Темой работы является обзорное исследование существующей в настоящее время проблемы, связанной со сложностью навигации речных судов и судов река – море во время прохождения их по реке Нева в разведенные пролеты санкт-петербургских мостов. Отмечается, что при прохождении в разведенные пролеты мостов Санкт-Петербурга в наведенном состоянии такой фактор, как «надводный габарит», является одним из основных. Подчеркивается, что крупнотоннажные речные и суда «река – море» плавания не могут пройти все мосты Санкт-Петербурга, когда они находятся в наведенном состояние, но поскольку мосты в период навигации разводят в ночные часы, ограничение по высоте не является столь жестким. К сожалению, все мосты Санкт-Петербурга имеют только один разводной пролет, поэтому в их разведенные пролеты организуется реверсивное судоходство с целью, во-первых, избежать расхождений судов на участках между мостами и, во-вторых, дать возможность судоводителю минимизировать маневрирование при выборе оптимальной траектории захода в разведенный пролет моста. Кроме того, в статье обращается внимание на то, что при заходе в разводной пролет моста судоводитель должен учитывать множество дополнительных факторов, среди которых, например, местные особенности плавания, фактическая гидрометеорологическая обстановка и текущий гидрологический режим реки Нева. В исследовании отмечается, что судоводитель должен принимать во внимание такое важное обстоятельство, как наличие большого количества прогулочных судов, используемых для экскурсионного просмотра процесса движения судов в разведенные пролеты мостов. Ввиду того, что судоводители крупнотоннажных речных судов и судов река – море плавания могут испытывать существенные затруднения в процессе организации безопасности плавания при движении в разведенные пролеты мостов на участке реки Нева, в границах города Санкт-Петербурга установлена обязательная лоцманская проводка, некоторые особенности организации которой рассмотрены в данной работе. Проанализированы примеры аварий, связанных с процедурой разводки мостов, которые произошли в черте Санкт-Петербурга и имели серьезные последствия. Рассмотрены дополнения, которые предлагается внести в «Правила движения и стоянки судов в Волго-Балтийском бассейне внутренних водных путей Российской Федерации» применительно к данному вопросу.

Темой исследования является учет в ходе решения практических задач влияния ветра на параметры движения судна, в том числе при криволинейном движении, в частности, на циркуляции. Отмечается, что объем информации по этой проблеме крайне мал, особенно в части количественных оценок ветрового воздействия на элементы циркуляции. Исходя из этого цель данной работы заключалась в исследовании воздействия ветра на элементы циркуляции на основе математического моделирования и определении количественных оценок этого воздействия при изменении таких факторов, как скорость и курсовой угол ветра, длина судна, угол перекладки руля. Моделирование выполнялось на сертифицированном навигационном тренажере Transas NT Pro5000. В работе приведена используемая в этом тренажере математическая модель движения судна и учета ветрового воздействия. Дано описание трех моделируемых судов контейнеровозов с похожими аэродинамическими характеристиками. Выполнено моделирование движения судов на циркуляции при различных значениях курсового угла ветра перед началом поворота и при двух значениях скорости ветра. В отдельных экспериментах изменялся угол перекладки руля. Результаты моделирования представлены в табличном и графическом виде. Определены количественные оценки смещения точек поворота на циркуляции на 90°, 180°, 270° и 360° при ветровом воздействии от соответствующих точек циркуляции при отсутствии ветра. Представлены графические зависимости этих смещений от курсового угла ветра и их аналитические аппроксимации. Установлены диапазоны курсовых углов ветра, при которых наблюдалось максимальное влияние ветра на элементы циркуляции. Рассчитаны количественные оценки обратно пропорциональной зависимости элементов циркуляции от длины судна. Проверены гипотезы других авторов исследований о направлении смещения кривой циркуляции при ветровом воздействии. Отмечается, что для проверки обоснованности и достоверности полученных результатов необходимо выполнение подобных исследований с использованием других математических моделей и натурных экспериментов.

