Предложен метод расчета счислимых координат судна с оценкой их точности, в основе которого находятся формулы оценок границ промежутков неопределенности для геодезической широты и долготы судна при движении его вдоль поверхности эллипсоида. Указанные формулы используются в следующем порядке: сначала рассчитываются значение широты и оценка ее точности, которые затем используются для расчета долготы и оценки ее точности. В итоге имеется возможность оценить границы области неопределенности координат судна, полученных по счислению. Продемонстрировано применение данного метода для тестирования электронной картографической навигационной информационной системы Navi-Sailor 4000 в части выработки ею счислимых координат судна. При помощи имитатора сигналов в режиме реального времени организована подача системе информации о курсе и скорости судна относительно воды, удерживаемых постоянными в течение часа. В продолжение указанного периода времени данные о счислимых координатах были записаны в файл-журнал, после чего они были конвертированы в текстовый вид и использовались для тестирования. Счислимые координаты, выдаваемые системой, оказались в пределах областей неопределенностей, полученных при помощи предлагаемого метода. Ограничением метода является то, что он не учитывает влияние ошибок, возникающих в результате округления чисел в компьютере, вызванное ограниченностью размера его разрядной сетки. После устранения указанного недостатка представляется возможным использование модернизированной версии метода в составе процедуры тестирования навигационных систем, отвечающих за выработку информации о счислимых координатах судна.

В статье проанализирована эффективность использования нейронных сетей для решения задачи безопасного расхождения группы автономных судов в море. Выполнено сравнение эффективности двух алгоритмов расхождения групп автономных судов: традиционного (на основе геометрического анализа сближения судов и минимизации функции стоимости для вычисления безопасного манёвра) и алгоритма с нейронной сетью. Оба алгоритма предполагают внешнее управление группой судов в определенной акватории с помощью системы управления движением судов и совместное маневрирование опасно сближающихся судов. Приведено описание этих алгоритмов и даны их упрощенные блок-схемы. Для решения задачи безопасного расхождения группы судов предлагается выполнять последовательный анализ всех возможных пар судов в группе и изменение их курсов. Выполнено описание процесса создания трех тестовых наборов данных, два из которых составлены с помощью программы и включали по 100 сценариев, третий, составленный человеком, и включал по 30 сценариев для разных вариантов сближения групп судов. В ходе тестирования нейросетевого алгоритма были использованы две нейронных сети, обученные прогнозированию безопасных курсов для пар судов. Используемая в алгоритме нейронная сеть, обученная на 743 671 образце, позволила обработать тестовые сценарии сближения судов с точностью, сравнимой с традиционным алгоритмом. В зависимости от количества опасно сближающихся судов в акватории алгоритм с нейронной сетью справился с обработкой тестовых сценариев в 2–14 раз быстрее, чем традиционный. В работе отмечаются ограничения описанных алгоритмов, а также планируемые улучшения для последующих исследований, среди которых оптимизация методики выбора безопасных маневров, а также дообучение нейронной сети на основе более значительных объемов данных.

В работе рассмотрена методика решения задачи динамики вынужденных колебаний валолинии на основе модели эквивалентного упругого двухступенчатого стержня с податливым соединением участков, представленной в виде системы дифференциальных уравнений частных производных. Решение уравнений получено методом Фурье для собственных функций ортогональных с весом. Установлено, что наличие упругого элемента на стыке участков не влияет на ортогональность собственных функций. Выполнена оценка влияния коэффициента податливости упругой муфты на спектр собственных частот валопровода. Полученные формы собственных колебаний эквивалентного упругого двухступенчатого стержня по внешнему виду согласуются с соответствующими формами, известными в литературе для дискретной модели аналогичной крутильной схемы. Найдено частное решение уравнений для случая действия гармонической нагрузки на двигателе и усредненного момента на гребном винте. В качестве примера исследована динамика вынужденных колебаний валопровода баржи типа «Сосновка». Выполнено сравнение результатов расчета собственных частот рассматриваемой модели с классическим методом дискретных масс. Анализ полученных эпюр углов закручивания и крутящих моментов показал, что углы удовлетворительно аппроксимируются первой собственной формой колебаний, а для моментов требуется учет высоких форм. Сопоставление результатов моделирования с данными торсиограммы, полученной в условиях производственных испытаний, указывает на необходимость дальнейшего развития модели. В качестве перспективных направлений исследований рассмотрено дальнейшее усовершенствование крутильной схемы, а также более детальное изучение характера действующих нагрузок.

