Гидролокатор бокового обзора
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Гидролокатор
бокового обзора
Реферат
Настоящий проект составлен на 54 страницах, содержит 26
рисунков, и 21 таблицу, приложение
составляет 10 стр.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
ГИДРОЛОКАТОР БОКОВОГО ОБЗОРА, КРЫЛО УГЛУБИТЕЛЬ, БУКСИРНАЯ
ЛЕБЕДКА, ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА, ЦИРКУЛЯЦИЯ, ВЫБОРКА КАБЕЛЯ, МАЛЫЙ
ПРОМЕРОЧНЫЙ ГИДРОГРАФИЧЕСКИЙ КАТЕР,ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ.
Объектом расчетов и анализа является механическая часть
буксировочной системы при буксировке гидролокатора бокового обзора. Рассчитаны
и проанализированы: Поведение системы при циркуляций, равновесие системы,
расчет равновесия при выборке кабеля, подобрана буксирная лебедка и судно
буксировщик. Проведен анализ графиков полученных при помощи программы SIMULINK.
Содержание
Введение
.
Общие сведенья по гидролокаторам бокового обзора
1.1 Гидролокатор
бокового обзора как
информационная система подводного поиска
1.2 Структурная схема информационной системы ГБО
.3 Физические процессы при функционирование ГБО
. Краткий обзор ГБО
2.1Автономный управляемый
катер с гидролокатором бокового обзора
3.
Конструкция углубителя
4.
Гидродинамичиский расчет
.1
Расчет равновесия БС
.2
Выбор кабеля для ГБО
4.3 Углубитель МТ-3
4.4 Расчет буксирной лебедки
4.5 Выбор судно-буксира
Список используемой литературы
Приложение
гидролокатор углубитель лебедка судно
Введение
В настоящее время в связи с практическим освоением
континентального шельфа потребовалось создание и интенсивное совершенствование
специальных технических средств, среди которых всё большее значение приобретают
необитаемые подводные аппараты как буксируемые, так и самоходные. С их помощью
можно производить осмотр, фотографирование и картографирование морского дна;
поиск, обозначение и подъем объектов с морского дна; измерение различных океанографических
и геофизических величин; обслуживание стационарных подводных установок и т.п.
Для выполнения указанных функций необитаемые подводные аппараты снабжаются
различными информационными системами, своего рода "органами чувств",
предназначенными для сбора, обработки и передачи информации с аппарата на его
носитель. Подводные информационные системы создаются на различных физических
принципах, наибольшее распространение из которых получили гидролокационные,
электромагнитные и оптико-телевизионные. В данном пособии систематически
изложены основные вопросы, относящиеся к особенностям устройства,
функционирования и проектирования информационных систем гидролокаторов бокового
обзора, получивших в последнее время особенно широкое распространение. Цель
пособия - научно обосновать инженерную методику расчета информационной системы
ГБО в процессе её проектирования. Такая методика, предназначенная для курсового
и дипломного проектирования, является приложением к настоящему пособию. В
подготовке пособия активное участие принимали старший научный сотрудник
Фунтиков В.В. и инженер Иванова С.А.
1. Общие сведенья по
гидролокаторам бокового обзора
.1 Гидролокатор бокового обзора как информационная
система подводного поиска
Гидролокатор бокового обзора (ГБО) представляет собой
активную гидроакустическую информационную систему обследования подводного
грунта и поиска на нем стационарных объектов. ГБО, как правило, используются с подводных носителей,
буксируемых в постоянном отстоянии от грунта. Принцип действия ГБО основан на
излучении зондирующих акустических посылок в ножевых траверзных характеристиках
направленности, "высвечивающих" на грунте полосы обзора, и приеме
эхо-сигналов от этих полос и находящихся на них объектов поиска, что, благодаря
равномерному поступательному движению носителя и периодичности зондирующих
посылок, обеспечивает сплошной просмотр грунта полоса за полосой.
Принципиальная схема ГБО приведена на рис.1. ГБО находят применение при поиске
неподвижных объектов - затонувших судов и подводных лодок, мин, бомб и другого
боезапаса, а также для подводного картографирования, в частности, при поиске полезных
ископаемых на дне моря. Рассмотрим основные характеристики ГБО как
информационной системы подводного поиска.
Дальнодействие. Среди информационных систем подводного
поиска ГБО обладают наибольшим дальнодействием. Это объясняется особенностями
распространения в воде акустических волн, в частности, их относительно малым
поглощением. Дальнодействие ГБО является функцией рабочей частоты излучения,
которая, в свою очередь, определяет разрешающую способность по азимуту, т.е. в
направлении, перпендикулярном распространению зондирующих посылок. Чем лучше
разрешающая способность ГБО, тем выше рабочая частота излучения и тем меньше
дальность действия. Обычно дальность действия ГБО достигает сотен разрешающих
способностей по азимуту.
Направленность. ГБ0 имеет высокую направленность, благодаря малым углам
раствора ножевых характеристик направленности его антенн в горизонтальной
плоскости. Высокая направленность в сочетании с возможностью определения
расстояния от антенны до
обнаруженного объекта поиска позволяет устанавливать относительные координаты
обнаруженного объекта. Таким образом, ГБО является дальномерно-пеленгационной
информационной системой.
Чувствительность. Определяется
чувствительностью электроакустических преобразователей антенн в режиме приема
(порядка 0,5 милливольта на Паскаль), а также уровнем шумов входного каскада
усилителя. Повышается с улучшением указанных параметров.
Помехоустойчивость. Основным источником
помех при работе ГБО служат реверберационные явления при облучении подводного
грунта (денная реверберация), которые зависят от характера грунта (ил, песок,
галька) и от угла скольжения акустического луча по грунту, резко возрастая с
его увеличением. Помехоустойчивость зависит также от размеров площадки,
"высвечиваемой" акустическим лучом на грунте: чем эта площадка
больше, тем уровень помех выше.
Надежность обнаружения. Зависит от характеристик
объектов поиска, их размеров, материала корпуса, его формы, ракурса, положения
относительно поверхности грунта(глубины погружения в грунт).Объекты, полностью
замытые в грунт, ГБО не обнаруживаются.
Избирательность. В настоящее время при
проектировании ГБО для целей избирательности используют только геометрические
характеристики объектов поиска (размеры и форму). В связи с этим, ГБО не могут
отличать объекты Поиска от подобных им по размерам и форме камней или других
Предметов, не подлежащих обнаружению. Это является крупным недостатком ГБО и
требует допоиска другими средствами(например, телевизионными)с целью
классификации обнаруженного объекта.
Энергоемкость. Зависит, в основном, от
требуемых дальнодействия и разрешающей способности. Чем они выше, тем больше
затраты энергии в связи с тем, что для достижения высоких разрешений требуется все более высокая частота
излучения, при которой интенсивность гидроакустического поля резко затухает с
расстоянием.
Рис. №1 .Принципиальная схема ГБО
I - носитель, 2 - антенны,
3 - ножевые траверзные характеристики направленности, 4 - полосы обзора на
грунте, 5 - объект поиска, 6 - грузонесущий кабель. Условные обозначения: h -отстояние носителя от
грунта, 
- скорость буксировки
носителя.
