В статье исследована проблема оценки навигационной ситуации в акватории. Важным аспектом этой проблемы является построение корректных прогнозов движения всех судов в акватории. Отмечается, что прогноз траектории движения судна может быть построен с использованием маршрута этого судна и его математической модели. Параметры математической модели конкретного судна и его маневренные характеристики могут быть получены из базы данных по параметрам: тип судна - размерения, но для построения корректной траектории движения судна необходимо знать его маршрут. Если судно не передает свой маршрут средствами системы АИС, то его определение представляет значительную сложность. В случае отсутствия информации о маршруте судна его предлагается строить с использованием косвенной информации. На основе информации об акватории из ЭКДИС строится навигационный граф, представляющий всевозможные пути, по которым судно может двигаться по данной акватории безопасно, не нарушая местные правила плавания. Затем на полученном графе для каждого конкретного судна может быть получено множество возможных путей из его текущего положения в акватории, каждому из которых назначается вес (вероятность) движения судна именно по этому маршруту. В дальнейшем эти веса пересчитываются и используются пути с максимальным значением. В соответствии с предложенным в работе алгоритмом для каждого пути может быть построен маршрут в виде последовательности точек. Этот маршрут и может быть использован для построения прогноза траектории движения судна в акватории. Предложенный в статье подход может быть реализован в системе обеспечения безопасности мореплавания как на безэкипажном судне, так и в системе СУДС.

Разработана модель движения судна с четырьмя степенями свободы, позволяющая решить задачу определения координат судна в режиме счисления пути. Модель, основанная на нелинейных уравнениях движения судна в условиях тихой воды, составленных для контейнеровоза S175, дополнительно учитывает воздействия со стороны ветра и волнения. Ветер моделируется постоянным по скорости и направлению, волнение - как ветровое и нерегулярное c длинными гребнями, направление которого совпадает с направлением ветра. Учитываются только составляющие волновых воздействий второго порядка (волновой дрейф), определеляемые на основе данных в виде коэффициентов, полученных с использованием гидродинамических программ для идеальной жидкости. Модель реализована в среде разработки Scilab. Для проверки адекватности ее работы определялись характеристики поворотливости, которые затем сравнивались с нормативными значениями, установленными ИМО. Предложен тест симметричности модели движения, позволяющий судить о ее адекватности. Алгоритм тестирования симметричности предполагает формирование последовательностей значений угла перекладки руля, начального курса судна и направления истинного ветра. Направление ветра и начальный курс могут либо совпадать, либо быть противоположно направленными, либо образовывать угол 90°. По элементам указанных последовательностей организуются вложенные циклы, на каждой итерации которых формируются матрицы координат судна на момент окончания маневра. Над некоторыми матрицами выполняются преобразования и формулируются условия в матричной форме, соответствующие симметричности маневров. Исследована зависимость результата работы модели от временного шага дискретизации. Критерием различия расчетных траекторий является наибольшее значение модуля невязки между ними в течение периода плавания.

В работе акцентировано внимание на понимании информативности как меры, определяющей эффективность использования геофизического поля для получения обсервации. Раскрыта фактология навигации с коррекцией по карте как последовательность мгновенных сопоставлений навигационных измерений с эталоном информативности поля, хранящемся в памяти бортового компьютера. Корреляционно-экстремальная навигация синхронизирована с параллельной задачей организации информативного маршрута как наилучшей оптимальной траектории движения в трехмерном пространстве при следовании морскогоподвижного объекта в заданном направлении с учетом ограничительных препятствий. Дано объяснение понимания инновационной навигации как «привязки» измерений к эталону на основе поиска глобального экстремума функционала корреляционного сравнения измеренного фрагмента с информативностью карты геофизического поля. Процесс судовождения интерпретирован в экстремальную задачу планирования маршрута как тактического сплайн-метода дорожной карты в конфликтной среде при учете фактора уклонения от навигационных опасностей. Сделано предположение о развитии технологии корреляционно-экстремальной навигации с применением методов сплайн-функций как реализации практической пригодности к навигации перспективной концепции в полном объеме прогрессивных возможностей автономного проекта. В развитие идеи корреляционно-экстремальной навигации реализовано трехмерное синтезирование фрагмента геофизического поля на основе репродуцированных цифровых значений с контурной карты изолиний для создания гибридным методом В-сплайновой аппроксимации возможного опорного эталона информативности. Проанализированы недостатки традиционных методов обработки навигационной информации в проекте корреляционно-экстремальной навигации. Отмечается, что сплайновый алгоритм по математической конфигурации лишен феномена «проклятия размерности» как основной трудности достижения быстродействия вычислительных реализаций альтернативных методов нелинейной фильтрации. Выдвинута гипотеза возможности использования предлагаемого подхода в качестве математического обеспечения будущей автоматизированной системы судовождения с искусственным интеллектом в рамках концепции безэкипажного судоходства в соответствии с проектом e-Navigation.

