В работе исследована система морской транспортировки грузов, являющаяся элементом инфраструктуры мировой глобальной системы торговли. Отмечается, что резкие скачки ее развития обусловлены как сменой технологической системы (перехода от паруса на пар, появление стального набора и корпуса, контейнеризация, внедрение цифровизации и др.), так и социальными условиями (например, отказ от вместимости, ограниченной «риском приемлемых потерь» после мировых войн, прекращение «холодной войны», снижение напряженности локальных конфликтов и т. д.). При этом социальные факторы могут не только играть положительную роль в развитии, но и носить деструктивный характер, проявляясь в форме кризисов разной природы и масштаба. Сложность и масштаб сформировавшейся к XXI в. глобальной системы показали ее склонность к «калейдоскопическим эффектам» при различного рода потрясениях, причем в полной мере эта чувствительность проявилась после пандемии и событий на Украине. Представляется нереальным ожидать не только быстрого восстановления рухнувшей мировой системы морских и наземных перевозок, но даже сохранения ее структуры. Подчеркивается, что в очень сложном положении оказались ключевые элементы указанной инфраструктуры - морские порты. Отмечается, что порты столкнулись с проблемой потери грузопотоков и возникшего избытка мощностей, малые порты испытывают иные сложности: «выдавленные» на периферию бизнеса остаточные грузопотоки оказались слишком велики для имеющихся ресурсов. В обоих случаях изменение внешней коммерческой среды и маршрутов грузопотоков ставит перед портами задачу нахождения нового баланса между потенциальными грузопотоками и имеющимися ресурсами. В данном исследовании предлагается возможное решение указанной задачи на основе методов смешанного целочисленного линейного программирования.

В работе в целях проведения анализа эффективности взаимодействия оператора морского грузового терминала с таможенными органами и участниками внешнеэкономической деятельности приведена четырехсекторная модель сетевого графика этапов взаимодействия участников транспортно-логистического процесса, позволяющая визуально представить и проконтролировать процесс агрегированных взаимоотношений в процессе проведения грузовых операций и предоставления таможенных услуг в зоне деятельности морских портов. Выполнены расчеты временных параметров работ на базе четырехсекторной модели, в которой событие разделено на четыре сектора, где сверху указан номер события, слева - раннее начало работы, в правом секторе отмечено позднее окончание работы, в нижнем - номер начального события предшествующей работы, с которой совпадает критический путь. Выполнено имитационное моделирование системы взаимоотношений участников транспортно-логистического процесса на морском грузовом терминале. В процессе моделирования методом Монте-Карло использован набор параметрических значений, представленный в виде распределения вероятностей. Отмечается, что выполняемые операции в имитационном моделировании подчиняются нормальному закону распределения, поскольку в транспортно-логистической системе задействовано большое количество участников. Приводятся результаты работы алгоритма в виде массива данных, представляющего собой последовательность работ, выполняемых при взаимодействии участников транспортно-логистического процесса на морском грузовом терминале. Одним из методов моделирования случайно распределенных величин является метод генераций Бокса - Мюллера. Использование в работе данного метода позволяет применить фундаментальный закон преобразования вероятностей для получения двух независимых нормальных переменных, имеющих стандартное нормальное распределение. Таким образом, выбранный метод дает набор случайных чисел, имеющих нормальное распределение с нулевым средним и единичным стандартным отклонением. Результаты имитационного моделирования позволяют сделать вывод о том, что разработанная модель сетевого графика этапов взаимодействия участников транспортно-логистического процесса на морском грузовом терминале агрегированной схемы их взаимоотношений, в которой используется технология предварительного декларирования в целях принятия решения о досрочном размещении грузов в досмотровой зоне, является эффективной.

