В работе описаны диаграммы ледовой ходкости судов, позволяющие определять все характеристики ходкости судна (потребляемую мощность, частоту вращения движителей, скорость движения и тягу движительного комплекса). Показано, что особенностью этих диаграмм является возможность расчета указанных ходовых характеристик для случаев движения судна, характеризующихся большой нагрузкой на движительный комплекс при малых значениях поступи (движение судов во льдах, буксиры). Отмечается,, что ранее такой расчет выполнить было невозможно из-за стремящихся к минус бесконечности значений коэффициента попутного потока. Для преодоления указанной трудности была использована разработанная в ходе проведения исследования альтернативная (швартовная) система коэффициентов взаимодействия, кратко представленная в работе, которая позволяет проводить все необходимые расчеты. Для представления результатов таких расчетов были разработаны диаграммы ледовой ходкости судов, наглядно и в удобной форме представить весь массив расчетных данных. В работе показано, что указанные диаграммы могут быть легко изменены для внесения в них параметров внешней среды для удобства использования. В работе приведена диаграмма, на которой в качестве параметра среды представлена толщина ледяного покрова, преодолеваемого судном. Рассмотрены возможные приложения указанных диаграмм для практического использования, например, для оценки ледового сопротивления судна при проведении натурных испытаний. Отмечается приближенный характер информации, содержащейся в диаграммах. Также обсуждается возможность использования других параметров внешней среды.

Настоящее исследование посвящено разработке дизайна и прототипа наледной сейсмостанции для регистрации землетрясений и сейсмических шумов в арктических морях, а также концепции ее использования. В работе отмечается, что регионы Арктики и Субарктики оказывают существенное влияние на глобальные процессы, происходящие на Земле. Необходимость долговременного сейсмического мониторинга в арктических и субарктических акваториях России со льда, а также совершенствование соответствующей аппаратуры, обусловлены большим научным интересом к сложной геодинамике и тектонике региона, глубинному строению литосферы и необходимостью оценки различного рода геологических опасностей в процессе активного освоения Арктики и возведения там критической инфраструктуры. При разработке дизайна наледной сейсмостанции особое внимание уделялось следующим параметрам, которые, по мнению авторов работы, являются ключевыми для оптимального долговременного сейсмического мониторинга со стационарного или дрейфующего льда: применение сейсмоприемников с расширенным частотным диапазоном регистрации; присутствие гидрофонного канала регистрации; обеспечение непрерывного контроля за оборудованием и оперативного сбора данных в течение всего периода наблюдений; обеспечение гибкости в применяемом типе и количестве датчиков; обеспечение работоспособности при низких температурах и сильном ветре; обеспечение водонепроницаемости основных узлов станции. Отмечается, что обширность субарктических и арктических акваторий России и большое количество решаемых с помощью сейсмического мониторинга со льда задач приводят к возможности широкого применения описанного оборудования. Сделан вывод о том, что к преимуществам представленного оборудования относятся приспособленность к суровым арктическим условиям, возможность удаленной передачи данных, а также использование отечественной аппаратурной базы.

Рассматриваются методы использования основных навигационных параметров (пеленга и дистанции) для обеспечения контроля движения судна по запланированной линии пути. В качестве математического аппарата используются классические методы навигации (определение места судна, теория изолиний и линий положения) для реализации эффективных решений выбора параметра или их комбинации в зависимости от текущих условий плавания. В результате выявлены и рекомендованы оптимальные варианты выбора ведущих, ограждающих и контрольных линий положения по пеленгам и дистанциям для запланированного пути исходя из навигационной обстановки. Предлагаются выражения оценки точности при использовании этих навигационных параметров и методов. Обоснована целесообразность параллельного индексирования с оценкой погрешностей как комбинации совместного использования пеленга и дистанции в качестве универсального случая контроля движения судна. Продемонстрирован новый вариант применения параллельногоиндексирования с базовой линией по двум ориентирам как линейного створа, позволяющий ориентироваться при движении судна в случае неисправностей в системах компаса. Дана графическая интерпретация и выполнен сравнительный анализ изменения погрешностей методов в зависимости от дистанции до используемых ориентиров. Приводятся рекомендации и особенности практического применения методов контроля движения судна по запланированному пути исходя из навигационной обстановки района плавания. Формализация этих методов позволит судоводителю, автоматическому навигационному комплексу или системе управления автономного судна решать задачи обработки соответствующей навигационной информации на качественно новом уровне.