В статье рассмотрены способы обеспечения безопасности и эффективности штормового плавания танкеров в виде «штормовых зигзагов». Предложенный способ плавания танкеров в шторм с использованием «штормовых зигзагов» может служить одним из элементов восстановления эффективности морских перевозов в условиях преодоления последствий эпидемии COVID-19 для морского транспорта. Приведены примеры расчета и обоснование параметров «штормовых зигзагов 60-120 и 60-130» танкеров для боковых курсовых углов ветра и волнения на основании более ранних публикаций авторов настоящего исследования. Показано,что использование «штормовых зигзагов» позволяет избежать опасности штормового плавания в виде резонанса по различным видам качки, слеминга и слеппинга, потери остойчивости на попутном волнении, в том числе для аварийных танкеров. Отмечается, что при этом сохраняется скорость движения судна по выбранному направлению движения в условиях шторма. Использование «штормовых зигзагов» может явиться одним из важнейших условий сохранения ритмичности морских танкерных перевозок и для других типов судов в штормовых условиях, а также обеспечения эффективности и безопасности морских перевозок. Предложена универсальная диаграмма безопасного и эффективного маневрирования танкеров в условиях шторма, которая позволяет выбрать безопасный и эффективный «штормовой зигзаг» для сохранения скорости движения судна в зависимости от курсового угла ветра и волнения. Предложены способы использования и корректировки универсальной диаграммы безопасного и эффективного маневрирования танкеров в условиях шторма путем выполнения «штормовых зигзагов». Предложенные в настоящей статье, а также в более ранних публикациях авторов настоящего исследования способы штормования с использованием «штормовых зигзагов» позволяют обеспечить эффективность и безопасность маневрирования танкеров в условиях шторма. Использование«штормовых зигзагов» дает возможность выбора океанских путей и маневров, позволяющих решать комплексную задачу - одновременно обеспечивать оптимальность пути перехода, условия безопасности и сохранять скорость движения танкеров по выбранному направлению движения. Полученные в настоящей статье выводы совпадают с имеющимися данными определения способов штормового плавания, обеспечивающих безопасность и сохранение скорости при переходе судов по заданному пути. Результаты настоящей работы могут быть использованы для развития методов обеспечения безопасности, сохранения скорости и ходового времени при плавании в шторм с учетом особенностей танкеров и судов других типов.

Исследование посвящено разработке формализованной оценки стесненности акватории Северного морского пути. Установлена связь темы исследования с задачами проектирования судоходных маршрутов в акватории арктических морей, выбором безопасных маршрутов и вопросами управления судна в узкостях. К перечню основных факторов, оказывающих влияние на стесненность акватории Северного морского пути,относятся берега, опасные глубины и изобаты, запретные зоны, области с недостаточной гидрографической изученностью рельефа дна и опасные ледовые образования. Формализация показателя стесненности выполнена методами, разработанными в теории стохастической геометрии. Введены понятия «геометрической меры стесненности акватории» и «показателя стесненности акватории». Отмечается, что геометрическая мера стесненности используется в качестве характеристики акватории и не зависит от маневренных свойств судов. Показатель стесненности учитывает соотношение свойств акватории и маневренных характеристик судов. Предложено наряду с общими показателями стесненности акватории использоватьчастные показатели, позволяющие отдельно учитывать влияние потенциально опасных объектов, расположенных по обеим сторонам от проектируемого маршрута. Установлена функциональная связь геометрической меры стесненности акватории с расстоянием до опасных объектов, их геометрической формой и размерами. Сформулированы условия, при которых расстояние до опасных объектов может использоваться в качестве меры стесненности. Приведены результаты сравнительной оценки стесненности акватории пролива Вилькицкого с использованием обобщенных и частных показателей. Выполнена сравнительная количественная оценка стесненности трех судоходных зон пролива. Исследованы закономерности изменения количественных показателей отдельных судоходных маршрутов и точек на маршруте. Даны рекомендации по использованию разработанного метода. Определено направление дальнейших исследований.