Рассмотрены вопросы кибернетической безопасности в аспекте эффективных предложений альтернатив спутниковой системы в целях возможности оперативного переориентирования на резервную систему позиционирования в случае возникновения любых технических проблем. Дана оценка применения компьютерных специфических компетенций в сфере информационных технологий морского флота как вторичный фактор сквозного управления кибернетической безопасностью. Обработка информации в дублирующем аналоге системы позиционирования основана на технологии сплайн-функций с целью извлечения преимуществ кусочной аппроксимации в практических целях судовождения. Функциональность судоводителя проанализирована в рамках технологии «дополненной реальности» мостика будущего с обеспечением возможности наблюдательной фиксации взгляда вахтенного помощника на основе улучшенных виртуальных профессиональных сценариев на фоне потока типичной навигационной информации. В дополнение к альтернативам традиционной системы позиционирования сформулированы требования космической всепогодности, системной помехозащищенности и круглосуточности использования в условиях чрезвычайных ситуаций, военных конфликтов и техногенных катастроф. В обстоятельствах неопределенности спутниковых систем проблемы их уязвимости теоретически нивелированы за счет предполагаемого использования технических средств судовождения, основанных на иных физических принципах работы. В качестве перспективных вариантов автономного принципа позиционирования выделены корреляционно-экстремальная навигация по естественным геофизическим полям, инновационный проект е-LORAN и автоматизированные на основе вычислительных ресурсов бортового компьютера средства мореходной астрономии. Выполненные в работе исследования объединены с результатами экспериментов в рамках проекта магнитной навигации по вопросам практической реализации автономного авиационного позиционирования. Валидация характеристик изотропного поля как информативного эталона корреляционно-экстремальной навигации подтверждена практической реализациией различных фрагментов геофизических полей в виде трехмерных визуализаций сплайнового синтезирования. Проанализирована точность геолокации навигации с «привязкой к местности» по экстремальным показателям. Дан прогноз достижимости эффекта предсказуемости местоположения мобильного объекта в среде спутникового отсутствуя в случае оптимального управления движением с помощью прогностического моделирования при условии предвидения точной оценки неопределенности навигационной системы. Апробированные на методах сплайн-функций алгоритмы обеспечения авторитетного позиционирования выполнены в качестве интеллектуальной поддержки судоводительского состава по управлению судном в условиях нештатной ситуации.

В настоящей статье представлена разработанная авторами технология очистки и обеззараживания балластной воды. На основе анализа проблемы и исследовательского опыта в данной области показано, что качество сбрасываемой за борт балластной воды после ее использования в виде балласта определяется такими основными факторами, как технология очистки и особенности конструкции очистных устройств, а также условия проведения операций с балластной водой. Отмечается, что технология очистки балластной воды как комплекс операций, предусматривающих обработку и обеззараживание, определяется природоохранными требованиями к качеству очищенной и сбрасываемой за борт воды, а также свойствами исходной балластной воды. Приводится анализ современных природоохранных требований к сбросу балластной воды. Показано, что эти требования устанавливают уровень допустимой бактериологической опасности сбрасываемой балластной воды с учетом дисперсных характеристик бактериологически опасной субстанции. Указанные требования определяют состав операций, которые должны быть включены в технологию очистки и обеззараживания балластной воды. На основе результатов анализа природоохранных требований к качеству очищенной балластной воды, определяющих ее необходимое качество, предложен и обоснован ряд технологических решений, в совокупности представляющих технологию очистки и обеззараживания воды. В качестве обеззараживания предложено применение озона как эффективного окислителя. Для регулирования содержания дисперсных частиц загрязняющих веществ предложено применение седиментации. Технологические решения при этом учитывают необходимость проведения операций с большим количеством балластной воды, а также высокой производительностью приема и сброса. Предложено процесс обеззараживания осуществлять в малых объемах осадка, представляющего собой сконцентрированную массу бактериологической субстанции, полученную в процессе предварительной коагуляции и седиментации, для чего могут быть использованы судовые балластные емкости. Новая технология может найти применение как в судовых установках, так и во внесудовых природоохранных технических средствах - плавучих или береговых (например, портовых сооружениях).