Целью статьи является выявление средних значений и тенденций изменения повторяемости ветров, представляющих опасность для судоходства в морях Лаптевых и Восточно-Сибирском, наблюдающихся в период 2010–2021 гг. В работе отмечается, что опасными в рассматриваемый период являлись ветры, среднечасовая скорость которых на высоте 10 м над водной поверхностью превышала 11 м/с. В качестве фактического материала использованы данные глобального реанализа ERA5. Методика проведенного исследования предполагала использование стандартных методов математической статистики. Сравнительный анализ двух последних 12-летних периодов: 1998–2009 гг. и 2010–2021 гг., показал, что произошедшие в 2010–2021 гг. климатические изменения оказали существенное влияние на ветровой режим изучаемого региона, что имело последствия для судоходства. В эти периоды в августе в регионе зафиксировано значительное уменьшение повторяемости опасных ветров, что в целом способствовало повышению безопасности плавания за счет снижения штормовых рисков. Проявившиеся обратные тенденции с сентября по декабрь были выражены в усилении штормового волнения и повышении вероятности обледенения судов, особенно на высокоширотных трассах Северного морского пути и подходах к проливу Лонга. Снижение повторяемости ветров, выявленное в январе и апреле, способствовало сохранению устойчивого ледяного покрова и стабильно сложных условий судоходства в эти месяцы. Отмечается, что сохранение устойчивости выявленных тенденций межгодовых изменений ветрового режима в рассматриваемом регионе в будущем не гарантировано, поэтому развитие существующей в нем наблюдательной сети по-прежнему является актуальной проблемой гидрометеорологического обеспечения осуществляемого этом районе судоходства.

Предметом исследования в данной работе являются вопросы проектирования новых морских портов и контейнерных терминалов на основе действующей нормативной документации. В рамках технологического проектирования осуществляется принятие основных технологических решений, предусматривающих предварительную оценку пропускной способности объекта. Однако методика оценки пропускной способности действующих предприятий указанного профиля не отражена в нормативной документации. Существующие грузовые терминалы зачастую претерпевают существенные изменения с момента их ввода в эксплуатацию. Отмечается, что при оценке пропускной способности существующего терминала необходимо учитывать не только техническое оснащение, ресурсы и инфраструктуру грузовых фронтов, но и протоколы взаимодействия терминала с внешними объектами транспорта (железная дорога, морской флот и т. д.), а также взаимосвязь грузовых фронтов между собой. В статье предлагается дискретно-событийная модель взаимодействия системы железнодорожного грузового фронта контейнерного терминала, его склада и морского грузового фронта. Данная модель позволяет оценить воздействие сбалансированности подхода транспортных средств на грузовых фронтах на наполненность склада, и, как следствие, на пропускную способность терминала. Контейнерный терминал с точки зрения модели представляет собой не набор отдельных элементов (грузовых фронтов), а систему, в которой воздействие на один из фронтов оказывает влияние на все остальные грузовые фронты. Таким образом, в модели наглядно демонстрируется взаимосвязь, которая приводит к ситуациям, например, заполнения склада из-за недостаточной интенсивности подхода железнодорожных составов. Модель представлена в виде арифметических зависимостей между ключевыми переменными, описывающими потоки контейнеров на терминале. Генерация подхода железнодорожных составов и морских судов выполнена доступными методами работы с электронными таблицами. Для повышения точности моделирования следует использовать проанализированные статистические данные конкретного морского порта или контейнерного терминала.

Темой работы является актуальная в связи с новой концепцией развития транспортной логистики страны «Поворот на Восток» проблема повышения перерабатывающей способности контейнерных терминалов Дальневосточного бассейна. В рамках данного исследования была поставлена задача изучения возможности увеличения пропускной способности зон контейнерных терминалов с технической и технологической сторон принятия управленческих решений. В качестве идеи увеличения перерабатывающей способности оборудования терминала исследована перспектива внедрения в его работу элементов автоматизации через создание на базе мобильных контейнерных перегружателей технологического автомата циклического действия. В контексте разработки концепции работы перегружателя как технологического автомата термин «рабочий цикл» был определен как последовательность действий при исполнении технологической операции выемки целевого контейнера из штабеля, тогда диаграмма переходов автомата является аналогом технологической схемы данной операции. Исходя из этого цель исследования определяется как обоснование выбора унифицированной схемы технологической операции расформирования контейнерного штабеля в рамках автоматизации рабочего цикла автопогрузчика. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: изучены технические возможности перегружателей типа ричстакер и автопогрузчик со спредером верхнего захвата при работе со штабелем в зависимости от местоположения в данном случае целевого контейнера; рассмотрены технологические схемы исполнения операции выемки целевых контейнеров из штабеля, различающиеся типом используемого оборудования и способом расформирования блокирующих стеков; выявлены положительные и отрицательные стороны использования каждой из технологических схем как аналога диаграммы переходов блока управления технологического автомата. Результатом исследования является технологическая схема «применение ричстакера или погрузчика со спредером верхнего захвата с полным разбором блокирующих стеков и выемкой контейнеров только из ближнего ряда» как наиболее предпочтительная по таким важным показателям для автоматизации технологического процесса, как универсальность, «безотладочная» технология исполнения, а также нечувствительность к емкости штабеля.