В работе выполнено исследование широколопастных гребных винтов с усечeнной формой лопасти на основе имеющихся в литературе данных о гидродинамических характеристиках движительных комплексов направляющая насадка – гребной винт фиксированного шага с усеченной формой лопасти (винт Каплана), имеющих сравнительно небольшое дисковое отношение 0,55. Как правило, такие движители являются тяжелонагруженными, что обуславливает необходимость увеличения дискового отношения винтов с целью предупреждения возникновения развитой кавитации. Представлены результаты первого этапа исследований, включающего испытания серии четырехлопастных гребных винтов с усеченной формой лопасти, имеющих дисковое отношение 1,0 в свободной воде. Испытания были проведены в опытовом бассейне ФГБОУ ВО ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова с использованием экспериментальной установки, включающей специальный гидродинамический стенд. Серия моделей испытанных гребных винтов была изготовлена методом 3D-печати из пластика PET-G. Предварительная оценка показала, что выбранный диаметр моделей позволит обеспечить достижение закритических чисел Рейнольдса при частоте вращения около 20 с^–1. Однако в ходе испытаний было установлено, что частоту вращения необходимо повысить до 30 с^–1, что, в свою очередь, привело к сокращению программы испытаний вследствие режимных ограничений экспериментальной установки. Тем не менее анализ результатов испытаний позволил построить корпусную и машинную диаграммы по форме, предложенной Э. Э. Папмелем. Выполнена оценка прочности моделей, показавшая, что напряжения, возникающие в корне лопасти, существенно меньше допускаемых. Полученные результаты увеличивают возможности проектирования гребных винтов формы Каплана в качестве рабочих колес водометных движителей, а также в составе движительного комплекса «гребной винт-насадка».

Темой работы является исследование вопросов технологий восстановления и упрочнения деталей для обеспечения жизненного цикла изделия. Отмечается, что разработанные информационные зарубежные и отечественные технологии, обеспечивающие преимущественно этапы проектирования и изготовления изделий, не позволяют автоматизировать проектирование технологий восстановления и упрочнения деталей. Обращается внимание на то, что актуальность восстановления ответственных деталей судового оборудования обусловлена зависимостью от зарубежных поставок оборудования и запасных частей, а также введением санкций недружественных государств, усложнивших приобретение запасных частей, в связи с чем возникла необходимость в импортозамещении. Показано, что управление жизненным циклом восстанавливаемой детали оказывает значительное влияние на эффективность эксплуатации морского флота, приведены этапы и основные подэтапы жизненного цикла восстанавливаемых деталей судового оборудования. Восстановление деталей считается целесообразным, если обеспечивается требуемая долговечность и экономия по сравнению с изготовлением или приобретением новой детали. Предложена концепция управления жизненным циклом восстанавливаемых деталей, включающая планирование и контроль на всех этапах, а также принятие решений по обеспечению долговечности детали за счет применения перспективных материалов и технологий формирования покрытия. Отмечается, что этапом управления жизненным циклом восстанавливаемых деталей, определяющим срок службы детали, экономическую эффективность ее восстановления и последующей эксплуатации, является технологический процесс, обеспечивающий оптимальные химический состав, механические и структурные параметры покрытия, а также подчеркивается, что все свойства восстановленной детали закладываются на этапе проектирования технологического процесса. Сделан вывод о том, что перспективность применения управления жизненного цикла таких деталей зависит от восстановления прецизионных деталей топливной аппаратуры судовых дизелей. Показано, что применение различных технологий для однотипных восстанавливаемых прецизионных деталей позволяет получать покрытия с различными химическим составом, механическими свойствами, структурой и, соответственно, разными величинами долговечности и себестоимости для обеспечения заданного срока службы трибоузла при приемлемой цене.

