Предметом исследования является анализ материалов экспериментальных исследований параметров транспорта наносов на гидравлических моделях русел с побочневым типом руслового процесса. В работе отмечается, что надежность русловых прогнозов, выполняемых с использованием аппарата математического моделирования, в большинстве случаев по-прежнему остается достаточно низкой. При этом качество русловых прогнозов, выполняемых при проектировании инженерных мероприятий для обеспечения судоходства на реках, определяется, с одной стороны, правильностью оценки физической природы транспорта наносов в естественных русловых потоках, а с другой - качеством применяемых численных моделей. Настоящая работа посвящена верификации модели транспорта наносов на основе проведения исследований в гидравлических лотках, в которых одновременно воспроизводились микроформы и мезоформы речного русла с побочневым типом руслового процесса. Такие задачи до настоящего времени не рассматривались. Ранее проведенные эксперименты проводились при равномерном установившемся режиме движения воды на одном структурном уровне движения донных наносов - при движении донных наносов в виде микроформ (гряд), т. е. при плоском дне. Полученные в ходе проведения исследований результаты позволили получить новые данные, с помощью которых представляется возможным повысить качество моделирования транспорта наносов в естественных русловых потоках. Данное направление исследований, основанное на применении методики расчета расхода русловых наносов с использованием параметров донных гряд, может объективно привести к повышению надежности прогнозов русловых переформирований при содержании судовых ходов на свободных и зарегулированных реках с подвижным дном.

В работе рассмотрено являющееся наиболее перспективным в области морского судоходства решение по автоматизации автономных надводных судов, способных в различной степени функционировать без взаимодействия с оператором-человеком. Отмечается, что полное и даже частичное отсутствие экипажа на маршруте следования судна существенно сокращает расходы транспортных кампаний. При этом любой эксплуатации объекта всегда предшествует тщательный анализ области использования, поэтому в статье приведены основные критерии классификации безэкипажных судов, позволяющие определить главные конструктивные особенности судна. Подчеркивается, что большое количество критериев классификации надводного объекта, ввиду различных условий, создает определенные проблемы с подбором района эксплуатации безэкипажного судна, поэтому в данной работе предлагается метод, учитывающий все имеющиеся классификации, который позволяет определить район эксплуатации морских автономных надводных судов на примере акватории залива Петра Великого. Применение предложенного автоматизированного подхода к решению задачи по классификации объекта с использованием специально разработанного программного продукта дает возможность увеличить наглядность результатов работы метода и удобство его использования. В данной статье предлагается программное средство, для успешной работы которого задаются входные критерии проектируемого морского автономного надводного судна. Результатом работы является карта, на которую цветом нанесен предполагаемый район эксплуатация судна, а также наличие функции просмотра информации о локальной среде использования пилотируемого объекта. В статье также дан интерфейс программного средства, а также приведены результаты его работы на примере акватории залива Петра Великого.

В статье выполнен аналитический обзор современной проблематики практического использования планетарного магнитного поля в качестве геофизической основы навигации. Выдвинута гипотеза о возможности ориентирования по индивидуальной сигнатуре определенной географической местности, исходя из того, что Земля обладает измеримым магнитным полем в любом месте и в любое время, что делает контуры аномальной магнитной интенсивности надежным источником навигации. Проанализированы результаты отечественных и зарубежных исследований по идентификации экспериментальной среднеквадратической погрешности магнитного позиционирования определения координат с показателем в 10 м, что в перспективе создает прецедент дополнения магнитной навигации к вероятным резервным системам глобального позиционирования. Отмечается, что навигация по вариативной изменчивости магнитного поля демонстрирует высокий потенциал точности в среде недоступности GPS. Вследствие этого подчеркивается необходимость поиска альтернативного метода. Актуальность создания дублирующей системы мотивирована тем, что надежность глобального позиционирования является предметом внимания при изучении вопроса кибернетической осведомленности как для морских, так и для авиационных применений. Инновационный подход рассмотрен в широком аспекте с учетом возможности построения эффективной конфигурации искусственной нейронной сети для удаления локального магнитного поля судна или самолета из измерительных данных магнитометра при использовании алгоритма машинного обучения для обеспечения надежности автономной навигации как в околоземном пространстве, так и в закрытых помещениях. Реализовано трехмерное визуальное представление цифровой модели смоделированного магнитного поля на основе базисных финитных сплайнов в двух сравнительных вариантах: аппроксимированной перспективы магнитных аномалий и ее стилизованной каркасной модели с математическим обоснованием целесообразности применения различных методов в качестве оптимальных эталонов картографирования информативности магнитного позиционирования. Горизонт планирования инкорпорирования сплайновой технологии в обработку навигационной информации теоретически расширен до стратегии использования градиентного подхода при синтезировании неоднородной структуры геофизического поля с целью эффективного определения местоположения судна на основе реалистичного учета архитектуры многофакторного ориентирования спектра градиентных векторов.