В работе представлены результаты оценки необходимости проверки наличия усталостных повреждений на наиболее ответственных элементах электромеханических приводов сегментных ворот, эксплуатируемых на судоходных шлюзах канала имени Москвы. Отмечается, что продолжительность эксплуатации многих из них составляет более 80 лет. В качестве основных элементов, ограничивающих срок службыприводных механизмов, выбраны зубчатые колеса открытых передач. Подчеркивается, что реализация их внезапного отказа может привести к длительному прекращению судоходства. Накопленный опыт эксплуатации и наблюдений за подобными элементами на других сооружениях показал, что установленных в нормативной документации контролируемых параметров может быть недостаточно для объективной оценки их технического состояния и определения остаточного ресурса. В частности, в ней отсутствуют требования по проверке данных изделий на наличие усталостных повреждений. Для определения возможности образования подобных дефектов и локализации участков, на которых наиболее вероятно их появление, выполнена комплексная оценка напряженно-деформированного состояния с помощью метода конечных элементов при проектных условиях нагружения, в результате которой получены глобальные расчетные модели исследуемых элементов. Установлено, что расчетные значения номинальных напряжений не превышают предела выносливости материала, за исключением контактной усталости на рабочей поверхности зубьев колес. При этом не исключается вероятность образования усталостных трещин на элементах исследуемых зубчатых колес из-за возможного наличия технологических концентраторов напряжений в виде дефектов литья. Полученные картограммы напряженного состояния позволили установить участки, на которых наиболее вероятным является образование усталостных трещин при наличии на них технологических дефектов. С учетом полученной информации разработаны рекомендации по предотвращению реализации внезапных отказов, обусловленных бесконтрольным развитием процесса усталостного повреждения на зубчатых колесах открытых передач на стадии их эксплуатации.

В работе утверждается, что в основе научной методологии заложен детерминизм, или представление о взаимосвязи всех явлений и процессов, обуславливающих существование закономерностей в природе, обществе и мышлении. Отмечается, что открытия нового и новейшего времени в области естественных наук, таких как термодинамика и базирующиеся на ее основе статистические теории, квантовая механика, современная физика микромира, космология и другие, а позже и теории в области социальных наук, несмотря на некоторую неопределенность и ограниченный недетерминизм, являлись «надстройками», базирующимися на незыблемом фундаменте детерминизма. При этом появление синергетики позволило методологически связать предсказуемое, т. е. детерминированное и причинно-следственное, поведение систем на этапах их поступательного развития с метаморфозами (изменениями их структуры и свойств). Подчеркивается, что эта связь проявилась в определении места и границ возможностей традиционной математики, теории вероятностей, теории катастроф, теории поведения диссипативных структур, неравновесной термодинамике и др. Приведено объяснение того, что в течение длительного времени открытия, полученные в рамках этой фундаментальной дисциплины, оставались внутри границ ее начальной предметной области - теоретической физики. Отмечается, что постепенно многие результаты синергетики могут быть перенесены в другие домены, что превратило ее в междисциплинарное научное направление, объясняющее образование и самоорганизацию моделей и структур в открытых системах, далеких от равновесных состояний. Несмотря на это сугубо практические области человеческой деятельности, такие как экономика и транспорт, до последнего времени обходились инструментарием традиционной математики как для расчетов, так и для прогнозов во всех приложениях. Показано, что монотонно растущая сложность и масштабность мировой экономической системы демонстрирует склонность к неожиданным кризисам и «тектоническим» структурным изменениям, которые не могли быть не только рассчитаны количественно, но даже предсказаны. Именно это обстоятельство обусловило интерес к данному вопросу и практической науки: отсутствие возможности количественно охарактеризовать процесс при помощи использования данного инструмента компенсируется качественной возможностью объяснить и предсказать его ход, что все чаще становится важнее определения конкретных значений. В данном исследовании предпринята попытка рассмотреть тенденции развития глобальной мировой транспортно-логистической системы с позиций современной науки, объяснить возникающие в ходе ее эволюции колебания и флуктуации, не приводящие к смене парадигмы, а также идентифицировать механизмы, отвечающие за возникновение кризисов, катастроф и смену структурных моделей системы.