В работе проанализированы проектные решения по использованию естественной циркуляции для расхолаживания активных зон плавучих объектов с ядерной энергетической установкой при различных начальных условиях. Отмечается, что важнейшим свойством реакторных установок атомных судов является заложенные в проект возможности по обеспечению естественной циркуляции теплоносителя в аварийных ситуациях, а также при работе на мощности. Это позволяет снизить зависимость безопасности реакторных установок от технического состояния источников электропитания. В настоящее время в реакторных установках также широко используется естественная циркуляция вспомогательных охлаждающих сред в пассивных системах безопасности. К ним относятся системы аварийного охлаждения реактора при помощи цистерны аварийного расхолаживания в том числе с использованием промежуточных теплообменников, снижения аварийного давления в защитной оболочке при аварии с большой течью теплоносителя, охлаждения корпуса реактора в запроектной аварии с образованием кориума. Предложен метод предварительного анализа возможности реакторной установки по обеспечению естественной циркуляции теплоносителя, позволяющий сопоставлять различные конструктивные решения, способствующие увеличению расхода теплоносителя при естественной циркуляции. Показано, что для работы реакторной установки в стояночном режиме и на энергетических уровнях мощности при естественной циркуляции теплоносителя целесообразным является переход к кипящим реакторам. Широкое применение получили пассивные системы безопасности с использованием естественной циркуляции на новых атомных судах пр. 20870, 22220, 10510. Прогнозируется дальнейшее развитие систем безопасности, использующих естественную циркуляцию для перемещения охлаждающих сред.

Статья посвящена актуальной проблеме недостаточной энергетической эффективности судовых двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом. Одно из направлений решения этой проблемы, а именно обоснованный выбор оптимального значения конструктивного угла установки сопел в радиально-осевой турбине агрегата наддува, учитывающий как ее эффективную мощность, так и коэффициент полноты использования подведенной энергии импульса давления, является целью данной работы. В качестве инструмента исследования была применена квазизамкнутая модель двигателя с газотурбинным наддувом, встроенная в новый расчетный метод, разделенный на условные блоки. В первом блоке нового метода способом неопределенных множителей Лагранжа выполняется вычисление оптимальных значений геометрических элементов радиально-осевой турбины, в которых происходит движение газа. Во втором блоке для предварительной оценки рассчитанных геометрических параметров проточной части выполняется расчет характеристик турбины, основанный на допущении об одномерности и квазистационарности потока. Для вычислений использован метод расчета параметров турбины на среднем радиусе меридионального сечения, дополненный полуэмпирической методикой расчета потерь энергии газа при движении последнего от входа в турбину к выходному сечению. В третьем блоке выполнена оценка коэффициента полезного действия турбины при совместной работе с поршневым двигателем путем применения для него замкнутой модели. Это позволило объективно оценить такие характеристики турбины, как коэффициента полезного действия и мощность, которые функционально связаны с импульсом давлений в выпускном тракте, что дает возможность прогнозировать эксплуатационные характеристики турбины, работающей совместно с поршневым двигателем.

Исследована задача достижения оптимальной продолжительности такта рабочего хода поршня дизельного двигателя в процессе расширения и получения максимального коэффициента полезного действия. Для этого выдвинута гипотеза о насосном действии поршня на поток расширяющихся газов в такте рабочего хода дизельного двигателя внутреннего сгорания в процессе движения поршня от верхней к нижней мертвой точке. Отмечается, что в некоторый момент скорость потока расширяющихся газов оказывается равной скорости, с которой этот же поток затормаживается движущимся поршнем. Равенство этих скоростей приводит к образованию линии разрыва потока, оказывая существенное влияние на характер изменения показателя политропы — значение показателя становится равным единице: n = 1, что указывает на достижение оптимальной длительности такта рабочего хода двигателя и соответствует максимальной мощности, которая может быть снята в цикле работы дизеля. Опытным путем получена связь начального p₁ и конечного p₂ давлений в цилиндре в процессе расширения газа со скоростью потока газов и скоростью затормаживания этого потока вследствие насосного действия поршня. Составлено уравнение неразрывности газового потока для процесса расширения газов в цилиндре ДВС при закрытых органах газообмена. На основании этого уравнения получено численное значение ускорения свободного падения в цилиндре ДВС: g_ф ≈ 8,7 м/с² < g, что подтверждает насосное действие поршня. Получены теоретическая и графическая зависимости показателя политропического процесса от скорости потока расширяющихся газов, позволяющие выполнять расчет показателя политропы и устанавливать период релаксации газов, указывающий на достижение оптимальной продолжительности такта рабочего хода поршня.