Рис.№2 Структурная схема ГБО
1.2 Структурная схема
информационной системы ГБО
Структурная схема информационной системы
ГБО содержит следующие основные устройства (рис.2) ИА - стрежневая
(непрерывная) линейная излучающая антенна, создающая первичное
гидроакустическое поле в виде зондирующего импульса (посылки) ЗС;
ПА - приемная антенна, преобразующая
отраженные от объекта поиска ОП эхо-сигналы ЭС в электрические сигналы; для
упрощения конструкции и структурной схемы ГБО функции приемной и излучающей
антенн может выполнять одна приемно-излучающая антенна;
ЛС - проводная линия связи для передачи
зондирующих и эхо-сигналов. Эхо-сигналы для передачи по линии связи могут
предварительно усиливаться;
КП - коммутатор приемопередачи,
используемый при одной приемоизлучающей антенне для ее подключения то к блоку
писания ( в момент подачи зондирующего-импульса), то к тракту- отработки
информации (в момент приема эхо-сигнала);
БП - блок питания для создания первичного
гидроакустического поля в период посылки. Должен обеспечивать подачу на антенну
импульсов переменного тока с заданными параметрами: рабочей частотой f, током I, напряжением U;
ТОИ - тракт обработки информации для
усиления и фильтрации сигналов с целью повышения отношения сигнал/помеха;
РУ - решающее устройство для принятия
решения об обнаружении объекта поиска по эхо-сигналу от него на фоне помех и
подачи команды к исполнительным устройствам, например, к устройствам
обозначения обнаруженных объектов;
И - индикаторы для визуализации и
сохранения поступающей информации.
1. 3. Физические процессы
при функционирование ГБО
Физические процессы, происходящие при
обследовании грунта и обнаружении объектов поиска, схематично представлены на
рис.3. Носитель H гидролокатора бокового обзора буксируется со скоростью Vв на расстоянии h от поверхности грунта,
просматривая дно зондирующими посылками (рис.3 а).
На антенну А, размещенную на носителе,
периодически подаются импульсы переменного тока длительностью I, в течение которых
поверхность антенны совершает механические колебания. Разряжения и сжатия,
возникающие в воде у поверхности антенны, распространяются в виде пакета
акустических волн-посылки, которая концентрируется внутри области, определяемой
характеристикой направленности антенны. Протяженность посылки равна
произведению СI, где С - скорость распространения акустических
волн в воде.
Дойдя до грунта, посылка
"высвечивает" на его поверхности акустический блик, который движется
вдоль полосы обнаружения, воздействия на грунт и объект поиска ОП и вызывая
эхо-сигналы от них, которые возвращаются к антенне и преобразуются в
электрические сигналы. Эхо-сигналы от объектов поиска вызывают электрические
сигналы ЭС большего напряжения, чем эхо-сигналы от грунта, вызванные донной
реверберацией ДР . За объектом поиска образуется зона тени Т, внутри которой
грунт акустическими волнами не возбуждается и где эхо-сигналы отсутствуют.
Изменение напряжения эхо-сигналов в функции времени 
приведено на графике
рис.3 б. Здесь время есть отношение пути, пройденного посылкой и эхо-сигналом,
к скорости звука в воде. Напряжение эхо-сигналов донной реверберации ДР с
ростом t падает по причине затухания акустических волн с увеличением
расстояния до антенны и уменьшением угла скольжения акустического луча. Однако
это падение может быть исключено путем автоматического изменения во времени
коэффициента усиления в тракте обработки информации. Такая операция носит
название стационаризации эхо-сигналов.
Рис.№4. Пространственные характеристики
ГБО
На рис.3 б приведена запись напряжения
эхо-сигналов после их стационаризации. От области за объектом поиска напряжение
эхо-сигналов резко снижается, что обусловлено зоной тени Т . При
последовательной во времени записи изменений напряжения эхо-сигналов вдоль
полос поиска на самописце или экране кинескопа можно визуализировать информацию
и получить тенеграфическое изображение грунта и объектов поиска (рис. Зв).
Почернение записи вдоль каждой строки пропорционально напряжению эхо-сигнала. В
связи с этим, донная реверберация создает фон, на котором выделяются
эхо-сигналы от объектов поиска и зоны тени за ними. По тенеграфическому
изображению можно судить о размерах и форме объектов поиска. Тенеграфические
изображения напоминают картины лунного рельефа с той разницей, что там
освещенные солнцем возвышения - светлые, а тени за ними - темные, а в
тенеграфического изображении донного рельефа
- наоборот.
2.
Краткий обзор ГБО
.1Автономный
управляемый катер с гидролокатором бокового обзора
Предназначен
для поиска объектов, в том числе малоразмерных, на дне и в толще воды.
Рис.№5. Автономный управляемый катер с ГБО.
Устройство представляет собой радиоуправляемый малоразмерный
катер с установленном на нем гидролокатором бокового обзора.
Катер обеспечивает высокоточные обследовательские и
изыскательские работы в районах с предельно малыми глубинами и на больших
акваториях. За счет малых габаритных размеров, манёвренности и компактного
размещения навесного оборудования катер позволяет выполнять работы в условиях,
когда применение буксируемых ГБО затруднительно или невозможно, например, в
условиях портов, вблизи береговой линии, на глубинах меньше 10 метров, в
условиях сложного (неизвестного) подводного рельефа. Катер оборудован забортной
антенной бокового обзора, работающей в двух направлениях, приёмником GPS (DGPS)
сигналов, устройством передачи данных в реальном времени по цифровому радиоканалу,
не требующему разрешения на использование радиочастот. В процессе работы
оператор в ручном режиме управляет движением катера или задаёт автоматические
галсы.
Все данные с катера передаются на пульт оператора, в реальном
режиме времени отображаются на экране и сохраняются в компьютере. Питание
катера обеспечивается за счёт встроенных аккумуляторов, в комплект поставки
входит два аккумулятора для обеспечения бесперебойной работы комплекса.
В отличие от обычных - буксируемых ГБО, катерный вариант
позволяет свести к минимуму риски утери или ударов об дно буксируемого тела. Не
требует использования дорогостоящей кабельной лебёдки, позволяет значительно
уменьшить расходы на обеспечение съёмок, за счёт уменьшения количества
обслуживающего персонала, отсутствия судна-носителя, малых массогабаритных
размеров при транспортировке. В стандартный комплект поставки входят:
• катер с радиоканалом управления,
• пульт управления,
• антенна ГБО,
• альтиметр-эхолот,
• приёмник GPS,
• интерфейсы подключения дополнительного оборудования,
• программное обеспечение для передачи, сохранения и
отработки данных. Дополнительно на катере может устанавливаться широкий спектр
датчиков и навесного оборудования по требованиям заказчика.
Таблица №1. Основные технические характеристики
|
Рабочая частота
ГБО
|
400кГц
|
|
Диапазон
глубины для оптимального разрешения
|
от 1 до 30 м
|
|
Дальность
действия
|
до 150 м
|
|
Скорость
движения
|
3,5 узла
|
|
Дальность
передачи данных
|
1 км
|
|
Автономность
|
4-5 часов
|
|
Вес катера
|
50 кг
|
|
Габаритные
размеры катера
|
1830 х 600 х
330 мм
|
- двухканальный гидролокатор бокового обзора с высокими
характеристиками разрешения. YellowFin - доступная, простая в эксплуатации
система, включающая скоростное Ethernet соединение с PC, имеющим Windows™.
Имеет встроенные источник питания и GPS. Возможно, увеличение исследуемого
объекта в окне без прерывания сбора данных в реальном времени. Данные выводятся
на дисплей в реальном времени, с корректировкой скорости или без, в 9 цветовых
таблицах по выбору
ПРИМЕНЕНИЕ: -Подводная археология -Поиск затонувших
объектов -Подводная геология
Рис. №6. ГБО системы YellowFIN.
