Оценка раскрытия ячей в сетной оболочке траловых мешков разной конструкции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка раскрытия ячей в сетной оболочке траловых мешков разной конструкции

Трал относится к категории активных отцеживающих орудий лова и является наиболее эффективным при облове как пелагических, так и донных видов рыб. В процессе буксировки трала при движении системы судно-трал в водной среде возникают гидродинамические силы, влияющие и на трал, и на систему судно-трал в целом. Степень воздействия этих сил определяет как качество работы траловой конструкции, так и эффективность самого лова. Так, агрегатное гидродинамическое сопротивление трала влияет на такой показатель эффективности лова, как расход топлива на единицу вылова. В то же время сопротивление его сетной оболочки влияет на удерживающие качества трала, т.е. селективность (отбор) обловленных им рыб. Важность этих параметров (сопротивление и селективность) для эффективности лова следует учитывать, но необходимо знать и то, как влияют конструктивные особенности разных типов тралов на изменение его сопротивления и, соответственно, селективные качества самого трала. Принимая во внимание то обстоятельство, что большая часть сопротивления траловой конструкции приходится на его сетную оболочку, примерно 70% (остальное приходится на траловые доски и оснастку трала), остановимся на рассмотрении параметров, составляющих сопротивление сетной оболочки трала.

Материал и методика

Раскрытие ячеи и сопротивление сетной оболочки трала

В общем виде сила сопротивления R_x оболочки конструкции трала в жидкой среде, расположенной под углом к потоку, выражается следующей формулой [1, 2]:

ячея сетный конус двухпластный

, (1)

где c_x - коэффициент гидродинамического сопротивления канатно-сетной оболочки трала; с - плотность воды; v - скорость буксировки трала; F_н - площадь ниток сетной части трала.

Гидродинамический коэффициент сопротивления c_x траловой оболочки имеет вид

, (2)

где k - размерный коэффициент, град^-1; б - угол атаки меридиана траловой оболочки, град.

Приведенные формулы (1) и (2) свидетельствуют, что при прочих равных условиях (с=const, v=const, б=const, F_o=const - сплошность траловой оболочки) сопротивление R_x будет зависеть от площади канатов и ниток сетной части трала F_н. В свою очередь, известно, что на величину сопротивления сетной оболочки трала в целом также влияют размер и геометрия ячей сети.

Известно, что сплошность F_o канатно-сетной части трала определяется по формуле [2]

, (3)

где a - средневзвешенное значение шага ячеи; d - средневзвешенное значение диаметра нитки; u_x - средневзвешенное значение горизонтального коэффициента посадки (раскрытия ячеи); u_y - средневзвешенное значение вертикального коэффициента посадки (раскрытия ячеи) (см. рис. 1а).

В свою очередь, коэффициенты посадки (раскрытия) горизонтальный u_x и вертикальный u_y выражаются через угол при вершине ячеи (см. рис. 1):

, (4)

, (5)

где л - угол раскрытия ячеи.

Рассмотрим коэффициент раскрытия ячеи [3]. Так как раскрытие ячеи обеспечивается разнонаправленными горизонтальными и вертикальными силами, приложенными к узлам ячеи, то величина ее раскрытия будет зависеть от соотношения этих сил. Представляя схему нагрузки ячеи силами, прилагаемыми к нитям в её узлах (см. рис. 1б), можно видеть, что раскрытие ячеи зависит от величины результирующих продольных и поперечных сил, приложенных к ячее. На рис. 1б эти силы представлены как Т`<sub>1</sub>; - Т`₁; Т`<sub>2</sub>; - Т`₂. Тогда отношение реакций этих результирующих сил раскрытия ячеи R₁/R₂, продольной к поперечной, в каждой ячее может служить характеристикой распределения сил в сетной оболочке трала. В свою очередь, реакции этих результирующих сил выражаются через половину угла раскрытия ячеи л (см. рис. 1б):

, (6)

. (7)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Рис. 1. Схема ячеи сетной оболочки трала:

а) схема ячеи; б) силы, приложенные к нитям в узлах [2,4]

Тогда

. (8)