Предметом настоящего исследования является основной вопрос обеспечения навигационной безопасности плавания судна - знание координат местоположения судна на заданный момент времени. Отмечается, что в современных условиях координаты места судна в большинстве случаев получают при помощи глобальных навигационных спутниковых систем. Однако проблемой при использовании этих систем служат сбои в приеме навигационной информации от спутников, причиной которых являются помехи радиосигналу как естественного, так и искусственного (деструктивного) происхождения, вызванные вмешательством средств радиоподавления. Предложено решение проблемы (выявление факта деструктивного вмешательства в радиоканал спутник - приемоиндикатор) путем применения навигации по небесным светилам. Возможность использования такого рода навигации в современных условиях предполагает усилия, направленные на совершенствование данного способа, включая комплекс мер. Среди них выделяются два направления: первое направление предполагает совершенствование средств измерения навигационного параметра, второе -совершенствование вычислительных средств, необходимых для расчета координат места судна, а также решения следующих навигационных задач обеспечения навигационной безопасности плавания: определение поправок приборов, обеспечение службы времени на судне, а также определение освещенности и подбор светил для обсервации. Данная работа посвящения второму направлению совершенствованию навигации по небесным светилам, а именно выявлению тенденции развития вычислительных средств навигации по небесным светилам. В результате проведенного исследования была показана общая тенденция глобального рынка, по которой можно судить о росте и популяризации морской отрасли, выявлено неравномерное развитие функционала представленных программ, описаны преимущества и недостатки данного явления. В качестве подтверждения роста актуальности были приведены отчеты международных аналитических организаций, говорящие о росте рынка морской радиоэлектроники на 8,1 % в год до 2025 года.

В статье рассмотрены основные международные нормативные документы, регламентирующие процесс подготовки перехода судна. Указаны факторы, влияющие на выбор безопасной скорости движения судов в полярных водах. Дана оценка росту объемов морских грузоперевозок в Арктическом регионе. Отмечается, что стабильный и устойчивый рост объемов перевозок наряду с разработкой новых нефтегазовых проектов требуют детального исследования морских транспортных маршрутов для обеспечения эффективного вывоза, в том числе углеводородного сырья. Отмечено, что на практике суда на трассах Северного морского пути зачастую отклоняются от рекомендованных маршрутов при осуществлении переходов в ледовых условиях. В связи с этим с целью повышения экономической эффективности морского судоходства в Арктике возникает необходимость применения оптимизационных алгоритмов, учитывающих изменяющуюся ледовую обстановку. Рассматриваемые алгоритмы, помимо повышения экономической эффективности морской транспортной сети, должны обеспечивать безопасность плавания с учетом требований международных нормативных документов. Особо отмечается необходимость включения оптимизационного алгоритма в стандартную оценку риска при планировании перехода как фактора, оказывающего влияние на безопасность плавания. Особо подчеркивается, что для повышения безопасности плавания на судах должнадействовать эффективная система управления безопасностью. С этой целью описаны положения, которые должны выполняться при применении оптимизационного алгоритма в практических условиях оперативно на борту судна. В связи с тем, что при обязательной оценке риска при планировании перехода должно учитываться применение оптимизационного алгоритма, в работе представлены ответные меры в рамках процедуры оценки риска, предполагающие обеспечение безопасного применения оптимизационного метода.

Рассмотрен вопрос разработки решений по повышению пропускной способности внутренних водных путей за счет эффективного управления системой питания камеры судоходного шлюза водой, согласно приоритетам развития внутреннего водного транспорта Российской Федерации. Предметом исследований является процесс выравнивания уровней воды в двух сообщающихся сосудах. На современном этапе развития исследований решение этой задачи связано с итерационной процедурой, сходимость которой существенно зависит от выбора начального приближения и шага численного интегрирования. В работе предложено использование метода синтеза оптимального управления (познание объекта как единого целого, в единстве и взаимной связи его частей) изменением уровня воды в камере шлюза. При этом рассмотрено решение задачи совмещенного оптимального управления нелинейной системой по иерархии функционалов. Дано представление о самоорганизующемся оптимальном регуляторе с экстраполяцией А. А. Красовского. Особое внимание уделено оптимизации управления при малых вычислительных затратах в процессе формирования системы. Предложенное в работе использование прогнозирующих моделей позволяет получить удобные на практике алгоритмы, не требующие при их внедрении глубоких фундаментальных знаний теории управления. Показана работоспособность исследуемых алгоритмов при изменении времени процесса. Представленное решение дает возможность выполнить сравнительный анализ различных методов выравнивания уровней воды между камерой судоходного шлюза с распределительной системой питания и соответствующим бьефом, что позволяет решить одну из задач актуальной проблемы повышения пропускной способности судоходных шлюзов на участке водного пути при безусловном выполнении обеспечения безопасных условий шлюзования.