ОСОБЕННОСТИ -Трёхчастотный -Высокое разрешение -В
комплект входит 23 м кабеля -Максимальная глубина 300 м -Полоса обзора до 400 м
-Встроенный GPS -Совместим с локальной сетью -Встроенный самописец -XTF
конверсионная программа
Таблица №2 Технические характеристики:
|
Преобразователь
Один преобразователь с каждой стороны, повернутый вниз на 20° Размеры луча
260 кГц: 2,2° х 75°; 330 кГц: 1,8° х 60°; 770 кГц: 0,7° х 30° Диапазон
разрешения Диапазон шкалы - 1000 Макс. рабочая глубина 300 м Макс. длина
кабеля 600 м Интерфейс Аналоговая телеметрия Питание 40 - 55 VDC, потребляет
менее 3 Вт Размеры 114 мм (диаметр) х 833 мм (длина)
|
Рис.№7.Чертеж ГБО YellowFin
Tritech
Рис. №8.
Гидролокатор бокового обзора StarFish является одним из
наиболее доступных приборов своего класса на рынке и предназначен для
проведения обследований дна с небольших неподготовленных судов или лодок.
Уникальная форма буксируемого тела обеспечивает непревзойденную стабильность
при буксировке. Высокое качество получаемого изображения обеспечивается
использованием частотной модуляции сигнала (CHIRP). Для работы
гидролокатора достаточно подключить поверхностный блок к компьютеру. Питание
может осуществляться как от сети переменного тока 110/220В, так и от источника
постоянного тока напряжением 9-36 В, например аккумуляторной батареи.
Таблица №3 Краткие технические характеристики.
|
Габариты, Д×Ш×В, мм
|
378×110×97
|
|
Масса, кг
|
2
|
|
Вес в воде, кг
|
1
|
|
Максимальная
рабочая глубина, м
|
50
|
|
Рабочая
частота, кГц
|
450
|
|
Дальность
действия, м
|
От 1 до 100 м
на сторону
|
|
Длительность
импульсов, мс
|
400
|
|
Длина, м
|
20
|
|
Разрывное
усилие, кгс
|
150
|
Edgtech серии 4100 и 4200
Гидролокаторы бокового обзора Edgtech серии 4100 и 4200
предназначены для поиска подводных объектов, проведения изысканий при
гидротехнических и строительных работах на больших акваториях,
гидроакустической съемки дна и классификации подводных объектов.
Рис.№9.Буксируемое тело
Гидролокатор бокового обзора Edgtech является двухчастотным
гидролокационным комплексом, обеспечивающим проведение подводных съёмок в двух
режимах. Режим высокой разрешающей способности получаемых изображений и режим
высокой (до 12 узлов) скорости буксировки, при сохранении качества результатов
соответствующего международным гидрографическим стандартам NOAA и IHO-44.
Антенные устройства, установленные в буксируемом теле, имеют максимальную в
данном классе ГБО длину 90 см против 60 см у ближайших аналогов. При обработке
сигналов используются широкополосные технологии, управление длинной импульса,
ЛЧМ, а так же формирования синтезированной аппретуры, что позволяет значительно
увеличить разрешающую способность изображения. Высокие функциональные
характеристики используемых приемопередатчиков, методы формирования диаграммы
направленности и обработки зондирующих сигналов позволяют избежать настройки
механического наклона приемопередатчиков. Настройка механического наклона используется
в аналогичных ГБО для уменьшения влияния помех от поверхности воды на больших
дистанциях и для обеспечения заявленных параметров сканирования на максимальных
дальностях съемки. Для достижения эффективного заглубления буксируемого тела,
особенно при работе на больших глубинах, необходимо устанавливать съемное
гидродинамическое крыло (заглубитель). В процессе буксировки оператор может в
реальном режиме времени отслеживать дистанцию до дна. Кроме того, буксируемое
тело снабжено специальным разворотным устройством Saf-T-Link® со срезаемым
креплением, предотвращающим повреждение и утерю устройства при столкновении с
препятствиями. Дополнительно на буксируемое тело может быть установлены
элементы крепления маяка-ответчика системы позиционирования с ультракороткой
базой (USBL) типа TrackLink, а также узлом крепления и подключения буксируемого
тела магнитометра типа SeaSpy. Метод сбора отображения и регистрации данных,
получаемых ГБО аналогичен общепринятым в комплексах данного уровня. Для
управления параметрами съемки, получения изображений, записи и постобработки
собранного материала используется идущее в комплекте программное обеспечение
(ПО) DISCOVERY. В результате постобработки данных формируются отчеты в формате
geotif - в соответствии с международным стандартом представления данных.
Комплекс оснащён лебедкой с электрическим приводом и токопереходом, позволяющей
производить развертывание и выборку буксируемого тела. Комплект ЗИП позволяет
произвести устранение неисправностей комплекса в экспедиционных условиях,
включая заделку и герметизацию буксировочного кабеля.
Таблица №4 Технические характеристики
|
Тип
|
4200-FSL
(облегченный)
|
|
Максимальная
дальность обзора
|
100 кГц - -500
м/сторона 400 кГц - -150 м/сторона
|
|
Рабочая глубина
|
300 м
|
|
Диаметр
буксируемого тела
|
114 мм
|
|
Длина
буксируемого тела
|
1256 мм
|
|
Вес в воздухе
|
30 кг
|
|
Вес в воде
|
22 кг
|
3. Конструкция углубителя
Углубитель предназначен для углубления гидролокатора бокового
обзора, а так же для обеспечения устойчивости его хода по глубине во время буксировки.
Основной частью углубителя является планер, изготовленный из стального листа,
согнутого под углом 120 градусов. На концах планера с верху приварено две
крепежные планки с отверстиями для лебедки при помощи которой углубитель
соединен с буксирующим судном. А внутри углубителя находиться крепежная планка
с большим количеством отверстий , для соединения углубителя с Гидролокатором
бокового обзора. Для жесткости конструкций внутри планер приварены две
распорки. В задний части на крыльях планера иметься стабилизаторы приваренные
под углом к планеру. В передней части имеется груз. В качестве углубителя для
дипломной работы был выбран углубитель спроектированный на кафедре 20. Он
обладает подходящим размером, при его сравнительно небольшом весе, равном 9 кг.
Рис.№10. Углубитель вид с боку
Рис.№11. Углубитель вид сверху.
Рис.№12. Углубитель вид сзади.
Рис.№13. Расположение щита углубителя и ГБО в рабочем
положений.
4. Гидродинамический расчет
Рис №14. Гидролокатор бокового обзора.
4.1 Расчет равновесия БС
Гидролокаторы бокового обзора, используемые для морских
исследований, являются подводными буксируемыми системами (БС). Для обеспечения
их буксировки на определенной глубине необходимо заглубляющее
устройство-углубитель (депрессор).
Компоновка схемы забортной части гидролокатора может быть
различной. Иногда вся необходимая аппаратура и заглубляющее устройство
располагаются в одном корпусе. Это чаще всего делается, когда в носителе кроме
основного модуля локатора должна располагаться еще другая аппаратура
устройства. Например, гидролокатор бокового обзора (ГБО) - искатель морских
донных мин. В его носителе кроме основной аппаратуры расположены: система
обозначения, система автоматического управления по глубине др. Если ГБО
используется только для обследования дна, то БС может представлять собой
модульную конструкцию, когда основной носитель аппаратуры это отдельный модуль,
а углубитель и другие части БС могут быть отдельными элементами. Такая
конструкция обеспечивает возможность применения ГБО в различных комбинациях в
зависимости от условий работы (различные глубины, скорости буксировки,
различные суда-буксировщики). В этом случае дополнительные элементы забортной
части могут быть различными.