Сформулирована проблема уязвимости и локальной недееспособности глобальных систем спутниковой навигации. Выявлена целесообразность применения альтернативных способов позиционирования для создания прецедента высокоточного определения местоположения в среде спутниковой недоступности. Выдвинута гипотеза о невозможности отдельной альтернативы удовлетворить требованиям полной автономии современной навигации при необходимости комплексного решения сценариев геолокации на основе комбинаторики различных технологий. Допущено предположение о преимуществе объединения данных из нескольких источников информации для компенсирования недостатков каждого варианта при прогнозировании повышения общей надежности и точности навигационных параметров. Предложена парадигма оппортунистической навигации с целевой функцией получения информации о местоположении из микширования дополнительных радиочастотных сигналов с одновременной визуализацией сплайновой карты позиционирования для определения местонахождения внутри графического фрагмента. Вычислительным экспериментом доказано, что подход с позиций сплайнфункций расширяет горизонт возможностей концепции оппортунистической навигации от сугубо технической синергетики ландшафта «сигналов возможностей» до создания перспективной системы позиционирования при помощи эффективного электронного картографирования. Определено, что точность позиционирования навигационных систем практически необходима для построения оптимальной траектории для безопасной маршрутизации судна. Акцентировано внимание на понимании оптимальности траектории как стратегии многоходового планирования в рамках парадигмы «отступающий горизонт» с обязательным условием достижимости подвижным объектом путевой точки с заданной пользователем вероятностью. Отмечается, что моделирование оптимальных траекторий реализуется методом, аналогичным технологии интерполирования навигационных изолиний на основе композиции В-сплайна с обеспечением сохранения атрибутивным параметром одинакового значения в каждой геометрической точке, как результат анализа пространственной анизотропии исходных данных. Апробировано синтезирование трехмерного спрединга аномалий магнитной карты для создания эталона картографирования на основе гибридного алгоритма аппроксимации как реализация способа компьютерного рендеринга навигационной изоповерхности. Интерпретирован постулат повышения потенциала высокоточной локализации положения любого мобильного объекта в пространстве при условии применения на практике онтологии оппортунистической навигации как реализации ситуационной осведомленности о взаимозависимых технических системах с целью максимального обеспечения надежности обсервации.

Темой исследования являются вопросы формирования микроструктуры металла сварного шва и зоны термического влияния при лазерной сварке. Особое внимание уделяется термическим циклам сварки, проходящим в этих зонах, так как структурно-фазовые превращения металла шва определяются температурно-временными параметрами, которые происходят собственно в зоне шва и в зоне термического влияния. Поскольку термические циклы существенно отличаются по глубине и ширине шва, то и механические свойства соединения будут определяться локальными изменениями структуры металла шва и около-шовной зоны. Разработана математическая модель и исследованы вопросы формирования фазового состава зоны шва и зоны термического влияния при лазерной сварке. На основе численного моделирования тепловых процессов и структурно-фазовых превращений металла шва и зоны термического влияния, сопровождающих лазерную сварку, предлагается метод количественной оценки объемной доли структурно-фазовых составляющих металла шва и зоны термического влияния. Предложенный алгоритм расчета позволяет избежать решения уравнения для определения объемной доли структурно-фазовых составляющих металла на каждом шаге вычислений. Экспериментальные исследования подтвердили, что предлагаемый подход к проблеме количественной оценки объемной доли структурнофазовых составляющих металла шва и зоны термического влияния позволяет прогнозировать соотношение фаз в различных точках лазерного сварного соединения.

В работе отмечается, что реализация федеральных программ по модернизации транспортной системы Российской Федерации требует решения комплекса задач, важнейшей из которых является подготовка высококвалифицированных специалистов транспортной отрасли. Подчеркивается, что необходимым условием качественной подготовки специалистов, безусловно, является современная учебно-лабораторная база. В ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова» на протяжении многих десятилетий ведется подготовка специалистов в области судовой энергетики. Для продолжения подготовки специалистов указанного направления на высоком уровне необходима модернизация материальной базы, создание лабораторий, отвечающих современным требованиям. С целью достижения указанной цели предлагается проект создания учебно-научного центра «Энергоэффективность и надежность судовых машин и механизмов». В статье представлена концепция создания центра, указаны лаборатории, которые должны войти в его состав, приведены примеры планировок лабораторий и их основное оборудование. Предложено включить в состав учебно-научного центра лабораторию испытаний двигателей в контейнерном исполнении и плавучую лабораторию. На основании приведенного обоснования сделан вывод о том, что создание учебно-научного центра, оснащенного современным оборудованием, обеспечит условия качественной подготовки специалистов для предприятий отрасли, а также позволит решать актуальные научные задачи в области судовой энергетики. Отмечается, что концепцию создания учебно-научного центра поддержал попечительский совет университета.