Рассматривается проблема повышения качества средне- и долгосрочного прогнозирования изменений ледовой обстановки на Северном морском пути и в частности в Восточно-Сибирском море, где одним из методов выбора водных путей является проход судов в районах заприпайной полыньи. Проверяется гипотеза о том, что в летние месяцы на такие изменения могут оказывать значительное влияние сроки наступления половодья в дельте реки Колыма. В качестве фактического материала по ледовитости и уровням Восточно-Сибирского моря в месяцы с мая по октябрь периода 1993-2019 гг. использованы данные глобального реанализа GLORYS12v1, поддерживаемого европейской службой Copernicus Marine Service, основанного на математических моделях семейства NEMO, верифицированных с помощью альтиметрических данных спутниковых измерений. С использованием разработанной методики для выбранных периодов года оценены даты резких изменений уровня и ледовитости на предустьевом взморье реки Колыма. В исследовании с помощью статистических методов подтверждается справедливость высказанной гипотезы для ряда районов Восточно-Сибирского моря, по которым проходят судоходные трассы Северного морского пути. Установлено, что наибольшее влияние сроков половодий на ледовую обстановку и условия судоходства в таких районах имеет место в июле. Показано, что ранние половодья в дельте Колымы в целом приводят к улучшению ледовой обстановки, а поздние - к ее усложнению. Выявленные взаимосвязи рекомендованы к использованию при составлении прогнозов изменений ледовой обстановки. Сделано предположение о том, что при дальнейшем потеплении климата и смещении сроков половодья на более ранние даты не исключено осложнение ледовых условий из-за замерзания образовавшейся полыньи.

В статье рассмотрены вопросы технологического комплекса изготовления корпуса маломерного судна, полученного при помощи аддитивных методов производства. Цель работы состоит в исследовании возникающих проблем, вопросов, закономерностей, правил и норм процесса 3D-печати корпуса маломерного судна. Задачами предлагаемого исследования, раскрывающими его цель, являются следующие: представление ранее полученных расчетных и экспериментальных результатов для работ по печати и сборке корпуса судна; разработка методики сборки корпуса по аддитивной технологии; сравнительный анализ трудоемкости изготовления корпусов судов с использованием традиционных и аддитивных технологий; изучение вопросов стапельного периода постройки корпуса после окончания работ по печати. К главным, или базовым методам решения задач, относятся: известные фундаментальные основы по технологии судостроения, судоремонта, оптимизации судов, технико-экономического анализа, материаловедения и др.; сведения о производстве объектов морской техники путем аддитивного изготовления из филаментов; результаты собственных расчетов и экспериментов для производства корпуса маломерного судна методами аддитивных технологий; известные отраслевые нормативы и стандарты по работе со стеклопластиком в судостроении. Рассмотрены методика печати и сборки корпуса маломерного судна, необходимые предварительные расчетно-аналитические и экспериментальные исследования для перепроектирования конструкции корпуса под аддитивное производство во избежание проблем в процессе и после печати и сборки корпуса, анализ трудоемкости изготовления корпуса судна с использованием аддитивных и традиционных технологий. В процессе проведения исследования подтверждено, что не все типы маломерных судов будут иметь преимущества по трудоемкости при их аддитивном изготовлении, возможно применение инкрементного производства. Отмечается, что при правильной организации управления производством аддитивные технологии будут иметь преимущество по трудоемкости технологического процесса при производстве корпусов судов типа байдарок и аналогичных конструкций по геометрии и массе (при их индивидуальном штучном производстве).