Определяющим элементом общей конструкции забортной части ГБО
является кабель. Диаметр и прочностные характеристики его определяют размеры
углубителя, скорость буксировки и максимальную глубину использования ГБО.
Для заглубления различных буксируемых устройств используются
статические и гидродинамические углубители. Углубляющая сила статических
углубителей создается их отрицательной плавучестью. Недостатками их являются
большой вес и значительная зависимость углубления буксируемого устройства от
скорости буксировки, кроме того большой вес, что осложняет постановку и
выборку.
В нашем случае представляется возможным использовать
углубитель разработанный на кафедре (20) СПБГМТУ.
Размеры углубителя определяются из условия создания
необходимого натяжения на ходовом конце буксира, которое в свою очередь зависит
от диаметра буксирного троса (буксира), его длины и углубления. Кроме того,
натяжение на коренном конце буксира не должно превышать принятое допустимое,
которое принимается на основе разрывного усилия кабеля. Все параметры буксира
определяются из уравнений равновесия гибкой нити в однородном потоке жидкости.
Целесообразно использовать дифференциальные уравнения
равновесия, т.к. решение уравнений в таком виде позволяют учесть все
характеристики кабеля (отрицательная или положительная плавучесть кабеля и
особенности гидродинамической нагрузки).
Эти уравнения для кабеля расположенного в вертикальной
плоскости имеют вид:
Где T-натяжение буксира,
s-дуговая координата (длина буксира),
-угол атаки буксира,
X, Y-координаты буксира,
p-удельная отрицательная плавучесть буксира,
коэффициенты составляющих гидродинамической нагрузки на
элемент буксира.
,
-плотность воды,
V-скорость буксировки,
D-диаметр буксира.
Интегрирование дифференциальных уравнений равновесия можно
производить с использованием приложения Simulink математического пакета Matlab схема набора решений
этих уровнений Рис №15.
Исходными данными для решения уравнений кроме указанных выше
параметров являются:
-начальное натяжение буксира,
-начальный угол буксира.
Эти начальные параметры определяются через углубляющую силу,
сопротивление и отрицательную плавучесть углубителя:
-коэффициенты гидродинамического сопротивления и
углубляющей силы углубителя соответственно,
-площадь несущих
поверхностей (планеров) углубителя.
Рис.№15 Схема набора решений S-моделий равновесия кабеля.
4.2 Выбор кабеля для ГБО
Как отмечалось выше, определяющим элементом общей конструкции
забортной части ГБО является кабель.
В разрабатываемой конструкции предполагается применить кабель
производства предприятия "Псковгеокабель". Из кабелей, выпускаемых
этим предприятием, могут быть использованы кабели КГC-17 и КСТ-10. Эти кабели
имеют необходимые для работы ГБО жилы и у них соотношение между диаметром и
разрывном усилием позволят спроектировать забортную часть ГБО так, чтобы при
заданных исходных параметрах получить оптимальные габариты и вес частей всего
ГБО.
Кабель КГА-7 имеет диаметр 17 мм и разрывное усилие 15 Кн.
Кабель КСТ-4 имеет диаметр 13 мм и разрывное усилие 10 Кн.
Используя коэффициент запаса прочности n=3 можно принять
максимальное допустимое натяжение в буксире равное 5Кн и 3.33Кн соответственно.
Для сокращения длины буксира необходимо полностью
использовать его механические характеристики, т.е. создать натяжение
углубителем равное 5000 н или 3.33 Кн. Чтобы создать такое натяжение на
скоростях 1-3 узла площадь несущих поверхностей должна быть нереально большой.
Поэтому для предварительных расчетов примем площадь несущих поверхностей
углубителя равной 1.8 
. Это максимальная площадь одного стандартного
углубителя используемого в морских контактных тралах.
В предварительных расчетах было принято, что кабель и
углубитель имеют нулевую плавучесть.
Расчетные длины буксира с принятым углубителем для различных
углублений ГБО и двух принятых кабелей приведены в Таблице 5.
Таблица №5
|
Углубление
|
300м
|
250м
|
200м
|
150м
|
100м
|
|
КГА-17 V=1-3
уз, Т=0.75-5Кн
|
2300м
|
1235м
|
650м
|
337м
|
163м
|
|
КСТ-10 V=1-3
уз, Т=0.532-3.33Кн
|
3000м
|
1590м
|
810м
|
394м
|
178м
|
Необходимая длина буксира на разных скоростях одинакова. Это
объясняется тем, что углубитель гидродинамического типа, а кабель и вся БС
имеют нулевую плавучесть, в этом случае кривая равновесия буксира не меняется,
а изменяется только натяжение пропорционально квадрату скорости.
Длины буксиров для выбранных кабелей и принятых натяжений не
реальны. Уменьшение длины можно достичь несколькими способами. Рассмотрим их.
Вариант 1. Определим, какое разрывное усилие должен иметь кабель аналогичный
КГА-17, если учесть все характеристики кабеля, отрицательную плавучесть,
сопротивление трения (ранее проводился предварительный расчет) и принять
углубитель с характерной площадью 1.8 но с улучшенными
гидродинамическими характеристиками.
Исходными данными для расчета будут:
Начальное натяжение буксира =6400н,
Удельная отрицательная плавучесть буксира p=0.16н/м,
Коэффициент сопротивления 
0.05.
Отрицательная плавучесть углубителя 
=1200н (120кг).
Проведем расчет для двух случаев.
. Вся БС имеет нулевую плавучесть. Для этого в БС
необходимо включить буй с плавучестью1200 н. Буй будет иметь диаметр около
350мм и длину 1500мм и не окажет существенного влияния на гидродинамику всей
системы.
БС состоящая из носителя ГБО, углубителя, компенсирующего
буя, и кабеля диаметром 17мм обеспечит на скоростях 1-3 узла глубины 100, 200.
300м при длинах указанных в Таблице 6.
Таблица №6
|
|
Глубина, м
|
Длина буксира,
м
|
Натяжение, н
|
|
1 уз
|
300
|
1140
|
410
|
|
200
|
445
|
405
|
|
100
|
140
|
400
|
|
2 уз
|
300
|
1140
|
1630
|
|
200
|
445
|
1610
|
|
100
|
140
|
1600
|
|
3 уз
|
300
|
1140
|
5730
|
|
200
|
445
|
5710
|
|
100
|
140
|
5750
|
.БС без компенсирующего буя. Углубляющая сила за счет
отрицательной плавучести углубителя увеличится, что существенно повлияет на
длину буксира, особенно на малых скоростях. Это видно из Таблицы 7.
Таблица № 7
|
|
Глубина, м
|
Длина буксира,
м
|
Конечное
натяжение, н
|
|
1 уз
|
300
|
380
|
1650
|
|
200
|
235
|
1640
|
|
100
|
110
|
1615
|
|
2 уз
|
300
|
565
|
2900
|
|
200
|
295
|
2860
|
|
100
|
115
|
2820
|
|
3 уз
|
300
|
750
|
5050
|
|
200
|
345
|
4910
|
|
100
|
127
|
4830
|
При таком составе БС при изменении скорости буксировки и
постоянной длине буксира будет существенно изменятся глубина хода. Это
иллюстрирует Таблица 8
Таблица №8
|
|
Глубина, м
|
Длина буксира,
м
|
Конечное
натяжение, н
|
|
1 уз 2уз
|
300
|
380
|
1650
|
|
237
|
380
|
2850
|
|
|
|
|
|
1 уз 2уз 3уз
|
409
|
565
|
1670
|
|
300
|
565
|
2900
|
|
262
|
565
|
4950
|
|
2 уз 3уз
|
350
|
750
|
2940
|
|
300
|
750
|
5050
|
|
3уз
|
324
|
885
|
7790
|
Максимальное натяжение на коренном конце буксира для системы
без компенсирующего буя будет 7790 н.