В работе предложена система управления движением и расхождением безэкипажного судна с препятствиями в соответствии с Международными правилами предупреждения столкновения судов в море (МППСС-72). Данная система состоит из трех подсистем: подсистемы удержания траектории, подсистемы обхода препятствий, подсистемы удержания курса и скорости. Подсистема удержания траектории формирует курс, позволяющий двигаться по заранее заданной траектории. Для этого используется алгоритм градиента вспомогательной функции. В этом алгоритме задается весовой коэффициент alfa, определяющий степень схождения БЭС к заданной траектории. Для обеспечения более эффективного управления схождения БЭС к заданной траектории предлагается использовать переменное значение alfa, которое зависит от условия совпадения курса безэкипажного судна с направлением маршрута и значением изменения alfa за одну итерацию. Отмечается, что подсистема обхода препятствий основана на методе скоростных препятствий, когда определяются варианты векторов скоростей безэкипажного судна, при которых возможно столкновение с препятствием в будущем, при условии, что оно не маневрирует. Данная подсистема активируется при условии возникновении опасной ситуации, для определения которой вычисляются расстояние кратчайшего сближения с препятствием и время следования до точки кратчайшего сближения. Также в подсистеме реализованы механизмы определения вида опасной ситуации и соблюдения правил МППСС-72 при выполнении расхождения. Всего выделено четыре базовых сценария расхождения: расхождение встречными курсами, пересечение курсов (препятствие движется слева или справа) и обгон. Для выполнения расхождения, позволяющего обойти препятствия, рассчитывается стоимостная функция допустимых вариантов курса и скорости безэкипажного судна и выбирается оптимальный вариант. Выбранный курс и скорость передаются на подсистему удержания курса и скорости. Для оценки работоспособности системы управления движением безэкипажного судна выполнена ее проверка в среде моделирования Matlab / Simulink. Результаты моделирования подтвердили работоспособность системы, обеспечивающей движение БЭС по заданному маршруту и расхождение с препятствиями при возникновении опасных ситуаций в соответствии с правилами МППСС-72.

Представлен анализ состояния бетонных конструкций нижней головы шлюза № 2 Белоусовского гидроузла Волго-Балтийского водного пути. В 1985 г. в бетоне левого устоя нижней головы шлюза была обнаружена трещина, наблюдения за динамикой развития которой показали, что ее размеры увеличиваются во времени. Для объяснения причин возникновения и развития трещины, по данным проведенных ранее исследований, выполнен анализ качества бетона конструкций нижней головы. С учетом технологии бетонирования в процессе строительства, а также исследований, выполненных в процессе эксплуатации, установлено низкое качество бетона и его разнородная структура. Выполнен анализ структуры грунтов, залегающих в основании нижней головы, рассмотрен фильтрационный режим движения грунтовых вод. Отмечается, что грунты основания представлены мелкозернистыми песками с прослойкой суглинков. Наличие в грунтах основания нескольких водоносных горизонтов, а также формирование напорного фронта гидроузла обусловили значительные градиенты фильтрационного потока. Это способствовало развитию суффозионных процессов в грунтах основания нижней головы, что привело к формированию разуплотненной прослойки в кровле пород основания нижней головы. Данные современных обследований характеристик грунта подтверждают, что суффозионные процессы продолжаются и в настоящее время. Это привело к возникновению разнонаправленной осадки правого и левого устоев нижней головы, что, в свою очередь, явилось причиной возникновения и развития трещины в бетонном массиве. Выполняемые мероприятия по устранению или стабилизации развития трещины, а именно: закачивание в грунт цементно-песчаной смеси, цементация бетона устоя, анкеровка конструкции, а также инъектирование бетонного массива двухкомпонентной синтетической смолой, не привели к остановке раскрытия трещины, поскольку не были устранены основные причины: низкое качество бетона и слабая несущая способность подстилающих грунтов основания.