В статье рассмотрена одна из таких важных задач сохранения окружающей среды, как уменьшение эмиссии парниковых газов морскими судами торгового флота. Рассматриваемая задача находится под особым контролем Международной морской организации (IMO) и играет основополагающую роль в мировой торговой политике. Представленный анализ контейнерной транспортной системы в мировой торговле показывает ее растущую роль, динамика и тенденции современного контейнерного флота за период 2015-2020 гг. подтверждают тезис о росте важности контейнерной транспортной системы в мировой торговле. Рассмотреныи представлены объемы эмиссии парниковых газов и вклад в эту величину танкерного, балкерного и контейнерного сегментов мирового торгового флота. Сделан вывод о невысокой экологической эффективности контейнерного флота в приведении к объему обеспечиваемого грузопотока. Предложены возможные варианты и последствия включения Северного морского пути в глобальную логистическую сеть для выполнения стратегической цели Международной морской организации (IMO) по снижению выбросов парниковых газов судов мирового торгового флота. На основе ранее проведенных исследований выполнены сравнительные расчеты, связывающие изменение скорости судна с расходом топлива и приведенными выбросами двуокиси углерода для четырех типов контейнеровозов на маршрутах, включающих Северный морской путь, и маршрутах через Суэцкий канал. Приведены оценки снижения выбросов парниковых газов вследствие сокращения пути между Европой и Азией при вовлечении Северного морского пути в работу контейнерного потока между Европой и Азией. Сделаны выводы о практической применимости рассчитанных оценок и их влиянии на общую экологичность транспортных коридоров в случае более активного использования Северного морского пути как транзитного маршрута для товарного потока из стран Азиатско-Тихоокеанского региона.

В исследовании рассматривается влияние поверхностных течений на изменения уровней и средней толщины ледяного покрова для арктических морей. На примере участков акваторий Гренландского моря и моря Баффина проверяется гипотеза о наличии значимой корреляции между изменениями топографии водной поверхности и средней толщины льда в районах, находящихся под влиянием теплых и холодных поверхностных течений. Подобные, но менее выраженные схемы течений имеют место также в других арктических морях, в том числе Баренцевом и Карском, для которых характерным является интенсивное судоходство в акватории Северного морского пути. В качестве исходных данных об уровне водной поверхности и средней толщины ледяного покрова в изучаемом районе использовались результаты реанализа GLORYS12v1, доступные за каждые сутки периода более десяти лет с координатным шагом в 5 угл. мин. Для каждого узла координатной сетки для периода с ноября по март были сформированы временные ряды данных о среднемесячных значениях указанных характеристик. Установлено, что на участках, через которые проходят теплые течения, переносящие более соленую воду, такая корреляция существует в большинстве районов и является отрицательной. На участках, через которые проходят холодные течения, переносящие воду с меньшей соленостью, корреляция тех же процессов может быть значимой и положительной. Предположительно выявленные закономерности проявляются и в других районах арктических морей со схожими системами течений, в том числе расположенных на трассах Северного морского пути, и характеризуются активным судоходством. Отмечается целесообразность учета изменений уровня моря в таких районах при средне- и долгосрочном прогнозировании средней толщины льда в них с целью планирования круглогодичного судоходства, в том числе в наиболее сложный зимне-весенний период навигации.

В работе исследована возможность использования районов заприпайных полыней Восточного сектора Северного морского пути при планировании и выборе маршрутов плавания транспортных судов. Подчеркивается, что судоходство в арктических морях связано с повышенным уровнем риска, мелководностью морей и сложными гидрометеорологическими условиями, а также характеризуется недостаточной или полностью отсутствующей гидрографической изученностью рельефа дна. Приведены основные данные, характеризующие увеличение количества выдаваемых разрешений на плавание судов в акватории Северного морского пути, и процентное соотношение судов в зависимости от их ледового класса. Отмечается, что в холодное время года основные судоходное проливы Северного морского пути покрываются припаем. Ввиду циркуляции и подледных течений образуются заприпайные полыньи, которые могут использоваться при планировании маршрутов плавания. Перечислены заприпайные полыньи Восточного сектора Северного морского пути, содержатся данные по их ширине, длине и диапазону глубин. Отмечается, что заприпайные полыньи Восточно-Сибирского и Чукотского морей являются более глубоководными, чем полыньи моря Лаптевых. В работе приведена классификация судов в зависимости от их осадки, выполнен анализ характерных маршрутов движения для каждой категории судов. Анализ данных, полученных от автоматической идентификационный системы судов, позволил выявить, что выбор пути следования носит сезонный характер и напрямую зависит от ледовых условий акватории. Актуальность темы обусловлена необходимостью увеличения сроков навигации в восточном секторе Северного морского пути для реализации целевых показателей по объемам грузоперевозок, что может быть достигнуто путем выбора маршрута следования транспортного судна по районам заприпайных полыней, представляющих собой полосу открытой воды и молодых льдов.