Таким образом разрывное усилие кабеля при коэффициенте запаса
прочности n=3
должно быть около24 Кн.
Вариант 2.В этом случае рассмотрим влияние отрицательной
плавучести кабеля и коэффициента запаса прочности на параметры БС для двух
рассматриваемых кабелей.
Кабель КГА-17.
Исходный вес - 242г/м, отрицательная плавучесть -
=0.16 н/м.
Увеличим вес на 15% и на 40%, отрицательная плавучесть будет 
=0.56 н/м и 
=1.03 н/м.
Коэффициент запаса прочности примем n=2 и n=2.5, допустимые
натяжения кабеля Т=7500н и Т=6000н соответственно.
Отрицательная плавучесть углубителя - =1000н (100кг).
Угол атаки углубителя с характерной площадью 1.8 для каждого запаса
прочности выбирается таким, чтобы натяжение на коренном конце () на скорости 3 узла не
превосходило допустимое.
Результаты расчета для n=2.5 приведены в Таблице
9, для n=2
- в Таблице 10.
Таблица №9
|
V,
|
H,
|
T0,
|
L,
|
L,
|
T,
|
L,
|
T,
|
|
уз
|
м
|
н
|
м
|
н
|
м
|
н
|
м
|
н
|
|
1
|
300
|
1240
|
355
|
1290
|
347
|
1410
|
340
|
1550
|
|
200
|
|
219
|
1275
|
216
|
1350
|
215
|
1450
|
|
100
|
|
103
|
1256
|
103
|
1300
|
103
|
1340
|
|
2
|
300
|
1975
|
725
|
2110
|
645
|
2216
|
588
|
2347
|
|
200
|
|
332
|
2037
|
320
|
2115
|
308
|
2205
|
|
100
|
|
122
|
1997
|
121
|
2037
|
120
|
2083
|
|
3
|
300
|
3280
|
1230
|
3710
|
1025
|
3760
|
900
|
3850
|
|
200
|
|
475
|
3440
|
450
|
3530
|
428
|
3595
|
|
100
|
|
142
|
3320
|
142
|
3360
|
140
|
3400
|
|
=0.16 в=17мм
|
=0.56 в=17мм
|
=1.03 в=17мм
|
Таблица №10
|
V,
уз
|
H, м
|
T0,н
|
L, м
|
T,н
|
L, м
|
T,н
|
L, м
|
T,н
|
|
1
|
300
|
1340
|
353
|
1390
|
346
|
1510
|
340
|
1650
|
|
200
|
|
218
|
1373
|
216
|
1452
|
215
|
1540
|
|
100
|
|
103
|
1356
|
103
|
1396
|
103
|
1443
|
|
2
|
300
|
2390
|
617
|
2505
|
574
|
2618
|
538
|
2750
|
|
200
|
|
305
|
2447
|
298
|
2526
|
290
|
2620
|
|
100
|
|
120
|
2410
|
120
|
2450
|
119
|
2500
|
|
3
|
300
|
4200
|
892
|
4505
|
812
|
4600
|
750
|
4715
|
|
200
|
|
385
|
4322
|
375
|
4400
|
365
|
4490
|
|
100
|
|
133
|
4234
|
133
|
4275
|
132
|
4320
|
Увеличение веса погонного метра кабеля на 94г (на 40%)
привело к уменьшению необходимой длины кабеля на 500м, а вес его уменьшился на
5кг. При уменьшении запаса прочности (n=2) и увеличенном весе на 94г длина кабеля
сократится до 922м, а вес уменьшится на 98 кг по сравнению с исходным
вариантом. Если разрывное усилие кабеля увеличить на 30%, не меняя другие
параметры, то длина его сократится до 711 м. (Таблица 11)
Таблица №11
|
 =1.03 d=17мм
|
=1.03 d=17мм
|
|
V,
уз
|
H, м
|
T0,н
|
L, м
|
T,н
|
T0,н
|
L, м
|
T,н
|
|
1
|
300
|
1340
|
340
|
1650
|
1745
|
328
|
2050
|
|
200
|
|
215
|
1540
|
|
211
|
1950
|
|
100
|
|
103
|
1443
|
|
103
|
1848
|
|
2
|
300
|
2390
|
538
|
2750
|
3110
|
465
|
3457
|
|
200
|
|
290
|
2620
|
|
263
|
3332
|
|
100
|
|
119
|
2500
|
|
114
|
3217
|
|
3
|
300
|
4200
|
750
|
4715
|
5460
|
606
|
5918
|
|
200
|
|
365
|
4490
|
|
312
|
5726
|
|
100
|
|
132
|
4320
|
|
124
|
5577
|
Кабель КСЕ-10.
Исходный вес - 205г/м, отрицательная плавучесть -=0.73 н/м.
Увеличим вес на 15% и на 30%, отрицательная плавучесть будет =1.04н/м и =1.33н/м. При коэффициенте запаса
прочности n=2
допустимые натяжения кабеля Т=5000н. При таком конечном натяжении углубитель
будет меньших размеров, отрицательная плавучесть его =500н (50кг). Результаты расчета для
кабеля КСЕ-10 приведены в Таблице 12. Увеличение веса погонного метра кабеля на
60г (на 30%) привело к уменьшению необходимой длины кабеля на 150м, а вес его
уменьшился на 28 кг.
При изменении веса кабеля возможно изменение и его диаметра.
В первой части Таблицы 12 видно как меняются параметры буксира с увеличением
диаметра с 13мм до 14мм. Во второй части таблицы приведены параметры буксира
при увеличении разрывного усилия на 30%.
Таблица №12
|
 =0.73 d=13мм
|
=1.04 d=13мм
|
=1.33
d=13мм
|
|
|
V,
уз
|
H, м
|
T0,н
|
L, м
|
T,н
|
L, м
|
T,н
|
L, м
|
T,н
|
|
1
|
300
|
740
|
367
|
960
|
358
|
1055
|
351
|
1140
|
|
200
|
|
227
|
890
|
224
|
950
|
222
|
1007
|
|
100
|
|
106
|
815
|
105
|
845
|
105
|
873
|
|
2
|
300
|
1450
|
640
|
1725
|
595
|
1810
|
575
|
1900
|
|
200
|
|
330
|
1620
|
322
|
1680
|
315
|
1740
|
|
100
|
|
126
|
1530
|
125
|
1560
|
125
|
1590
|
|
3
|
300
|
2640
|
910
|
3060
|
842
|
3140
|
790
|
3210
|
|
200
|
|
435
|
2870
|
418
|
2930
|
406
|
2980
|
|
100
|
|
144
|
2730
|
143
|
2760
|
142
|
2790
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=1.33 d=13мм
|
=1.11 d=14мм
|
=1.11 d=14мм
|
Таблица №13
|
V,
уз
|
H, м
|
T0,н
|
L, м
|
T,н
|
L, м
|
T,н
|
T0,н
|
L, м
|
T,н
|
|
1
|
300
|
740
|
351
|
1140
|
363
|
1077
|
963
|
347
|
1297
|
|
200
|
|
222
|
1007
|
226
|
963
|
|
219
|
1185
|
|
100
|
|
105
|
873
|
852
|
|
104
|
1074
|
|
2
|
300
|
1450
|
575
|
1900
|
620
|
1840
|
1885
|
540
|
2260
|
|
200
|
|
315
|
1740
|
335
|
1697
|
|
295
|
2126
|
|
100
|
|
125
|
1590
|
127
|
1565
|
|
121
|
2000
|
|
3
|
300
|
2640
|
790
|
3210
|
884
|
3187
|
3430
|
737
|
3930
|
|
200
|
|
406
|
2980
|
442
|
2958
|
|
368
|
3722
|
|
100
|
|
142
|
2790
|
147
|
2773
|
|
134
|
3557
|
Грузонесущие кабели аналогичные рассмотренным выпускает и ОАО
НИКИ г.Томск. Характеристики двух из них и возможность применения их в ГБО
видна из следующего.