Таким образом, зная угол раскрытия ячей л или их посадочные коэффициенты u_x и u_y, можно судить о характере распределения результирующих вертикальных и горизонтальных сил в сетной оболочке траловой конструкции. Именно распределение и соотношение этих сил в сетной оболочке трала будут определять степень раскрытия его ячей. Важно знать, какие элементы конструкции трала влияют на распределение вышеуказанных сил и, соответственно, на раскрытие ячеи. Так как в настоящее время на донном промысле используются тралы, основным отличием в конструкции которых является количество сетных пластей по их периметру (двухпластные тралы типа «Альфредо», «Бакалао» и четырехпластные тралы типа 41,7/39,6, чертёж №2517) [5], то целесообразно выяснить, какова зависимость степени раскрытия ячеи от количества сетных пластей в трале. Для визуальной оценки влияния количества сетных пластин по периметру трала на степень раскрытия ячей был выполнен эксперимент по подводному наблюдению ячей сетной оболочки трала в морских условиях. Исследования проводились на судне «Вильнюс» М-0102 в Баренцевом море в период с 17 апреля по 4 мая 2010 г. Для экспериментальных работ был взят промысловый пелагический трал 78,7/416 м, чертёж 2492-00-000, имеющий восьми- и четырёхпластные детали [5] (см. рис. 2).

Траления выполнялись при скорости от 3,7 до 4,0 уз, что соответствует скорости траления при промысле тресковых видов рыб. Оснастка и остропка трала были выполнены согласно стандартным рекомендациям для промысла в северном бассейне. Подводные видеонаблюдения за раскрытием ячей сетной оболочки трала в зависимости от количества пластей периметра трала были выполнены в месте перехода восьмипластной части трала в четырехпластную (см. рис. 2). Это место приходилось на район экспериментальной восьмипластной концевой части трала и четырёхпластного тралового мешка. Подводные видеонаблюдения визуально оценивали раскрытие ячеи сетной оболочки в пяти поперечных сечениях отдельных частей восьмипластной детали и четырёхпластного мешка. На рис. 2 эти сечения обозначены римскими цифрами.

Рис. 2. Схема соединения запасной восьмипластной детали трала и четырёхпластного мешка (римскими цифрами обозначены поперечные сечения визуального наблюдения за раскрытием ячеи сетной оболочки)

ячея сетный конус двухпластный

Для выполнения видеосъемки трала видеозаписывающее устройство располагалось в плоскости каждого исследуемого сечения, и фокус камеры направлялся перпендикулярно ходу траления на ближайший участок сетной оболочки. Схематично расположение видеозаписывающего устройства с обозначением сектора обзора видеокамеры представлено на рис. 3 [6].

Рис. 3. Вид расположения видеорегистратора на трале в поперечном сечении (1 - сетная оболочка трала; 2 - топенант; 3 - шворочный шов; 4 - сектор обзора сетной оболочки; 5 - видеозаписывающее устройство)

Выполненные видеосъемки акустические наблюдения за тралом позволили собрать данные о размере и форме устья трала и раскрытии ячеи для различных сечений восьмипластной запасной детали и четырехпластного мешка (рис. 2 и табл. 1).

Таблица 1. Данные о параметрах траления и оценка состояния ячеи

Примеры видеокадров, полученных при выполнении видеосъемок различных сечений трала, приведены на рис. 4.

сечение I сечение II сечение III

сечение IV сечение IV сечение V

Рис. 4. Видеокадры, иллюстрирующие состояние ячеи в различных сечениях тралового мешка в процессе траления

Для прямого измерения величины раскрытия ячеи в уменьшенном масштабе были изготовлены макеты (см. рис. 2) мешков четырёх- и двухпластных тралов (см. рис. 3). За прототип был взят мешок двухпластного трала «Альфредо-3», который широко применяется на промысле донных видов рыб в Баренцевом море [5]. В постройке макете использовалась капроновая дель Текс 187х3 с внутренним размером ячеи 40 мм. С целью сохранения циклов кройки при масштабировании было принято уменьшать количество ячей относительно прототипа в два раза. Края пластин конуса и цилиндра сшивались шворочным швом капроновой ниткой Текс 187x3, с захватом трех ячей. Съячейка конуса и цилиндра производилась одной ниткой по простому циклу 1/1. Цикл кройки конуса на прототипе составляет П/К=4/2 (П - рез ячеи по прямой, К - рез ячеи по косой), такой же цикл сохраняется и на двухпластной модели (см. рис. 2), а на четырехпластной модели конуса (см. рис. 3) он изменяется за счет добавления дополнительных пластин и равняется П/К = 4 (3+2)/1.