Темой исследования является изучение изменения несущей способности листов обшивки и балок судового набора под действием сжимающих и растягивающих усилий. Установлено влияние местных остаточных деформаций на допустимый износ деформированного элемента, позволяющий оценить его надежность. Ввиду того, что продольные усилия (сжимающие и растягивающие) являются существенными лишь для палубы или днища в средней части корпуса, влияние местных остаточных деформаций на несущую способность листов и балок продольного набора оценивается только для этих групп связей. Принимается, что сохраняемые местные остаточные деформации элементов корпуса не изменяются со временем эксплуатации. Рассчитываются поправки на допустимый износ в сечении, который представлен как уменьшение средней толщины листов обшивки днища, настила палубы или второго дна. Скорость изнашивания всех листов сечения принимается одинаковой, а вероятность ее появления соответствует закону нормального распределения с характеристиками, указанными в Правилах Российского речного регистра судоходства, установленными для заданной группы связей. Согласно принятым в работе допущениям, можно рассчитывать вероятность появления отказа в сечении группы связей с местными остаточными деформациями в зависимости от периода эксплуатации судна. Вероятность появления отказов в заданной группе связей оценивается произведением вероятности появления отказов в отдельных сечениях после заданного периода эксплуатации. Вероятность появления отказов в корпусе судна рассчитывается как произведения вероятностей появления отказов во всех группах связей. Получены выражения для расчета потери несущей площади пластин обшивки и балок продольного набора из-за местных остаточных деформаций. Потеря работоспособной площади листов и продольных балок представляется как дополнительный износ листов. После деления несущей потери площади сечения на ширину сечения получена величина допустимого уменьшения остаточной толщины листов, средневзвешенного для рассматриваемого сечения.

В исследовании в качестве объекта оценки точности моделирования геометрических параметров поперечного сечения деформированных узлов судовых корпусных конструкций принят наиболее часто встречающийся случай деформации рамных тавровых балок. Выполнено сопоставление точных, определяющих прочностные характеристики, геометрических параметров поперечного сечения деформированной стенки рамной балки и балки с присоединённым пояском обшивки при деформированной стенке нескольких последовательно замещающих исходное сечение моделей. В качестве оцениваемых объектов приняты сканированные поперечные сечения моделей балок с деформированной стенкой. Эти модели имеют несколько вариантов соотношения высоты стенки к ее толщине и разную форму потери устойчивости стенки балки. По результатам моделирования дана сопоставительная оценка значений указанных параметров и сделано заключение о достаточной для практики точности результатов моделирования. Кроме того, показано, что точность моделирования позволяет удовлетворительно оценить геометрические параметры прочности поперечного сечения рамных балок судового набора с деформированной стенкой без непосредственного доступа к балке и оценки зоны и вида деформации стенки - по замерам деформации наружной стороны обшивки в месте крепления балки. В качестве основной рекомендована составная модель, представляющая совокупность недеформированной тавровой балки со стенкой той же толщины и высотой, равной высоте стенки деформированной балки и листового элемента в плоскости стенки балки, примыкающего к обшивке. Высота этого элемента составляет 2/3 высоты недеформированной балки с площадью поперечного сечения, равной разности площадей стенок недеформируемой моделируемой и имитационной балок. Дополнительно приведена оценка точности определения геометрических параметров прочности поперечного сечения тавровой балки с присоединенным пояском обшивки при деформированной стенке и ее подкреплении листовыми элементами в плоскости стенки. Сделан вывод о том, что использование указанного способа моделирования позволяет получить удобные для аналитического описания модели при их удовлетворительной точности.