Кабель КГПВПУ d=15.7мм, разрывное усилие 40кн, плавучесть 
20г/м, при Т=13кн и длине
L=830м обеспечит
углубление 300м на скорости 3 узла.
Кабель КГСПВ-77-20 d=15мм, разрывное усилие 20кн, , плавучесть -
86г/м, при Т=1кн обеспечит заданное углубление при длине L=727м.
.3 Углубитель МТ-3
Рассмотрим возможность применения в схеме буксировки ГБО
стандартного углубителя МТ-3 (Рис.16)
Рис №16 углубитель МТ-3.
Масса углубителя 30 кг, габариты 664*656*110 мм (без учета
шпрюйтовки), отрицательная плавучесть 227 н, площадь планеров - 0,3, коэффициенты
гидродинамического сопротивления и углубляющей силы углубителя - 0.95 и 2.0,
соответственно.
Массу носителя ГБО примем равной 30кг, отрицательная
плавучесть его будет-100н.
Учитывая эти данные, начальное натяжение буксира на скоростях
1, 2, 3. 4 узлах при одном углубителе будут - 400, 642, 1050, 1630 н, при двух
- 700, 1180, 2000, 3170 н, при трех - 1010, 1730, 2960, 4700 н, соответственно.
Результаты расчета приведены в Таблице 10, где Т конечное
натяжение буксира.
Таблица №14
|
1 углубитель
|
2 углубителя
|
3 углубителя
|
|
V,
уз
|
Н, м
|
L, м
|
Т, н
|
L, м
|
Т, н
|
L, м
|
Т, н
|
|
1
|
300
|
695
|
479
|
457
|
765
|
383
|
1070
|
|
200
|
335
|
444
|
250
|
737
|
228
|
1045
|
|
100
|
120
|
415
|
108
|
716
|
105
|
1030
|
|
2
|
300
|
|
|
1332
|
1510
|
860
|
1940
|
|
200
|
1060
|
900
|
555
|
1315
|
376
|
1820
|
|
100
|
246
|
700
|
150
|
1215
|
129
|
1760
|
|
3
|
300
|
|
|
|
|
1430
|
3690
|
|
250
|
|
|
1550
|
2900
|
920
|
3420
|
|
200
|
|
|
932
|
2520
|
546
|
3220
|
|
150
|
1070
|
1600
|
467
|
2230
|
300
|
3100
|
|
100
|
430
|
1270
|
198
|
2090
|
152
|
3020
|
Из таблицы можно определить оптимальную длину буксира, на
заданных скоростях и глубинах хода ГБО при изменении числа углубителей.
Углубители можно устанавливать все ближе к ходовому концу
буксира, или в разных местах буксира (Рис.17)
Рис.№17
Углубитель МТ-3 изготавливается из стали. Если в качестве
материала использовать алюминиевый сплав, то можно увеличить его размеры так
чтобы масса его не превосходила 30 кг. Такой углубитель будет иметь габариты в
1.5 раза больше, чем МТ-3 и 2 раза увеличится его гидродинамическая сила, что
приведет к существенному сокращению длины буксира. Результаты расчета с таким
углубителем приведены в таблице 18.
Таблица 18
|
1 углубитель
|
2 углубителя
|
3 углубителя
|
|
V,
уз
|
Н, м
|
L, м
|
Т, н
|
L, м
|
Т, н
|
L, м
|
Т, н
|
|
1
|
300
|
675
|
512
|
451
|
840
|
388
|
1167
|
|
200
|
330
|
480
|
252
|
815
|
232
|
1145
|
|
100
|
120
|
453
|
110
|
800
|
107
|
1126
|
|
2
|
300
|
1690
|
1340
|
900
|
1975
|
606
|
2730
|
|
200
|
780
|
1120
|
395
|
1850
|
307
|
2650
|
|
100
|
187
|
970
|
135
|
1785
|
122
|
2600
|
|
3
|
300
|
2500
|
3000
|
1160
|
4120
|
740
|
5410
|
|
250
|
|
|
756
|
3900
|
520
|
5300
|
|
200
|
1150
|
2350
|
470
|
376
|
350
|
5200
|
|
100
|
235
|
1860
|
145
|
3600
|
130
|
5100
|
Из анализа Таблиц 10 и 11 можно сделать вывод, что при
скорости буксировки 1 узел можно использовать один углубитель, при двух - два,
а на скоростях 3 узла - три углубителя.
А если в схеме буксировки применить три увеличенных
углубителя ( Таблица 11), то длина забортной части буксира не будет больше
900м, а общее конечное натяжение буксира будет меньше допустимого при
коэффициенте запаса прочности n=2.
На основе анализа результатов всех расчетов можно
рекомендовать этот вариант забортной части ГБО.
Длина кабеля КГА-17 950 - 1000м, три углубителя габаритами
1000*1000*150 мм и массой по 30кг каждый.
Циркуляция гидролокатора бокового обзора
Обследование поверхности морского дна при помощи ГБО
производится параллельными галсами. При повороте судна-буксировщика на обратный
галс или при переходе с одной линии галса на другую изменяется углубление БС.
При маневрах судна необходимо применять специальные меры для обеспечения
заданного отстояния носителя от грунта и даже для предотвращения касания
носителя дна.
В связи с этим весьма важен выбор способа осуществлении
маневра, траектории судна-буксировщика, скорости его на траектории и скорости
выборки и вытравливания кабеля лебедкой. Оптимальный вариант маневра зависит от
характеристик судна, забортной части системы цели маневра, гидрометеоусловий,
навигационного обеспечения. Математической модели для исследования характера
движения подводной буксируемой системы с учетом этих требований пока не
создано. Можно рассмотреть отдельные периоды маневра судна-буксировщика с
системой: изменение углубления системы на галсе при изменении скорости
движения, зависимость углубления от параметров циркуляции, поведение системы
при выборке и вытравливании кабеля лебедкой.
Поведение буксируемой системы на циркуляции можно
анализировать на основе уравнений равновесия гибкой связи при циркуляции.
Система дифференциальных уравнений установившегося движения гибкой связи (кабеля)
в проекциях на оси системы координат имеет вид:
где, кроме принятых ранее обозначений, обозначено:
-угол бокового наклона элемента кабеля;
-угол поворота скорости набегающего потока на
кабель при циркуляции;
- координата элемента кабеля по вертикали;
- радиус циркуляции ходового конца кабеля
-приращение радиуса циркуляции в текущей точке.
Интегрирование дифференциальных уравнений равновесия кабеля
на циркуляции так же целесообразно производить с использованием приложения Simulink математического пакета Matlab. На рис18. приведена S-модель этих уравнений.
Рис №18. S-моделб решения уровнений циркуляций.