В работе выполнен анализ влияния внедрения внутренних субконтейнерных технологий на перевозку сборных партий грузов вглубь хинтерленда морского контейнерного терминала. Выявлены характеристики внутреннего контейнерного грузораспределения и динамика его изменения, связанная с переносом погрузочно-разгрузочных операций с территории морского терминала в тыловую зону. Отмечается влияние новых средств укрупнения сборных партий грузов на сокращение сроков использования большегрузных контейнеров в хинтерленде морского порта. Рассмотрен механизм организации перевозок малых партий грузов в хинтерленде и указаны его слагаемые. Приведена простая корреляционная (регрессивная) модель, позволяющая свести весь рассматриваемый производственный процесс к такой функции, в которой зависимая переменная представляет собой связь с одним независимым аргументом. Отмечается, что процессы, протекающие в рассматриваемой системе, носят случайный характер, и дальнейшее исследование поведения самой системы требует совокупности данных первичной статистики. Сформулированная в исследовании задача позволяет сделать вывод о том, что внедрение новых средств укрупнения сборных партий грузов может найти свое отражение в существенных разбросах контейнерных отправок и времени использования контейнеров в зонах хинтерленда. Вместе с тем такие разбросы, ввиду ограниченности сроков использования контейнеров в период между судозаходами и незначительностью объема доставляемых сборных партий грузов от общего контейнеропотока (8-12 %), не способны оказать существенного влияния на ритм работы контейнерного терминала и смежных видов транспорта. В целях отдельного учета движения контейнеров с малыми партиями грузов к применению рекомендованы методы имитационного моделирования, позволяющие получать распределение плотности вероятности нахождения контейнеров в зонах обработки.

Объектом исследования являются механические судовые реверс-редукторные передачи, являющиеся комплектующими изделиями дизель-дизельных, дизель-газотурбинных и газотурбинных главных энергетических установок кораблей и судов с передаваемой мощностью до 24000 кВт и крутящим моментом 93до 590 кН·м для судов гражданского, специального и двойного (многоцелевого) назначения. В рамках работы проведены аналитические исследования отечественного и международного опыта по разработке и проектированию современных судовых РРП, их узлов и компонентов. Рассмотрены типовые конструкторские решения и кинематические схемы судовых редукторных передач. В качестве компоновочных решений выделяются переборные редукторы со смещением осей, угловые редукторы и соосные редукторы. Выполнен обзор технических характеристик редукторов для морских судов коммерческого назначения большинствамеждународных и отечественных производителей. Рассмотрены существующие конструкторско-технологические решения по зубчатым блокам редукторов в зависимости от их мощности. Применительно к рассматриваемому диапазону мощностей проанализированы решения, обеспечивающие как изменение направления вращения гребного винта, так и возможность отключения и подключения одного из двигателей работающей установки на ходу корабля за счет наличия специальных кулачково-фрикционных и гидродинамических муфт. В заключение приведено обобщение и выполнена оценка вариантов перспективных прогнозных конструктивных и технологических решений для проектирования и производства судовых реверс-редукторных передач. Полученные результаты работы являются достаточными для формирования технического облика судовых реверс-редукторных передач будущего для главных энергетических установок кораблей, синтеза конструктивно-технологических решений их типовых узлов, а также для синтеза сквозной технологии проектирования и производства. Результаты аналитических исследований позволяют сделать вывод о том, что судовые редукторы на базе зубчатого зацепления еще в течение не менее 30 лет будут использоваться в качестве устройства преобразования частоты вращения и момента источника движения.

Предметом настоящего исследования является анализ возможностей дальнейшего роста энергоэффективности судовых энергетических установок за счет использования концепции топливных элементов. Отмечается, что повышение эффективности современных энергетических установок, использующих тепловые двигатели, сдерживается ограничениями, накладываемыми на их коэффициент полезного действия теоремой Карно. В настоящее время перспективы роста КПД поршневых двигателей в качестве основных источников энергии в судовых энергетических установках рассматриваются как практически исчерпанные. В этой связи актуальной задачей совершенствования является поиск новых технических решений, не подпадающих под указанные ограничения, который, в частности, приводит к концепции топливных элементов. Технологии топливных элементов, в отличие от тепловых двигателей, предполагают использование иных способов преобразования скрытой энергии топлива, принципиально позволяя выйти на новый уровень энергоэффективности с повышением КПД на 10 % и более. В работе рассмотрены главные преимущества и недостатки основных видов топливных элементов и возможность их применения в качестве основных источников энергии в судостроении. Выделены наиболее перспективныевиды топливных элементов для судового использования, определена их инвестиционная привлекательность. В работе уделено отдельное особое внимание проблемам использования и хранения основного вида топлива для топливных элементов, которым является водород. На основе разработанных технологий использования сжиженного природного газа (LNG) выполнено сопоставление отдельных, наиболее значимых в эксплуатации свойств водорода со свойствами LNG. Дана оценка потенциальных рисков, возникающих при использовании водорода в качестве основного топлива на судах. На примерах разрабатываемых проектов энергетических установок с топливными элементами сделаны выводы о перспективах использования топливных элементов в судостроении.