Темой исследования является развитие современной энергетики, неразрывно связанное с дальнейшим совершенствованием тепловых двигателей, которые по-прежнему остаются единственными первичными источниками механической энергии в промышленных масштабах. Отмечается, что с учетом существующих экологических проблем альтернативой двигателям внутреннего сгорания и турбинам могут стать двигатели Стирлинга. Из множества проблем создания такого достаточно мощного и экономичного двигателя принято рассматривать основные, а именно: эффективную передачу больших тепловых потоков в нагревателе, регенераторе и холодильнике; создание надежных и долговечных уплотнений для удержания рабочего тела в цилиндре; обеспечение минимального трения в подшипниках и уплотнениях. Обращается внимание на то, что первой проблеме следует уделить большее внимание, прежде всего ввиду уникальных условий непрерывно меняющихся термомеханических нагрузок. Непостоянство нагрузок дополнительно усложняется резко отличающимися на наружных и внутренних поверхностях теплообмена коэффициента теплоотдачи. То есть возникают факторы, противоречащие требованиям к величине поверхности теплообмена, сопротивлению трения рабочего тела и мертвому объему двигателя в целом. В связи с этим представляет интерес поиск возможных путей снижения действия негативных факторов нестационарного теплообмена при расчете теплообменников. Отсутствие в настоящее время подходящих теоретических методов расчета вынуждает использовать полуэмпирические, основанные на достаточно ограниченном объеме экспериментальных исследований и требующие дальнейшей корреляции с помощью аналитических методик. Целью статьи является попытка оценить значимость уникального, свойственного двигателям Стирлинга, негативного явления задержки потока рабочего тела в теплообменниках. Для этого использовалась реальная кинематическая схема движения поршней двигателя с ромбическим приводом Р. Мейера, построенная с помощью конструкторской программы. Аналогом являлся реальный двигатель фирмы «Филипс» типа 4–235. Использовалась пошаговая процедура расчета изменяющихся по времени параметров рабочего тела. Необходимость такого решения обусловлена тем, что в ромбическом приводе Р. Мейера движение поршней и, соответственно, изменение вытесняемых объемов полостей сжатия и расширения сложно зависит от угла поворота вала двигателя, а практически точное значение реального изменения объема возможно лишь при разложении в ряд Фурье членов рассматриваемого аналитического уравнения.

Темой исследования является содержание эксплуатации как одного из важнейших этапов жизненного цикла технической системы. Рассмотрена структура процесса технической эксплуатации электротехнических систем. Раскрыта сущность отдельных этапов эксплуатации, приводится их функциональное назначение. Показано, что некоторые фундаментальные понятия, связанные с эксплуатацией, не имеют однозначного толкования. Рассмотрены известные определения этих понятий, приведены актуальные формулировки каждого из них, соответствующие действующим стандартам. Особое внимание уделяется раскрытию содержания понятия «состояние» и рассмотрению различных видов технических состояний системы. Дано определение категории «состояние», формулировка которого отличается от известных, позволяя более полно и точно решать задачи диагностирования исследуемых электротехнических систем. Важной особенностью данного определения является то, что оно закрепляет непрерывную изменчивость состояния любой системы в функции времени. При этом выделяются качественно различающиеся друг от друга устойчивые технические состояния, соответствующие действующей редакции стандарта, такие как исправное, неисправное, работоспособное, неработоспособное, частично неработоспособное, предельное. Рассмотрены функциональные состояния, определяемые режимами работы системы. Приведены актуальные определения важнейших свойств и событий, среди которых особое место занимают надежность, живучесть, безопасность, отказ, повреждение, дефект. Для указанных технических состояний синтезирована модель в виде ориентированного графа. Показано, что реальный процесс эксплуатации электротехнической системы имеет две особенности. Первая из них состоит в том, что вероятность перехода из одного состояния в другое не зависит от вида состояния, в котором система находится в данный момент, вторая заключается в том, что время пребывания в каждом техническом состоянии может быть как детерминированным, так и случайным. Сделан вывод о возможности моделирования процесса смены технических состояний системы полумарковскими моделями с дискретным множеством состояний. Составлена математическая модель в виде дифференциальных уравнений Колмогорова, позволяющая оценивать вероятности пребывания системы в том или ином состоянии.