В качестве исходных данных при решении уравнений принимаются
данные, полученные при расчете равновесия кабеля для прямолинейного движения. В
качестве граничных условий при s=0 принимаем:
.
Были рассчитаны параметры циркуляции для трех вариантов схем
буксировки при различных исходных данных.
.схема с одним углубителем при глубине H=100м и скорости
буксировки V=3
узла;
.схема с двумя углубителями H=200м и V=3узла;
. схема с тремя углубителями H=300м и V=3узла.
1 вариант.
Исходные данные: натяжение кабеля T=`1750 н, длина кабеля L=235 м, радиус циркуляции
R=500, 600, 750 м
Расчеты показали, что при этих данных на циркуляции
происходит увеличение углубления устройства на 14м.
2 вариант.
Исходные данные: T=3540 н, L=470 м, радиус циркуляции
R=600, 750, 1000 м. В этом случае увеличение
углубления устройства на было на 18м.
3 вариант.
Исходные данные: T=`5080 н, L=740 м, радиус циркуляции
R=1000 м.
Увеличение углубления устройства в этом случае было на 29м.
Таким образом, для того чтобы исключить задевание ГБО за дно
при повороте судна-буксировщика на новый галс необходимо предварительно уменьшить
глубину хода системы.
Основным методом регулирования глубины
неуправляемого носителя ГБО является выборка или вытравливание кабеля лебедкой.
Анализ этого процесса можно провести, используя линейные дифференциальные уравнения
динамики движения подводной буксируемой системы. В нашем случае достаточно
уравнений продольного движения. Эти уравнения имеют вид.
Коэффициенты, входящие в эти уравнения определяются по
следующим формулам:
,
где 
Принятые обозначения
Таблица №19
|
|
Скорость
установившегося движения аппарата (скорость буксировки)
|
|
Vx,
Vy
|
Проекции
приращения скорости в возмущенном движении на ось
|
|
|
Углы атаки и
дифферента в установившемся движении
|
|
|
Приращения
углов атаки и дифферента в возмущенном движении
|
|
|
Приращения
координат буксируемой системы в возмущенном движении
|
|
|
Площадь несущей
поверхности углубителя (характерная площадь)
|
|
|
Хорда несущей
поверхности (характерный размер)
|
|
|
Вес и
водоизмещение аппарата
|
|
|
Момент инерции
аппарата относительно поперечной оси
|
|
|
Масса аппарата
|
|
|
Коэффициенты
проекций гидродинамической силы и момента на связанные оси
|
|
|
Коэффициенты
статических и вращательных производных составляющих гидродинамической силы и
момента
|
|
|
Координаты
центра тяжести и центра водоизмещения аппарата относительно точки буксировки
|
|
|
Проекции
вектора натяжения буксира на оси 
|
|
|
Производные
проекций натяжения по перемещениям точки буксировки в осях 
|
|
|
Плотность воды
|
|
|
Приращение
угловой скорости относительно оси Z
|
|
|
Присоединенные
массы аппарата
|
Коэффициенты уравнений обычно называют динамическими
коэффициентами. Величины, входящие в эти коэффициенты, определяют важные
динамические свойства системы носитель ГБО-буксир. Исходными данными для
определения динамических коэффициентов служат конструктивные и геометрические
параметры аппарата и буксира, их гидродинамические характеристики. Эти
параметры определяются из расчетов равновесия углубителя и буксира.
Определение исходных данных
Принятый за основу углубитель (Рис №10,11,12,13…)
представляет собой крыло малого удлинения гидродинамические характеристики его
определяются по [ Виноградов Н. И., и др. Привязные подводные системы.
Прикладные задачи статики и динамики. СПб: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2000. …] и
[..Черепанов Б. Е. Судовые механизмы. Москва. Пищевая промышленность, 1976.].
, 
, 
, 
, 
, 
.
По [ ] определяются присоединенные массы.
, 
.
Расчет коэффициентов уравнений 
, 
, для 1 варианта схемы
буксировки приведены в Приложении. Решение уравнений динамики целесообразно
производить с использованием приложения SimuLink пакета MATLAB. На рис.19 приведена S-модель этих уравнений.
Эта S-модель
в основном используется для анализа управляемого движения буксируемых аппаратов
и исследования воздействия различных возмущений на поведение аппаратов. Анализ
динамики процессов выборки и травления буксира можно произвести вводом
дополнительных блоков имитирующих изменение натяжения кабеля при изменении
длины кабеля. Так как используется линейная модель динамики буксируемой
системы, то в дальнейшем будет рассматриваться только выборка кабеля.
На Рис.19 показана схема набора, имитирующая составляющие Fx и Fy приращения силы,
возникающие в кабеле при выборке.
Рис.№19. S-модель состовляющих сил Fx и Fy при выборке
кабеля.
На блоке Ramp 1 устанавливается скорость выборки кабеля, на
блоке Ramp-время выборки, включая блоки с разными знаками, фиксируем
определенную длину выбранного кабеля. Дифференцирующий блок создает сигнал
пропорциональный скорости выборки кабеля.
На блоках масштабирования, подключенным к сумматорам
устанавливаются значения производных натяжения кабеля на коренном конце по
скоростям и перемещениям этого конца.
На регистраторах L и T можно видеть выбранную длину кабеля и приращение натяжения
при выборке.
Полная схема решения уравнений приведена на Рис 20
Были проанализированы процессы выборки кабеля для трех, ранее
указанных вариантов схем буксировки и скорости буксировки 3 узла.
вариант.
Для этого варианта необходимо перед переходом судна на другой
галс или на циркуляцию уменьшить глубину хода ГБО на14м.
Расчет выборки производился для 2-х скоростей выбирания
кабеля 1м/c
, время включения лебедки варьировалось от 10сек до100сек.
Оказалось, что необходимые 14м можно получить при скорости
выборки 1м/c
и времени выборки 60 сек. Переходной процесс ГБО по глубине показан на Рис..
.Увеличение натяжения кабеля при этом 460н.
вариант.
Для этого варианта необходимо перед маневрированием судна
уменьшить глубину хода на18м. Моделирование показало, что этот результат можно
получить при скорости выборки 1м/с и времени включения 80 сек, время достижения
заданной глубины 200 сек, хотя весь переходной процесс длится 250 сек.
Увеличение натяжения кабеля при этом 330 н. Переходной процесс этого варианта
показан на Рис..
вариант.
Необходимое изменение глубины 29 м в это случае можно достичь
при скорости 1 м/с и времени выборки 140 сек, время достижения 300 сек, а время
переходного процесса более400сек. Увеличения натяжения кабеля 350 н. Переходной
процесс этого варианта показан на Рис..
Таблица №20. Уменьшение глубины хода при разных вариантах
буксировки.
|
№, Вариант
|
R, циркуляций
|
ΔL,
глубина Хода
|
|
1
|
500,600,750
|
14
|
|
|
2
|
600,750,1000
|
18
|
|
|
3
|
1000
|
|
29
|
|
|
|
|
|
|
Графики переходных процессов.
Графики переходных процессов при разных вариантах буксировки,
с 1,2,3 углубителями на разных глубинах.
Рис №21. График переходного процесса при выборке 1 вариант,
на глубине 100 метров.
Рис.№22 .График переходного процесса при выборке, 2 вариант,
на глубине 200 метров.
Рис.№23 График переходного процесса при выборке, 3 вариант,
на глубине 300 метров.
4.4 Расчет буксирной лебедки
Режимы работы лебедки ГБО близки к характеру работы буксирных
и траловых лебедок. Поэтому выбор параметров лебедки можно вести на основе
расчетов буксирных и траловых лебедок. Расчет лебедок начинается с определения
основных параметров: номинального тягового усилия на буксире, диаметра буксира
и его рабочей длины.