Темой исследования является оценка надежности механических систем в процессе их проектирования, выполняемая по данным технических условий составляющих ее элементов и расчетного срока службы. Как правило, расчетный и фактический эксплуатационный сроки не совпадают по ряду причин, в том числе ввиду особенностей эксплуатации судовых систем. Таким образом, прогнозирование срока службы нового судового оборудования с учетом воздействия внешних циклических нагрузок и морской коррозионной среды - это сложная комплексная задача, для решения которой необходимо рассматривать все этапы жизненного цикла: от проектирования до момента прекращения их эксплуатации. В работе рассматривается эксплуатационный этап жизненного цикла судовых механических систем. Приведенные данные будут способствовать уточнению расчетов надежности и развитию регламентов по техническому обслуживанию, ремонту и инструментальной диагностике судового оборудования. В качестве показателей надежности были выбраны критерии долговечности: срок службы, наработка, периодичность проведения ремонта. Рассмотрены аварийные случаи на судах, произошедшие на море и внутренних водных путях, отражен порядок продления срока службы при классификационном освидетельствовании в эксплуатации. Во время фактической работы судна отраслевые проектные организации участвуют в освидетельствовании технического состояния судов для продления сроков их безопасной эксплуатации, организуют технический контроль и надзор. Работы по ремонту, обслуживанию или замене судового оборудования производятся в соответствии с назначенными регламентами или в случае непредвиденного выхода из строя. Отмечается, что выполнение технического мониторинга может являться действующей информацией о фактическом состоянии судовых механических систем, что позволит снизить технико-экономические затраты на их содержание. Данное направление исследований может быть важным для судов арктического района плавания, для которых характерными являются повышенные требования к живучести судов.

Целью исследования является построение математической модели случайных процессов систем автоматического регулирования. Отмечается, что при моделировании шумовых воздействий полезной является модель шума в виде нормального белого шума, имеющая постоянную спектральную плотность. Значения этой спектральной плотности можно получить на практике по спектру случайной составляющей ошибки регулирования и комплексным коэффициентам передачи системы автоматического регулирования по каналам управления и возмущения. В итоге разработчика системы автоматического регулирования и технолога интересует значение среднеквадратической ошибки регулирования, для определения которой удобнее пользоваться спектрально-временным описанием системы автоматического регулирования. Подчеркивается, что особенность шумов (случайных процессов) состоит в том, что записать в явном виде зависимость их величины как функции времени невозможно, поскольку на каждом временном интервале значения шума изменяются различным образом, однако можно указать некоторые усредненные значения, дающие достаточно подробное представление о шуме в целом. Акцентируется внимание на том, что часто встречающиеся в инженерной практике шумы являются эргодическими, т. е. такими, у которых усреднение по ансамблю совпадает с усреднением по времени. Поэтому статистические характеристики таких шумов можно получить при помощи усреднения по времени их наблюдаемых значений.

В статье рассмотрена работа емкостных электронных накопителей высокой удельной мощности в режиме разряда через бустерный стабилизатор напряжения. Данное техническое решение предложено в виде отдельного источника постоянного напряжения, позволяющего применять его в автономных системах, имеющих альтернативный способ получения энергии. Проанализирована также работа различных бустерных стабилизаторов напряжения, основу работы которых составляют транзисторные ключи. Определены особенности работы повышающего стабилизатора напряжения и недостатки различных схемных решений по стабилизации выходного напряжения на импульсных источниках. Подробно рассмотрена элементная база предложенного схемного решения и описана физическая взаимосвязь между элементами схемы. Предложено техническое решение совместной работы емкостного источника питания высокой удельной мощности через импульсный стабилизатор напряжения. Разработана математическая модель емкостного накопителя электрической энергии и повышающего стабилизатора напряжения на базе транзисторных ключей. На основании математической модели разработана и исследована имитационная модель предложенной системы в среде моделирования MATLAB. Исследованы характеристики зависимости выходного напряжения от времени работы, а также ток нагрузки. Выявлен положительный эффект совместной работы источника и стабилизатора напряжения на активную нагрузку. Даны рекомендации по применению таких систем. Сделаны обобщенные выводы, касающиеся проведенного исследования.