В статье приведены результаты анализа гидроморфологической ситуации на участке строительства мостового перехода, рассмотрены вопросы обеспечения устойчивости геометрии русла, дана оценка влияния временной строительной насыпи на кинематику потока, исследован уровенный режим реки и русловые переформирования в створе мостового перехода и на вышерасположенном участке рекипри расчетном уровне и расходе воды. Отмечается, что полученные результаты позволяют определить и установить величину допустимой степени воздействия проектируемых гидротехнических сооружений и мероприятий на русловой режим приустьевого участка р. Зеи в районе проектируемого мостового перехода через нее в г. Благовещенске, в пределах которого речным потоком реализуются естественные природные и антропогенно-обусловленные условия статистической устойчивости системы «поток - подвижное русло». Отмечается, что данные исследования проводились в два этапа: п е р в ы й - тестовый - выполнен для исходного бытового состояния русла реки на участке р. Зеи в районе мостового перехода, по данным которого была произведена калибровка модели в соответствии с заданными граничными условиями на исследуемом участке; в т о р о й - на модели - проводился для трех вариантов длины строительной дамбы, возводимой со стороны левого берега до 15-й опоры моста, до середины пролета между 15-й и 16-й опорами и до 16-й опоры мостового перехода, что позволило оценить влияние сооружения при различных вариантах его длины на гидравлику потока в районе мостового перехода. Методом исследования являлось математическое 2-D моделирование характеристик движения воды, для проведения которого использовался программный комплекс FLOOD.

Обоснована необходимость дублирования спутниковой навигации корреляционно-экстремальной навигационной системы при фактической сопоставимости показателей точности позиционирования альтернативных систем. При исследовании вопроса репликации эталона картографирования как базового принципа перспективной навигации выявлена целесообразность использования сплайнового подхода в качестве эффективного дополнительного арсенала возможностей к перечню зарезервированных интерполирующих функций универсального стандарта S-100. Рассмотрен феномен применения методов сплайн-функций в рамках реализации концепции моделирования навигационной изоповерхности с целью точного синтезирования топографии рельефа морского дна. Выполнено теоретическое обоснование использования в обработке навигационной информации понятия сплайн-градиента в рамках гипотезы применимости постулата веера градиентов. Величина и пространственное распределение вычислительных погрешностей интерполяции интерпретированы в понятие «поверхность неопределенности», являющееся двумерной статистической оценкой точности моделирования батиметрических данных по аналогии с концепцией навигационной изоповерхности. Детерминистическое интерполирование реализовано на основе обработки экспериментальной базы измерительных данных с дальнейшей трансформацией в гридированный сеточный массив. Ориентированность на использование гридированных данных при составлении цифровых батиметрических моделей позволила обеспечить возможность детального восстановления подводного ландшафта. Технология интерполяционного гридирования обеспечила формализованное структурированное представление двумерной сетки зафиксированных результатов измерений для визуализации навигационной изоповерхности в трехмерном евклидовом пространстве. Гибридный сплайновый алгоритм адаптирован для реконструкции детального профиля подводного рельефа с требуемыми морфологическими свойствами за счет математического имитирования пластичности геопространственной топографии. На основе технологии сплайн-функций восстановлена трехмерная перспектива изолинейной батиметрической модели, исследованной национальным генуэзским институтом акватории в Тирренском море. Создан прецедент реализации сплайновой интерполяции совместно с возможностью визуализации на электронных носителях объемной перспективы для последующего практического использования трехмерных электронных карт с целью повышения потенциала безопасности судовождения за счет эффективности визуального ориентирования мореплавателя в сложных обстоятельствах плавания.