Далее, готовые модели верхней кромкой рассаживались на металлические обручи. Формы обруча и коэффициенты посадки принимались на основании подводных наблюдений за тралами разной конструкции [3]. Для четырёхпластной модели брался обруч в форме круга, и модель рассаживалась на него с горизонтальным коэффициентом посадки u_x=0,45, для двухпластного обруч брался в виде эллипса (с отношением его осей h/l, равным 0,5~0,6 (h - вертикальное раскрытие, l - горизонтальное раскрытие)), и модель была посажена с горизонтальным коэффициентом посадки u_x=0,45. Таким образом, форма моделей и начальное раскрытие ячей задавались приближенно к реальным условиям работы трала.

Обруч с рассаженной на нем моделью подвешивался в вертикальном положении. Для создания нагрузки в сетной оболочке моделей мешков в их цилиндры помещался груз массой равной 10,2 кг. Промеры проводились при помощи геометрической линейки. Измерялись фактический шаг ячеи и фактическая величина поперечной диагонали ячеи от узла до узла с точностью до 0,5 мм. Промерялись все ячеи по рядам сетной оболочки одной пласти в направлении поперечного сечения относительно продольной оси трала. Размер ячей остальных пластей модели принимался равным промеренной. Все результаты измерений заносились в таблицу промера.

При оценке средней величины раскрытия ячей в цилиндре мешка в расчет не брались ячеи рядов. Это обстоятельство обусловлено тем, что при нагрузке двух- и четырехпластных моделей груз оказался разным по геометрическому размеру, хотя и равным по массе. Таким образом, влияние груза на раскрытие ячей в концевой части цилиндров. Поэтому для расчета средней величины раскрытия ячеи в сетной оболочке цилиндров моделей в расчет брались поперечные ряды ячей, на которые не действовала распорная сила улова. Так, для двухпластной модели это были ряды ячей, начиная с 56-го, а для четырехпластной - с 67-го ряда (рис. 5).

Рис. 5. Изменение средней величины раскрытия ячей в поперечных рядах сетной оболочки моделей двух- и четырехпластных траловых мешков

Теоретические расчеты показывают, что раскрытие ячеи сетного полотна сетной оболочки трала происходит под воздействием результирующих сил, действующих в трале. Их величина, распределение по сетной оболочке и соотношение обеспечивают степень раскрытия ячей трала. Это подтверждается исследованиями японских ученых [7].

Полученные данные показывают (см. рис. 5 и табл. 2), что при различных параметрах траления, измеренных по прибору контроля трала, ячея в сечениях конуса 1, 2 и 3 раскрыта, а в сечениях 4 и 5 закрыта. Существенным конструктивным отличием этих частей трала, с раскрытыми и закрытыми ячеями, является количество пластей по периметру их сетной оболочки. Так, в восьмипластной части трала (концевая часть) ячеи во всех обследованных сечениях открыты, в то время как в четырехпластной части (мешок) ячеи закрыты. Этот факт может быть объяснен неодинаковым распределением нагрузки по сетному полотну восьми- и четырехпластных частей трала. Из-за отсутствия необходимых инструментов измерить фактическое раскрытие ячеи в натурном эксперименте не представляется возможным. Фото и видеоматериал для этих целей не пригодны, так как неизвестный радиус кривизны поверхности сетной оболочки искажает её фактический размер на снимке.