Темой исследования является рассмотрение возможности применения методов планирования эксперимента для математического описания областей работоспособности применительно к судовым электромеханическим системам. Дано определение и приведена графическая иллюстрация области работоспособности. Показано, что информация о границе области работоспособности позволяет решать важнейшие задачи управления состоянием различных по функциональному назначению судовых электромеханических систем. Приводятся возможные способы решения задачи построения области работоспособности и отмечается сложность их практической реализации. Рассмотрен метод аналитического описания данной области, предполагающий независимую аппроксимацию каждой гиперповерхности, составляющей область работоспособности. Показано, что для такой аппроксимации удобно использовать полиноминальные зависимости, которые могут быть получены в результате использования методов планирования эксперимента. Рассмотрены основные достоинства такого подхода, включая возможность решения задачи в случае высокой размерности пространства первичных параметров, в пространстве которых строится область работоспособности. Отмечается, что для получения единого аналитического описания области работоспособности могут быть использованы свойства логических R-функций, позволяющие осуществить переход от логических функций к аналитическим зависимостям. Доказано, что полиноминальные зависимости обладают свойствами R-функций и могут быть использованы в таком преобразовании. Полученное аналитическое описание области работоспособности является универсальным и не зависит от ее конфигурации. В отличие от известных способов аналитической аппроксимации области работоспособности оно характеризуется исключительно низкой методической погрешностью и позволяет с высокой достоверностью решать задачу параметрического синтеза судовых электромеханических систем по критерию запаса работоспособности, а также задачи оценки и прогнозирования их состояния в процессе эксплуатации. Рассмотренный пример наглядно демонстрирует последовательность решения задачи аналитического описания области работоспособности, позволяя сделать вывод о сложной конфигурации этой области даже для частных случаев и простейших электромеханических систем.

Рассмотрен численный алгоритм оптимизации технологических процессов дизель-генераторных агрегатов, работающих на различных сортах топлива, реализованный средствами CVX-технологий. Традиционные алгоритмы в целом положительно зарекомендовали себя, но могут быть проблематичными для оптимизации из-за большого количества переменных и нелинейности модели. Кроме того, из-за огромной вычислительной нагрузки, они могут «застопориться» или повредиться при использовании в процессе поиска нестандартных конструкций, таких как асимметричные D-оптимальные и пространственные конструкции большой размерности. Отмечается, что альтернативой им служат вычисления в CVX-формате, которые широко распространены и доступны для решения задач выпуклой оптимизации. Однако их применение для управления технологическими процессами энергосбережения в автономных электроэнергетических комплексах на транспорте пока ограничено. На базе инструментов пакета CVX в MATLAB, используя их полезность и гибкость по сравнению с традиционными способами оптимизации, в данной работе предложены технические решения, направленные на развитие энергосберегающих технологий энергетических комплексов автономных систем в условиях цифровой трансформации. Применение способов оптимизации энергосбережения представлено в данном исследовании на примере управления расходом топлива группой дизель-генераторных агрегатов с различными расходными характеристиками первичных двигателей, для которых получены четыре варианта оптимальных режимов потребляемой сетью активной мощности. Приведен пример расчета оптимальных режимов при параллельной работе пяти дизель-генераторных агрегатов с программными кодами CVX, подтверждающий корректность предложенных решений. Показано, что использование программ CVX в MATLAB демонстрирует их полезность и гибкость по сравнению с традиционными алгоритмами в статистике поиска различных типов оптимальных приближенных конструкций по выпуклому критерию для нелинейных моделей.