В работе выполнено обзорное исследование транспортировки углеводородов морским транспортом. Отмечается, что данный процесс увеличивает вероятность загрязнения окружающей среды, причем наибольшее загрязнение связано именно с морскими судами, когда весь объем перевозимой судном нефти в результате аварий попадает в моря и океаны. Обращается внимание на то, что подробные базы данных о разливах нефти являются необходимым средством для реалистичного статистического анализа, основной целью которого является разработка системы методов для уменьшения разливов нефти и нефтепродуктов в будущем. Данная обзорная статья посвящена комплексному исследованию подобных международных, национальных и корпоративных баз данных, а также анализу приведенных в них статистических данных. Особое внимание уделено оценке достоверности этих данных и их зависимости от различных факторов. В ходе исследования использованы методы математического распределения данных с построением в отдельных случаях линий тренда. При помощи выполненного анализа установлен факт уменьшения не только общего количества разливов нефти, но и объема разлитых нефти и нефтепродуктов с морских судов за последние десятилетия. Также установлено, что информация по разливам в отдельных базах данных не соответствует действительности, а некоторые базы данных вообще являются закрытыми. Предложено создать в России единую открытую базу данных по разливам нефти и нефтепродуктов. Доказана зависимость обратно-пропорционального характера между вероятностью события и ущербом от него: мелкие разливы нефти и нефтепродуктов происходят чаще, чем крупные. Результаты этой зависимости можно использовать при разработке моделей оценки вероятности разливов нефти и оценки ущерба.

В работе исследованы вопросы планирования производственных процессов на водном транспорте, составляющие основу прогнозирования развития транспортных предприятий и технологических проектов во всех элементах транспортной инфраструктуры. Отмечается, что расчеты характеристик как производственных процессов, так и отдельных морских операций, существенно затруднены ввиду того, что используемые исходные и промежуточные данные имеют стохастическую (вероятностную) природу. Это обусловлено, с одной стороны, отраслевыми особенностями технологических процессов и воздействием широкого спектра параметров внешней среды (гидрометеорологические условия, ледовый режим и др.), а с другой - рыночной ситуацией (конкурентной средой, деятельностью контрагентов, курсом валют и т. д.). Для обеспечения необходимой достоверности результатов проводимые модельные исследования отдельных вопросов эксплуатации водного транспорта, в частности технологического проектирования портов и грузовых терминалов, нуждаются в реализации отдельного этапа исследования, а именно планировании эксперимента. Под этим понимается процесс выбора условий, процедуры и методов проведения опытов (вычислительных циклов), их числа и условий, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью. Определена основная цель планирования эксперимента как достижение максимальной точности измерений при минимальном количестве проведенных опытов и сохранении статистической достоверности результатов (обоснованию данного этапа исследований посвящена отдельная научная отрасль - планирование экспериментов). Предложен метод выполнения математических операций со случайными величинами, позволяющий получить распределение случайной величины без необходимости использования метода Монте-Карло. Приведено доказательство того, что это распределение является максимально близким к результатам, получаемым с помощью общепринятых методов, но вместе с тем при небольшом количестве параметров требует меньших вычислительных ресурсов.