В работе рассмотрены элементы алгоритма проектирования судов обеспечения подводно-технических работ, такие как формирование энергетической установки проектируемого судна, выбор и установка кранового и водолазного оборудования, аппаратных средств, предназначенных для использования на судне обитаемых подводных аппаратов и определения габаритов мобильного технологического оборудования, предполагаемого к перспективной установке на проектируемом судне для выполнения соответствующих технологических операций на морском шельфе, на базе данных группы однотипных судов. Отмечается, что алгоритм предназначен для определения главных размерений проектируемого судна: количества устанавливаемых дизель-генераторов и соотношений суммарной мощности энергетической установки с шириной, грузоподъемностью крана и мощностью пропульсивного комплекса проектируемого судна. Выполнена систематизация используемого кранового оборудования как для проведения грузовых и подводно-технических работ, так и для обслуживания аппаратных средств, а также систематизация водолазного комплекса, аппаратных средств и предполагаемых к использованию на судне обитаемых подводных аппаратов. Систематизирована связь размеров главной палубы и судовых конструкций, необходимых для установки мобильного технологического оборудования и комплексов с использованием баз данных однотипных судов. На основе существующего опыта проектирования и базы данных близких по назначению судов составлена формула, позволяющая в первом приближении оценить размеры энергетической установки, грузоподъемных устройств и водолазного оборудования, планируемых к установке на проектируемое судно, обеспечивающее обслуживание подводных аппаратов любого типа.

Объектом исследования в работе является вопрос обеспечения стабильности функционирования технических систем, в том числе на водном транспорте как важная область приложения математических методов, включая теоретико-вероятностные и математико-статистические. Отмечается, что стохастическая природа возмущений, воздействующих на сложные системы и ухудшающих уровень стабильности последних, должна быть отражена в реализуемых человеко-машинных контурах управления. Одним из направлений здесь является учет и использование (как правило, конкурирующих) экспертных оценок, с одной стороны, и обоснованная дефиниция показателей стабильности, выбор из разнообразия возможностей — с другой. С общей точки зрения теории управления развиваемая в работе методика использования экспертных оценок может рассматриваться как составная часть проблемы управления рисками, развиваемой до настоящего времени в основном для экономических систем и при использовании лишь финансовых критериев. В данной работе вводится понятие «минимально допустимая эффективность технической системы». На его основе реализуется подход, в котором показатель стабильности технической системы увязывается с общесистемным критериальным показателем качества ее функционирования. Соответствующая математическая модель формулируется как задача математического программирования. Рассматриваются подходы к ее решению, в том числе для невыпуклого многоэкстремального случая. Особенностью предлагаемого подхода к дефиниции интегрального показателя стабильности динамики технической системы является использование экспертных оценок при определении вероятного диапазона изменения управляемых переменных оптимизационной модели, реализуемой как задача математического программирования, что логически приводит к использованию теории нечетких множеств. Отмечается, что при нелинейности возникающих в данном случае целевых функций и ограничений эффективным является градиентный метод поиска условного оптимума.

Своевременная реализация процессов технического обслуживания обеспечивает уверенность в сохранении производительности и целостности в течение жизненного цикла системы. Различные разработки методов контроля и анализа направлены на сохранение работоспособности систем сводя к минимуму частоту отказов. В статье представлена разработанная компьютерная программа, применяемая как один из инструментов для оценки технического состояния судовой энергетической установки, которая позволяет использовать интегрированный подход к прогнозированию и управлению качеством технического обслуживания, включая оценку затрат и сроков реализации ремонтных работ. При описании создания компьютерной программы для оценки структурной целостности элементов судового двигателя особое внимание уделяется использованным библиотекам и методам, необходимым для комплексного рассмотрения системы «масло – двигатель». Программа «Макава» позволяет на основе лабораторного анализа определить остаточный ресурс моторного масла по фактическому состоянию путем определения параметров, преимущественно оказывающих влияние на его старение, при этом устанавливая пороговые значения по данным параметрам, формирует степень отклонения фактических значений от граничных, прогнозируя в дальнейшем износ тех или иных элементов системы. Программа содержит базу данных типовых изменений показателей масла относительно возникновения возможных конструктивных дефектов элементов системы, помогает расширить информационный ресурс посредством сбора, обработки, накопления и хранения информации о деградации компонентов пропульсивного комплекса различных моделей двигателей для последующего планирования мер по улучшению качества обслуживания и ремонта судовых энергетических установок.