Темой работы является исследование причин повышения эффективности использования морских контейнерных перевозок во всей цепочке поставок. Отмечается, что рост их эффективности объясняется возможностью перевозки различных видов груза, скоростью обработки транспортных средств, а также компактностью хранения и сохранности груза. Сформулирована существующая в настоящее время решаемая операторами контейнерных терминалов проблема увеличения судозаходов на условиях судоходных компаний, позволяющая минимизировать время стоянки судов в порту под обработкой, что в свою очередь может быть достигнуто за счет увеличения пропускной способности судов. Обращается внимание на то, что снижение затрат за счет повышения эффективности работы подъемно-транспортного оборудования стимулирует инвестиции в системы автоматизации практически всех процессов терминальной деятельности, и в частности в системы подъемно-транспортного оборудования. Подчеркивается, что процесс автоматизации контейнерных терминалов различается в зависимости от поставленной задачи: рассматривается новый проект или выполняются работы по автоматизации уже действующего терминала. Внедрение автоматизации на действующих терминалах является более сложной задачей из-за проблем совместимости с выполняемыми видами деятельности и устойчивости к происходящим изменениям, которые в первую очередь затрагивают систематические и повторяющиеся технологические процессы, которые могут быть запрограммированы. Обращается внимание на то, что на контейнерных терминалах применяются новейшие операционные системы для контроля и оптимизации перемещения контейнеров внутри складской зоны (в частности, их используют на терминалах, где применяются козловые краны на пневмоходу (RTG) и на рельсовом ходу (RMG)), а также подчеркивается, что при работе по RTG-технологии козловые краны на пневмоходу оснащаются датчиками, связанными со спутниковыми системами позиционирования, которые размещены по площади терминала и на колесных телегах и подводятся к месту грузовой операции по сигналам с диспетчерского пункта, при этом докер-механизатор осуществляет управление только при опускании или подъеме контейнера. Такие информационные системы также используются на терминалах, работающих по RMG-технологии. Отмечается, что автоматизация причальных контейнерных кранов находится в настоящее время в стадии разработки, так как сложность ее реализации заключается в том, что во время качки судно имеет крен и деферент, поэтому при его перемещении затруднено определение точного местоположения контейнера и совмещение горизонта спредера с горизонтом контейнера, в итоге процесс наведения требует дополнительных затрат времени, что приводит к снижению производительности работ.

Темой работы является исследование вопросов прогнозирования загруженности транспортных средств, маршрутных сетей, формирования центров сбора грузопотоков, в том числе опасных грузов, в системах территориального планирования, определяющих необходимость перехода от детерминированных моделей к динамическим с возможностью учета влияния внешней среды. Существующие информационные транспортные системы в сфере работы с опасными грузами, построенные на основе детерминированных моделей, ограниченно позволяют исследовать задачи прогнозирования изменений. Отмечается, что модели построения маршрутных сетей на грузовом автотранспорте являются ограниченно применимыми в случае, когда возникает задача перевозки опасных грузов с учетом наличия распределенной системы центров скопления как в городе, так и в рамках крупного транспортного узла, морского порта. Представлены модели маршрутизации, адаптированные к условиям перевозки опасных грузов. Определяющей транспортную эффективность и основные расходы транспортных предприятий является схема движения потоков, закрепляемая в территориальной схеме. Задачей исследования является разработка отдельного инструментария автоматизации для принятия решения о количестве и типе специализированного транспорта (в зависимости от грузоподъемности) для работы с опасными грузами и крупногабаритными объектами внутри существующей схемы потоков. На основе исследования группы компаний сделан вывод о том, что в настоящее время задача выбора оптимального количества транспорта перевозчиками решается, как правило, не системно, а с помощью оперативного построения набора маршрутов без учета первичного анализа территории и параметров мест накопления. Рассмотрен новый подход к анализу системы транспортировки опасных отходов, сопутствующих крупных грузов с точки зрения оценки необходимого перечня универсальных структурированных исходных данных, которые первично являются принципиальными, так как характеризуют сложность работы на выбранном объекте, терминале. Для решения задачи прогнозирования загруженности транспортных средств предлагается новая подпрограмма автоматизации на основе организации клиент-серверного доступа к данным, реализованная на внутреннем языке программирования «1C: Управление автотранспортом» (версия УАТ 8.2). Представленная подпрограмма автоматизации обеспечивает связь данных по объемам грузопотоков опасных грузов, центров сбора грузопотоков с имеющимися данными транспортных средств и плановых данных по графикам вывозов. Работа подпрограммы наряду с обеспечением интеграции работы с другими базами данных транспортных компаний позволяет с высокой точностью выполнять моделирование различных вариантов размещения центров сбора опасных грузов и центров грузопотоков. Полученные результаты позволяют определять необходимое количество транспортных средств, их загруженность с учетом разных типов и технических возможностей, а также необходимое количество машино-рейсов на обслуживаемой территории с учетом динамического влияния внешней среды. Представленная методика работы с данными, выполненная в отдельной подпрограмме автоматизации, и представленные модели маршрутизации, адаптированные к перевозке опасных грузов, могут быть применены для различных транспортных систем, в том числе морских грузовых портов и терминалов, что определяет универсальность представленного подхода.