Рассмотрен вопрос определения надежности корпусов судов внутреннего и смешанного плавания после известного числа лет эксплуатации в заданных условиях. Принято, что дефектация корпуса судна - это обследование, измерение и оценка дефектов каждого элемента корпуса судна с целью установления способов и объемов ремонта, обеспечивающих надежную эксплуатацию его до следующего очередного освидетельствования в заданных условиях эксплуатации. Отмечается, что число замеров остаточных толщин может быть существенно сокращено при использовании статистических данных по скоростям изнашивания, представленным в Правилах РРР. При этом сокращение объема измерений параметров дефектов сохраняет вероятность определения всех дефектов элементов корпуса до уровня 0,95, а вероятность безотказной работы корпуса до очередного освидетельствования после устранения выявленных дефектов915составит не менее 0,95. Разработана форма таблицы для оформления значений остаточных толщин всех элементов в акте дефектации и даны указания по ее заполнению (в частности, пояснения для использования результатов измерения и расчетов при диагностировании технического состояния определенных элементов в группе и корпуса судна в целом). Отмечается, что в последнем столбце таблицы указывается способ устранения дефекта элемента или группы элементов, а в заключение акта дефектации - способ ремонта и его объем для всего корпуса судна, обеспечивающий годную оценку технического состояния после ремонта. Главным достоинством данной работы является то, что созданы удобные для пользователя (оформителя таблиц акта дефектации) номограммы, позволяющие в оперативном режиме снизить число измерений остаточных толщин отдельных элементов корпусных конструкций. Выполненное исследование, позволяя сократить количество измерений при гарантии обеспечения надежной эксплуатации корпуса судна, дает возможность судовладельцу уменьшить стоимость ремонтных работ путем уменьшения продолжительности нахождения судна на слипе (в доке). При этом судоремонтное предприятие сможет высвободить свои производственные мощности с целью их последующей загрузки иными судоремонтными или судостроительными заказами, что способствует повышению эффективности их деятельности.

Темой исследования являются задачи оценки рисков и предупреждения отказов судовых механических систем. В настоящее время показателям надежности придают важное значение на стадиях проектирования и в период эксплуатации. В работе приведено сравнение различных видов технического обслуживания: корректирующего, планового, «по состоянию». Выполнение технического мониторинга позволяет обеспечить действующей информацией о фактическом состоянии судовых механических систем, что может снизить технико-экономические затраты на их содержание. Рассматривается совокупность методов оценки рисков на следующих этапах: идентификация опасностей, анализ рисков, варианты контроля, оценка затрат-выгод, оценка принятия решения. В целях улучшения текущих методов и придания им большей практичности рассматривается оценка рисков и предупреждения отказов на примере судовых механических систем. Используется концепция приоритета матрицы риска, взятая из анализа вероятности и последствий отказов. Данная оценка определяет пять уровней вероятности и пять уровней последствий, которые могут характеризовать каждый тип нежелательного аварийного случая. Если статистические данные недоступны для каждого этапа оценки, то предлагается применять экспертную оценку. Обсуждаются возможные связи проектного расчета надежности судовых механических систем и оценки рисков на основе фактических данных об аварийных случаях, т. е. рекомендована двухуровневая система, рассматривающая различные аспекты обеспечения надежности судового оборудования на всех этапах его жизненного цикла. Предложенный подход совместного использования методов оценки рисков и традиционных расчетов надежности позволяет выбрать наиболее безопасный для выбранного уровня риска режим эксплуатации, а также спрогнозировать необходимые корректирующие действия, выбрать варианты диагностики и технического обслуживания судовых механических систем. Полученные выводы могут быть использованы для подготовки технического задания на проектирование судовых систем в целях оценки показателей надежности, а также при продлении срока эксплуатации такого оборудования.