Материалы статьи содержат обзор использования систем пневмообдува корпусов ледоколов для повышения их ледопроходимости и описание традиционных конструктивных решений при проектировании этих систем. Отмечается, что проектирование систем выполняется на основе методов аналогии и подобия с учетом результатов натурных испытаний. Теоретические методы учета конструктивных особенностей корпуса ледокола и технических характеристик его энергетической установки при определении требуемой подачи воздуха, а также параметров расположения его выходных отверстий изучены в настоящее время недостаточно. В работе показано, что совершенствование противообледенительных устройств ледоколов обеспечивает повышение их энергоэффективности. Основными направлениями совершенствования пневмо-обдувочных устройств является уменьшение затрат на привод агрегатов наддува и возможность использования для этих целей вторичных энергетических ресурсов судовых дизелей. Представлены результаты расчетов требуемой для привода воздухонагнетателей мощности в зависимости от его подачи, рассмотрены другие факторы, определяющие энергопотребление системой пневмообдува. Результаты проведенных исследований подтверждают возможность совершенствования противообледенительных устройств ледоколов с целью повышения их энергоэффективности. Предложенная методика позволяет определить требуемые затраты мощности и оценить возможности их покрытия вторичными энергетическими ресурсами с усовершенствованными приводами воздухонагнетателей. Отмечается, что максимальное повышение энергоэффективности может быть достигнуто при помощи выбора рациональных параметров подачи воздуха, обусловленного размещением отверстий подачи воздуха с учетом конструктивных особенностей корпуса ледокола и использования вторичных энергетических ресурсов главных и вспомогательных элементов энергетической установки ледокола.

В работе приведены основные виды поломок, возникающих при работе палубного оборудования рыбопромыслового судна, которые могут привести к выходу устройств из строя и серьезным авариям, что, в свою очередь, влечет за собой снижение эксплуатационной и экономической эффективности работы судовой вспомогательной энергетической установки и судна в целом. Поэтому для совершенствования системы технического обслуживания палубного оборудования необходимо модернизации методики прогнозирования надежности по конструктивным показателям элементов на этапе проектирования. Для этого необходимо получение точной статистической информации о надежности узлов, деталей и оборудования в течение периода эксплуатации судна. Отмечается, что для анализа риска отказа за время эксплуатации судового оборудования требуется на первом этапе классификация опасностей на основе имеющихся данных и существующих наработок технических средств, а для оценки среднего ресурса и других показателей долговечности судовых механизмов необходимо знать параметры распределения случайных факторов. Это позволит при различных законах распределения параметров спрогнозировать распределение ресурса методом статистического моделирования. В работе рассмотрены результаты оценки по отказам палубного грузоподъемного оборудования рыбопромыслового судна. Выявлено, что отказам наиболее подвержены швартовые, якорные и траловые лебедки, для которых приведены данные наработок. Рассчитана вероятность безотказной работы деталей и приведено ее графическое распределение. Полученные в работе результаты способствуют дальнейшему продолжению проведения исследований в области обеспечения требуемого уровня работоспособности элементов палубных механизмов.

Предметом настоящего исследования являются двигатели внутреннего сгорания, способные использовать газообразное топливо, - газовые и двухтопливные двигатели. В работе рассмотрены основные технологии использования природного газа в поршневых двигателях с позиций обеспечения наивысшей энергоэффективности и экологической безопасности. Отмечается, что использование в качестве топлива природного газа, вне зависимости от технологии, позволяет сократить выбросы диоксида углерода с про- дуктами сгорания на 28 % по сравнению с жидкими видами топлив. Все известные конструкции газовых и двухтопливных двигателей принципиально реализуют две технологии: использование гомогенных или гетерогенных газовоздушных смесей. Наиболее распространенной является технология гомогенных смесей, обеспечивающая высокую топливную экономичность и наиболее высокие показатели экологической безопасности. Данная технология предусматривает подачу газа низкого давления во впускные каналы двигателя через автоматические газовые клапаны. В отработавших газах двигателя практически отсутствуют оксиды серы, твердые частицы, а эмиссия оксидов азота может быть обеспечена на уровне требований стандарта Tier III. При этом основным недостатком технологии гомогенной смеси является потенциальная возможность проникновения природного газа, обладающего высоким уровнем парникового эффекта, превышающий до 28 раз эффект от углекислого газа в выпускной тракт двигателя - «проскальзывание метана». Подчеркивается, что этот негативный аспект может быть в значительной мере минимизирован за счет использования гетерогенной технологии, когда топливный газ подается непосредственно в цилиндр двухтопливного двигателя под высоким давлением, до 50 бар, в конце процесса сжатия. Данная технология получает распространение в конструкциях двухтактных двигателей в связи со спецификой их процесса газообмена. Однако высокая динамика процесса тепловыделения при реализации гетерогенной технологии газовоздушных смесей сопряжена с высокой эмиссией оксидов азота, соизмеримой с эмиссией NOx дизельным двигателем. На основе анализа параметров и характеристик продукции ведущих производителей, реализующих различные технологии использования природного газа в качестве топлива, сделаны выводы о потенциальных преимуществах и перспективах использования газовых и двухтопливных двигателей.