В работе основное внимание уделено вопросу развития судовой энергетики и автоматики, обусловленного качественными и количественными изменениями, вызванными масштабной оптимизацией и повышением эффективности судовых энергетических установок и установленным требованием о необходимости утилизации теплоты отработанного рабочего тела. Объектом данного исследования является проточная часть центростремительной малорасходной турбины, предметом исследования служат потери кинетической энергии в ступени малорасходной центростремительной турбины. Методом проведенного исследования является численное моделирование течения газа с использованием вычислительной газовой динамики, целью исследования - сравнение значений коэффициентов потерь кинетической энергии в сопловом аппарате, рабочем колесе и потерь с выходной скоростью полученных в ходе проведения физического и численного экспериментов. Основной задачей данного исследования является сопоставление значений коэффициентов потерь кинетической энергии в ступени турбины, полученных в ходе физического эксперимента, с результатами численного эксперимента. Отмечается, что малорасходные турбины характеризуются малыми габаритами, не позволяющими в полной мере осуществить физический эксперимент. В предлагаемой работе выполнен баланс потерь центростремительной малорасходной турбины. Выполнено сравнение значений коэффициентов потерь кинетической энергии в сопловом аппарате и рабочем колесе с выходной скоростью, полученных в ходе проведения физического и численного экспериментов. Построен график баланса потерь кинетической энергии ступени малорасходной центростремительной турбины. Установлена хорошая сходимость значений коэффициентов потерь, полученных численным методом, с результатами физического эксперимента. Сделаны выводы о возможности применения численного моделирования для идентичных типов турбинных ступеней.

Предметом исследования является одна из ключевых проблем, существующих в настоящее время на флоте в процессе эксплуатации судов, которая состоит в прекращении поставок продукции ведущих зарубежных фирм - производителей демпферов и антивибраторов крутильных колебаний, обеспечивающих безопасную работу ответственных элементов машинно-движительного комплекса. Подтверждением актуальности данного вопроса является тот факт, что на территории Российской Федерации нет ни сервисных центров технического обслуживания, ни специалистов, осуществляющих деффектацию и ремонт подобного рода устройств. В статье приведены результаты экспериментальных исследований по оценке изменения технического состояния антивибратора, представляющего собой ведомую часть диска сцепления широко известного зарубежного производителя для грузового автомобиля типа КамАЗ, на лабораторном стенде испытательного центра Marine Technology Service ФГБОУ ВО «АГТУ». Целью испытаний является оценка изменения вибрации и крутильных колебаний, возникающих в элементах лабораторного стенда при различных состояниях демпфирующих пружин антивибратора. Отмечается, что данное устройство используется на двигателях ЯМЗ-236, который является конвертируемым на судах. Изменение технического состояния антивибратора обеспечивалось полным ограничением хода (заклиниванием) демпфирующих пружин. Механическое заклинивание производилось последовательно для каждого пружинного пакета и проведением измерений касательных напряжений в валу лабораторного стенда и виброускорения на стойке подшипникового узла. Для проведения экспериментов была использована измерительная база испытательного центра, включая систему мониторинга крутильных колебаний, виброметр 1-го класса, анализатор спектра «Экофизика-110» и т. д. Экспериментально установлено, что при полном ограничении свободного хода демпфирующих пружин антивибратора возрастают касательные напряжения в валу и вибрации на подшипниковом узле лабораторного стенда. Также определено, что средние касательные напряжения в валу наиболее эффективны с точки зрения критерия диагностики технического состояния антивибратора, чем максимальные напряжения. Наиболее информативными для диагностики антивибратора являются октавные частоты 4, 63 и 125 Гц, на которых происходит существенное изменение виброускорения по всем трем осям X, Y, Z в зависимости от количества заклиненных пружин. Проведение теоретических и практических исследований в данной области в дальнейшем может привести к разработке методики безразборной оценки технического состояния судовых механических демпферов и антивибраторов крутильных колебаний.

Ввиду того, что в последние годы появилась реальная возможность создания емкостно-накопительного источника энергии на основе суперконденсаторов с повышенной энергоемкостью, в настоящее время на основе суперконденсаторов создано устройство накопления энергии и имеется экспериментальный процесс, мощность которого в модели электроэнергетической системы составляет 10 кВт. Уровень запасаемой энергии определяется типом накопителя 30 кДж и более. Целью данной статьи является разработка эффективных методов повышения (частоты, угла ротора) на основе современных накопителей энергии (суперконденсаторов). В ходе проведения теоретических и экспериментальных исследований применена лицензированная программа математического моделирования электроэнергетической системы (ЭЭС) - PSS/E. В статье обоснована практическая важность научной работы и рассмотрены особенности влияния использования суперконденсаторов в целях обеспечения стабильности частоты вращения и угла ротора посредством проведения нескольких экспериментов с различной емкостью и напряжением и с последующим сравнением с результатами, полученными с помощью программы (PSS/E). Обеспечение стабильности графика нагрузки при максимальном потреблении электроэнергии в электро-энергетической системе определенного региона или страны является долговременной процедурой, которая нуждается в развитии и совершенствовании средств ее выполнения. Современные системы имеют характерные особенности, такие как рост неравномерности графиков нагрузки, необходимость выработки мощности от объектов генерации в каждый промежуток времени, повышение крутизны графиков нагрузки, масштабирование оборудования электростанций, которое повышает их экономическую целесообразность эксплуатации, снижающее их маневренности и др. Поиск и разработка новых способов и методов компенсирования пиковых нагрузок в электроэнергетической системе являются актуальными и востребованными.