Темой исследования является один из способов повышения безопасности судоходства при эксплуатации водного транспорта, а именно разработка автоматизированных устройств и систем, позволяющих сократить количество выполняемых работниками операций (в частности, внедрение в производственную деятельность судов с разным уровнем автономности, способных в выполнять мониторинг окружающей среды или доставку грузов способствует уменьшению размера судна за счет отсутствия жилой надстройки). Отмечается проблема, заключающаяся в том, что на внутренних водных путях одним из ограничений внедрения автономного судоходства является их безопасная проводка через судопропускные сооружения — судоходные шлюзы. Швартовка судна в камере шлюза является весьма трудоемкой операцией и выполняется, как правило, членами экипажа шлюзуемого судна за подвижные (плавучие рымы) или неподвижные (швартовные устройства причальные тумбы, кнехты, рымы), допустимые нагрузки которых установлены в нормативных документах. Подчеркивается, что за последние 10 лет отсутствуют исследования, описывающие результаты измерений нагрузок на швартовые устройства и канаты, возникающие из-за движения судна в камере шлюза. В работе обращается внимание на то, что фактором, сдерживающим внедрение автономного судоходства, является отсутствие требований к автошвартовым устройствам, обеспечивающим удержание судов в камере шлюза. В связи с этим целью настоящего исследования является сопоставление нормативных и фактических значений нагрузки на швартовные рымы и канаты для теоретического расчета усилий удержания модели вакуумного автошвартовного устройства, с учетом условий работы в камере судоходного шлюза. Отмечается, что представленные в статье результаты измерений получены в ходе выполнения научно-исследовательской работы «Разработка научно-обоснованных рекомендаций по установлению гидравлических режимов наполнения и опорожнения камер шлюзов № 1–8 ФБУ «Администрация «Волго-Балт» на основании натурных исследований условий стоянки судов в камерах шлюзов» по заказу Федерального агентства морского и речного транспорта с помощью установленного тензодатчика в разрез швартовного каната. В результате теоретического расчета удерживающей силы вакуумного автошвартовного устройства получены численные значения зависимости удерживающей силы вакуумного захвата от радиуса одного вакуумного присоса.

В статье приведены результаты исследования по определению наиболее рационального способа автошвартовки судов в камере судоходного шлюза. Актуальность исследования обусловлена обновленными нормативными требованиями в области проектирования указанных судопропускных гидротехнических сооружений, необходимостью повышения эффективности и безопасности судоходства, в том числе обеспечения пропуска безэкипажных судов, а также отсутствием готовых технических решений для их установки на рассматриваемые сооружения. Для решения указанной задачи в работе использован метод экспертных оценок, позволяющий учесть мнение и опыт специалистов в области судоходства, что обеспечивает более объективный и обоснованный выбор наиболее рационального способа автошвартовки. В качестве метода экспертной оценки, с учетом рассматриваемой проблематики, выбран метод балльных оценок. Для этого в ходе исследования было проведено опросное анкетирование среди привлеченных экспертов, в ходе которого каждый из них дал свою интуитивистскую оценку. В данном исследовании в качестве способов автошвартовки рассмотрены вакуумные, электромагнитные и рычажношарниные устройства. В качестве критериев в том числе рассмотрены: необходимость реконструкции камеры шлюза, экологичность, возможность удержания судна, сложность устройства, а также показатели надежности. В результате сбора и обработки полученных данных установлено, что наиболее предпочтительным способом автошвартовки судов в камере шлюза является вакуумное устройство. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности разработки и внедрения на судоходных гидротехнических сооружениях вакуумных автошвартовных устройств. Результаты исследования представляют практический интерес для специалистов в области судоходства и могут быть использованы при проектировании и реконструкции судоходных шлюзов.