Рассмотрен процесс широтно-импульсной модуляции в системе преобразователь - электродвигатель. Отмечается, что основной задачей широтно-импульсной модуляции напряжения, формируемого электронно-ключевым преобразователем в системе преобразователь - электродвигатель, является снижение пульсаций тока на периоде модуляции. Доказано, что динамический процесс изменения тока в электрической машине на периоде широтно-импульсной модуляции можно аппроксимировать R, L-фильтром. Установлено, что важнейшей задачей широтно-импульсной модуляции является минимизация ошибки модуляции по току в электродвигателе. Выполнен анализ возможных критериев оценки качества процесса модуляции в системах управления электроприводом. Показано, что в качестве критерия оптимальности для оценки качества модуляции в системе преобразователь - электродвигатель целесообразно использовать интегральный квадратичный критерий относительной ошибки, названный локальной дисперсией тока, а также среднее значение локальной дисперсии тока на периоде модулирующей функции, названное интегральной дисперсией тока. Рассмотрен процесс однофазной модуляции на однофазной нагрузке. Получены аналитические оценки дисперсии тока нагрузки для данного процесса. Записано условие, при котором дисперсия тока принимает минимальное значение. Исследована эффективность оптимизации широтно-импульсной модуляции по критерию дисперсии тока. В качестве базового значения дисперсии принята средняя дисперсия токов в нагрузке при центрально-симметричном расположении импульсов на интервале модуляции. Получено выражение, позволяющее оценить эффективность оптимизации дисперсии тока с учетом приращения центра интервала модуляции. Построена зависимость, иллюстрирующая эффективность оптимизации по критерию смещения импульсов относительно центра интервала широтно-импульсной модуляции от относительной частоты модуляции при различных амплитудах модулирующего напряжения. Получено выражение для оценки среднего значения локальной дисперсии тока на полупериоде модулирующей функции.

В работе рассмотрен вопрос обеспечения устойчивости напряжения энергетической системы, являющийся одним из ключевых в процессе планирования и эксплуатации энергосистемы. Отмечается, что в настоящее время в результате ряда технологических инцидентов в виде нарушения устойчивости напряжения энергосистемы были испытаны нейронные сети на территории различных стран, исследована проблема возможного риска возникновения провала напряжения вследствие потери его устойчивости в энергетической системе в процессе ее эксплуатации. Подчеркивается, что в этой связи проведение анализа устойчивости напряжения является важной процедурой в целях своевременного выявления шин с низкой надежностью внутри энергетической системы. Таким образом, диспетчерскому персоналу энергетической системы следует предпринять определенные меры во избежание любых случаев провала напряжения внутри системы. Целью статьи является представление нового метода оценки индекса нагрузки устойчивости напряжения (L-индекс) для энергосистемы с применением данных оптимально расположенных единиц измерения фазора (PMU). Индекс нагрузки устойчивости напряжения оценивается в работе с использованием рекуррентной нейронной сети, известной как сеть эхо-состояний (ESN). Оптимальное размещение PMU выполнено с учетом островных условий эксплуатации. Представлены результаты оптимального размещения PMU для нормальных и граничных условий эксплуатации, а также оценка L-индекса с помощью ESN в системе IEEE 14-ти шин. Представлена методика оценки индекса нагрузки устойчивости напряжения в энергетической системе на основе сети эхо-состояний с использованием измерений PMU. Выполнена оценка производительности ESN для L-индекса, результаты которой показывают высокую точность в нормальных и возмущенных условиях. Доказана эффективность обеспечения точной оценки разработки ESN в вычислительном отношении.