Проект 22220 нового двухосадочного универсального атомного ледокола предполагает постройку пяти аналогичных ледоколов для работы в Арктике. При этом три ледокола данного проекта уже находятся в эксплуатации. На ледоколах установлены реакторные установки «РИТМ-200». Отмечается, что основной особенностью данных реакторных установок является моноблочная компоновка основного оборудования. Такой тип компоновки должен постепенно заместить существующую с 1975 г., положительно зарекомендовавшую себя блочную компоновку реакторной установки. К настоящему моменту наработка новых реакторных установок невелика, поэтому преждевременно делать выводы о практических результатах их эксплуатации, но можно обсуждать новые технические решения проекта. Существует длительный опыт эксплуатации предыдущих проектов атомных ледоколов (пр. 10520, 10521, 10580) с суммарной наработкой около 400 реакторо-лет. Полученная разносторонняя информация по созданию и эксплуатации данных объектов является базой для сопоставления технических решений, которые нашли применение на новых универсальных атомных ледоколах, в том числе по реакторным установкам. В работе предложена методология сопоставления уже известных технических решений по действующим установкам с новыми, предлагаемыми проектантом. В данной ситуации автор выступает как независимый эксперт с оценкой относительной позитивности новых технических решений. При этом оценка производится по шести критериям сопоставления, выработанным на основе анализа сопроводительной технической документации по РУ, разработанной «ОКБМ Африкантов». Рассматриваются шесть наиболее важных новых комплексных технических решений по модернизации РУ для универсальных атомных ледоколов. Такой анализ важен также и в связи с тем, что на базе полученного опыта проектирования разрабатывается оптимизированный энергоблок для плавучих и наземных атомных теплоэлектростанций малой мощности. В качестве энергоисточника здесь используются две РУ «РИТМ-200М». Кроме того, реакторная установка «РИТМ-400» тепловой мощностью 315 МВт для ледокола-лидера мощностью 120 МВт концептуально аналогична «РИТМ-200», отличия связаны в основном с повышенной тепловой мощностью и увеличенным количеством энергетических петель при сохранении габаритов. Анализ показал, что комплексные технические решения в основном имеют высокую относительную позитивность и учитывают новейшие научные достижения и развитие технологий.

Темой работы является обзор и анализ основных направлений развития судовой электротехники. Отмечается, что в последние десятилетия значительно вырос уровень электрификации и автоматизации судов ввиду повышения требований к технико-эксплуатационным и технико-экономическим характеристикам со стороны судовладельцев. Реализация предъявляемых требований стала возможной благодаря развитию смежных отраслей науки, техники и технологии: материаловедения, силовой преобразовательной техники, микропроцессорной электроники, информационных технологий. В статье рассмотрены основные направления развития судовой электротехники и автоматизации: совершенствование систем генерирования и распределения электроэнергии, совершенствование систем электродвижения и пропульсивных установок, совершенствование систем автоматизации. Показана целесообразность применения вентильных генераторных агрегатов и перехода к распределению электроэнергии на постоянном токе. Активное развитие и распространение как в промышленности, так и на морском транспорте получают статические источники электроэнергии нового поколения. Отмечается, что хорошие регулировочные характеристики, отсутствие ограничения по количеству реверсов и минимальной частоте вращения, высокий КПД при работе на долевых нагрузках, высокие перегрузочные способности по моменту на гребном винте значительно расширяют область применения современных систем электродвижения переменного тока. Стремление сочетать достоинства пропульсивных установок разных типов стимулировало создание комбинированных (гибридных) пропульсивных установок. Комбинированные установки имеют в своем составе традиционный тепловой главный двигатель и гребной электродвигатель. Задействование того или иного двигателя осуществляется в зависимости от режима эксплуатации и скорости хода судна. Внедрение информационных технологий позволяет автоматизировать управление и контроль процессов технического обслуживания и ремонта судового оборудования. Современное развитие программно-аппаратных средств и алгоритмического обеспечения дают возможность создавать безэкипажные суда, способные управляться дистанционно и двигаться самостоятельно (автономно) по заранее заданным алгоритмам, в том числе расхождения с другими судами в море. Сделан вывод, что основными задачами в рамках направлений развития судовой электротехники и автоматизации являются: повышение энергоэффективности процесса генерирования электроэнергии путем внедрения вентильных генераторных агрегатов; внедрение инновационных источников электроэнергии с высокими показателями экономичности и экологичности, включая статические источники электроэнергии; применение гребных электродвигателей на постоянных магнитах и индукторного типа; применение комбинированных пропульсивных установок с обратимыми системами электродвижения; повышение уровня автоматизации путем внедрения информационных технологий и искусственного интеллекта.