В работе решена операционная задача автоматизации построения и маршрутизации сетевой модели с известными координатами условных целей, поставленных группе судов для их достижения в течение минимального времени, что позволяет получить резервы ходового времени, необходимые для экономии топлива и энергии с учетом загрузки, стоимости груза, расходов на перевозки и др. Подчеркивается, что в условиях штормовой погоды и при управлении судами в ситуациях, связанных с корректировкой расписания, необходимы гибкие оперативные решения диспетчерских служб, принимаемые на основе численных методов оптимизации с использованием современных вычислительных сред. В связи с этим в работе рассмотрен метод динамического программирования, реализуемый с использованием алгоритма маршрутизации Беллмана - Форда, дополненный рекурсивной процедурой пошаговой оптимизации, снимающей ограничение алгоритма при наличии в графе обратно ориентированных ребер с отрицательными весами. Отмечается, что при наличии отрицательных весов возникают условия появления отрицательного цикла в графе, при котором практическая реализация алгоритма Беллмана - Форда становится невозможной из-за бесконечного цикла релаксаций (ослабления) весов вершин, входящих в этот цикл. Отсюда на ограниченном отрезке времени взвешивания всех вершин (проходов по всем ребрам) алгоритм может дать заведомо ложный результат. Предложенная процедура модификации известного алгоритма Беллмана - Форда устраняет это ограничение, позволяя применять его не только для оценок кратчайших путей в сети, содержащей дуги с отрицательными весами, но и для обнаружения в ней отрицательных циклов. Модифицированный алгоритм Беллмана - Форда реализован в виде программы, составленной в кодах MATLAB, и демонстрируется на примере автоматизированного построения и расчета сетевой модели, содержащей как положительные, так и отрицательные ребра (потоки) с применением рекурсивной процедуры пошаговой оптимизации. Показано, что предложенная модель, в отличие от известных, устраняет ограничения, обусловленные наличием отрицательных циклов в сетевой модели, что позволяет автоматизировать поиск кратчайших путей до условных целей функциональными средствами среды MATLAB. При этом построенная компьютерная модель обладает простотой и компактностью. Предложенные алгоритм и рекурсивная процедура рекомендуются для поиска энергоэффективных решений при управлении подвижными объектами на водном транспорте.

В статье выполнен анализ электроцилиндра как перспективного типа электромеханического привода для управления основными двустворчатыми воротами судоходных шлюзов на основании отечественного и зарубежного опыта. Показано, что по ряду причин в России находится в работе несколько различных типов электроприводов, отличающихся друг от друга кинематическими схемами, рабочими параметрами, габаритами и эксплуатационными затратами. Отмечается, что многообразие видов электроприводов снижает их ремонтопригодность, требует поиска запасных элементов, выполнения ремонтных работ сторонними организациями, что, в свою очередь, снижает производительность процесса шлюзования. Проанализированы эксплуатируемые электромеханические и электрогидравлические приводы основных двустворчатых ворот судоходных шлюзов с шириной камеры около 18 м. Показано, что результаты сравнения приводов позволяют уточнить расчеты требуемых мощности и грузоподъемности, способствуют разработке единого нормативного документа, регламентирующего процесс проектирования и выбора рабочих параметров электроцилиндра для конкретных условий эксплуатации. Получены данные, составленные на основе зарубежного и отечественного опыта эксплуатации разных типов привода двустворчатых ворот судоходных шлюзов, рассмотрены тенденции их развития, причины их замены на более современные приводы. Особое внимание уделено раскрытию причин замены штатных приводов на электроцилиндр при реконструкции шлюзов. Показано, что точный расчет фактически требуемых показателей рабочих характеристик и правильный выбор типа электропривода, исходя из условий будущей эксплуатации, ведет к заметному увеличению срока жизненного цикла судоходного шлюза и его механизмов.