Данные промера сетных оболочек моделей двух- и четырёхпластных мешков показали значительную разницу в величине раскрытия их ячей (см. рис. 5 и табл. 2) Так, из приведенных данных видно (табл. 2), что средняя величина раскрытия ячей в сетной оболочки модели конуса двухпластного мешка на 41% меньше, чем в конусе четырёхпластной. В цилиндрах моделей мешков эта разница составляет 78%.

Таблица 2. Среднее значение коэффициента раскрытия ячей u_x (при 95%-ной доверительной вероятности) в поперечных рядах сетной оболочки моделей двух- и четырехпластных траловых мешков

Закономерная разница в величине раскрытия ячей двух- и четырёхпластных конструкций мешков, визуально определенная в натурном эксперименте, доказана в результатах модельных экспериментов. Следует отметить, что в модельном эксперименте отсутствует гидродинамическая составляющая результирующих сил, приложенных к концам ниток ячеи.

Тем не менее определенная разница в степени раскрытия ячей двух- и четырёхпластных моделей наглядно демонстрирует, что конструкция трала оказывает существенное влияние на геометрию ячеи. В тралах различной конструкции распределение нагрузки в сетной оболочке также разное. При двухпластной конструкции трала сила продольной нагрузки, распределенной по сетной оболочке, больше, чем в четырёхпластной. Данное явление объясняет и разную степень раскрытия ячей их сетных оболочек. С уменьшением числа пластей по периметру траловой конструкции уменьшается и раскрытие ячеи. Этот вывод подтверждается подводными видеонаблюдениями за сетной оболочкой траловой конструкции в реальных морских условиях, когда на ячеи действуют все силы, возникающие в процессе буксировки натурального трала.

Неравное распределение продольной нагрузки (сопротивление) по сетному полотну восьми- и четырехпластных частей трала влияет на разную величину раскрытия ячей - от 50%-ного открытия ячеи вплоть до полного её закрытия. Так как швы, образующиеся в месте соединения пластей трала, играют роль каркаса сетной конструкции, то часть продольной нагрузки приходится на них. Таким образом, чем больше швов в сетной конструкции трала (соответственно и пластей), тем больше в ней раскрыты ячеи. Очевидно, что это явление происходит по причине уменьшения результирующих продольных сил Т'₁; и - Т'₁ (см. рис. 1), приложенных к ячее сетного полотна, за счет передачи их части на швы траловой конструкции. Тогда с увеличением швов увеличивается и отношение реакции результирующих сил раскрытия ячеи R₁/R₂ (см. рис. 1), что и обеспечивает увеличение раскрытия ячеи.

По результатам выполненного исследования можно заключить, что ячеи сетной оболочки двухпластного трала раскрыты меньше, чем у четырехпластного из-за различий в их конструкции, обуславливающей разницу в нагрузке ячей. Данный факт может оказывать влияние на разницу как гидродинамических характеристик тралов с разным количеством пластей по их периметру, так и на их селективные качества.

Список использованных литературных источников

1. Кухлинг Х. Справочник по физике: пер. с нем. - М.: Мир. - 1982. - 129 с.

2. Розенштейн М.М. Механика орудий рыболовства. - Калининград: Издательство КГТУ, 2000. - 363 с.

3. Коротков В.К., Кузьмина А.С. Трал, поведение объекта лова и подводные наблюдения за ними. - М.: Пищ. пром-сть, 1972. - 269 с.

4. Розенштейн М.М. О сопротивлении сетной части трала // Труды КТИ. - Калининград, 1969. - Вып. XXI. - С. 31-36.

5. Морские орудия лова Северного бассейна (рекомендации промысловикам). ЦПКТБ Всесоюзного объединения «Севрыба». - Мурманск, 1986.

6. Serebrov L.I. Trawl automatic video recording device // Gear Selection and Sampling Gears. Proceedings of the seventh IMR-PINRO Symposium 23-24 June 1997. - Murmansk: PINRO Press, 1997. - p. 31-36.

7. Fuwa S., Fujita S., Kumasawa T., Hirayama M. Flow distribution in a brailer codend // Contributions on the Theory of Fishing Gears and Related Marine Systems Vol. 5. DEMaT - 2007. - 2007. - p. 11-21.

Размещено на Allbest.ru