологической безопасности в процессе эксплуатации пропульсивного комплекса.

Предметом исследования настоящей работы является изучение вопроса обеспечения регулярного судоходства по Северному морскому пути, который по сравнению с традиционными маршрутами, проходящими через южные моря и Индийский океан, намного короче, а также возможность его трансформации в национальную транспортную магистраль Российской Федерации с дальнейшим увеличением экономического вклада в российскую экономику Арктической зоны, представляющей собой стратегическую территорию, имеющую важное значение для обеспечения реализации ее национальных интересов в Арктике. При этом обоснована необходимость использования для работы на судах в суровых климатических условиях винторулевых колонок с электродвижением, выполняющих функции движителя рулевого устройства. Отмечаются их основные преимущества, а именно: высокая маневренность с максимальным моментом и тягой в любом направлении; надежная конструкция без механических ограничений, которая выдерживает высокие резко переменные ударные нагрузки; высокие эксплуатационные характеристики при работе во льдах и чистой воде. Рассмотрена задача ступенчатого регулирования выдачи мощности на винторулевую колонку с главной судовой энергетической установкой, решаемая с использованием сетей иерархической маршрутизации. Отмечается, что величина таблиц маршрутов, поддерживаемых коммутационным оборудованием, увеличивается прямой зависимостью увеличения размеров сети, когда возрастает время процессора для ее обработки, а также увеличивается размер пакетов, которыми обменивается коммуникационное оборудование, что увеличивает нагрузку на сеть. Предлагается общая модель иерархии сети для контроля и выдачи мощности, основу которой составляют маршрутизаторы, модули, исполнительные механизмы, устройства сопряжения и др. Проанализированы варианты выдачи мощности с главной судовой энергетической установки на винторулевую колонку

В данной работе представлена технология прямого управления потоком и крутящим моментом (DFTC) асинхронного генератора с двойным питанием (DFIG) для применения в ветроэнергетических установках. Отмечается, что основными преимуществами традиционного прямого управления потоком и крутящим моментом (DFTC) являются его простая структура, надежность и хорошая динамическая реакция в сравнении с технологией управления полем (FOC). Использование классического гистерезисного компаратора и заранее заданной таблицы значений неизбежно приведет к выбору неоптимального вектора напряжения ротора с точки зрения уменьшения колебаний потока ротора, токов гармонических искажений (THD) и колебаний электромагнитного момента. Рассмотрен новый подход к методу DFTC на основемодифицированного алгоритма суперскручивания (MSTA) и модифицированной пространственной векторной модуляции (MSVM), главной особенностью которого является замена традиционной таблицы значений и двух гистерезисных компараторов. Теоретические принципы этого метода представлены вместе с результатами моделирования. Анализ системы управления DFTC-MSVM на основе метода MSTA был проведен в MATLAB/Simulink. Работа асинхронного генератора с двойным питанием (1,5 МВт) была проверена вместе с ветровой турбиной. В работе приведены также результаты моделирования. Предложенный метод управления DFTC в полной мере использует преимущества регулирования электромагнитного момента DFIG, имеет улучшенные характеристики по сравнению с традиционным методом управления DFTC, что подтверждено результатами численного моделирования.