Так как основной целью работы является определение основных
параметров судовой части ГБО, а затем выбор параметров судна-буксировщика, то
провести расчет лебедки по типовой схеме, когда требуется тяговая
характеристика судна, не представляется возможным. Поэтому расчет лебедки
начинается с расчета барабана.
Из основных расчетов характеристик ГБО было определено:
Диаметр грузового кабель-буксира-Dк=17мм;
Длина его Lк=800м.
Диаметр барабана лебедки (в мм) обычно выбирается в
зависимости от номинального диаметра буксира по выражению Dб=(15÷20)Dк. Принимаем:
Диаметр барабана Dб=300мм.
принимают как Lб=(1.4÷1.6)Dб.
Длина барабана Lб=400мм.
Число витков барабана зависит от шага навивки Т, который по
ГОСТу принимается Т=(1.06÷1.07)Dк. Т=18.
Количество витков, уложенных на длине барабана x=Lб/Т, тогда x=22.
По рекомендациям [ Белоцерковский С. М., Скрипач Б. К.
Аэродинамические производные летательного аппарата и крыла при дозвуковых
скоростях. Москва. Наука, 1975. ] максимальное число слоев барабана может быть
различным, но желательно, чтобы оно было не более пяти. Дело в том, что по мере
увеличения числа слоев каната на барабане возрастает необходимый вращающий
момент, поскольку окружности, образующиеся при навивке, постепенно
увеличиваются в диаметре. Одновременно возрастает и скорость навивания
(подтягивания), т. е. другой фактор, влияющий на значение потребной мощности.
Загрузка лебедочного двигателя получается неравномерной со всеми вытекающими из
этого неприятными последствиями.
Поэтому принимаем число слоев К=4.
Так как при работе лебедки под нагрузкой происходит
деформация поперечного сечения барабана и сечения кабеля необходима проверка
канатоемкости барабана. Это можно проверить по экспериментально установленной
зависимости [11.Черепанов Б. Е. Судовые механизмы. Москва. Пищевая
промышленность, 1976. ]. Длина всего кабеля на барабане (в м)
Lк=К*x[π(Dб+Dк)+5.85(К-1)/2].
Проверка по этой формуле дает, что Lк=820м. Весь кабель
длиной 800м уместится на барабане.
Толщина стенок Δб барабана (в мм)
выбирается в зависимости от его диаметра
Δ=(0.088÷0.125)Dб Δб=20мм
Толщина реборд обычно принимается в пределах 0.5÷0.75 толщины стенок барабана, а наружный диаметр реборд на 2-4
диаметра кабеля больше, чем диаметр барабана с полностью навитым кабелем: Δр=12мм, Dр=400мм.
В лебедках применяются электрические и гидравлические
приводы. На вновь построенных механизмах чаще применяются гидроприводы.
Гидроприводы имеют меньшие габариты и массу на единицу мощности, чем у любых
других приводов, поэтому гидроприводы имеют массы вращающихся частей примерно в
10 раз меньше, чем у электродвигателей той же мощности.
К преимуществам гидропривода относятся также возможность
бесступенчатого регулирования скорости привода в весьма широком диапазоне;
высокая устойчивость движения на малых скоростях и возможность длительное время
создавать максимальное усилие при нулевой скорости рабочего органа. Большим
недостатком гидропривода является его сравнительно высокая стоимость.
Мощность лебедки (в кВт) определяется обычным методом,
принятым для расчетов грузоподъемных механизмов.
=T*Vвк/1000*60η,
Где Т ¬ максимальное суммарное усилие в кабеле, положенное в
основу расчета, Н;
Vвк ¬ средняя скорость выбирания кабеля, м/мин;
η ¬ общий к. п. д. механизма
лебедки.
Максимальное натяжение с учетом приращения натяжения при
выборке Т=5410+580=5990Н,
принимаем Т=6000Н.
Средняя скорость выборки Vвк=1м/c=60м/мин.
Общий к. п. д. механизма лебедки с учетом использования
гидропривода
η =0.87. Мощность лебедки N=6.6кВт.
Для непрерывной работы ГБО во время травления и выборки
кабеля лебедка должна иметь контактный токопереход.
Aнализ характеристик таких лебедок, выпускаемых ведущей
американской фирмой по гидрофизическому оборудованию InterOcean Systems, Inc показал, что
рассчитанная лебедка с гидроприводом будет иметь массу около 300кг, а с учетом
веса кабеля (194 кг) - 500кг.
Гидравлическая буксирная лебедка, выпускаемая отечественной
промышленностью, по характеристикам близкая к рассчитанной показана на Рис.№24
Рис.№24
-гидроцилиндр,2-ленточный тормоз,4-гидродвигатель, 5-стойка
4.5 Выбор судно-буксира
Просмотрев множество маломерных судов и катеров, я остановил
свой выбор на малом промерном гидрографическом катере, после незначительных
доработок можно использовать его для измерений. Доработка судна заключается в
том что, необходимо удалить гидрографическое оборудование и моторную лодку на
корме. Затем на корме необходимо установить буксирную лебедку, разместить щиты
углубители, а также в рабочих помещениях установить оборудование для обработки
данных. Данное судно подходит по многим критериям, минимальное количество
обслуживающего персонала, небольшие габариты.
Таблица №21
Рис.№25. Малый промерный гидрографический катер.
Рис. №26. Малый промерный гидрографический катер после
доработки.
Заключение
В данной дипломной работе мы провели ряд расчетов и
проанализировали поведения системы при буксировки гидролокатора бокового
обзора. В проведений расчетов и анализа нам помогли знания полученные на курсах
лекций преподаваемых в университете. На основе полученных данных мы можем
заделать заключение о поведений системы при буксировки ГБО. А так же о
отдельных конструкций буксировочной системы. Мы можем убедиться что данная
система соответствует требованьям по эксплуатаций ГБО.
Список
используемой литературы
1.
Егоров В. И. Подводные буксируемые системы. Ленинград: Судостроение, 1983г.
.
Виноградов Н. И., и др. Привязные подводные системы. Аэрогидродинамические
характеристики при установившемся движении. СПб: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2005.
.
Виноградов Н. И., и др. Привязные подводные системы. Прикладные задачи статики
и динамики. СПб: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2000.
.
Девнин С. И, Аэродинамический расчет плохо обтекаемых судовых конструкций.
Ленинград: Судостроение, 1989.
.Чинаев
И.А. Судовые вспомогательные механизмы. Учебник
Для
вузов водного транспорта-М,1989 год.
.Дмитриев.
А.Н. Проектирование подводных аппаратов. Ленинград: Судостроение 1978
.
Правила постройки и классификации обитаемых подводных аппаратов и водолазных
комплексов. Морской регистр судоходства. 1993.
.
Милн П. Подводные инженерные исследования Ленинград: Судостроение 1984
.
Ястребов В. С. Системы и элементы глубоководной техники подводных исследований.
Ленинград: Судостроение, 1981.
10.Лазарев Ю. Моделирование
процессов и систем в MATLAB. Учебный курс СПб Издательство группа BHV,2005 г.-512c.
11.Черепанов
Б. Е. Судовые механизмы. Москва. Пищевая промышленность, 1976. гидролокатор углубитель
лебедка судно
12.
Белоцерковский С. М., Скрипач Б. К. Аэродинамические производные летательного
аппарата и крыла при дозвуковых скоростях. Москва. Наука, 1975.
Приложение
