Совершенствование методов технического анализа ярусных рыболовных систем с использованием математического моделирования

На правах рукописи

УДК 639.2.081.001.57

Габрюк Людмила Александровна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО

АНАЛИЗА ЯРУСНЫХ РЫБОЛОВНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.18.17

«Промышленное рыболовство»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена на кафедре Вычислительной техники Морского государственного университета им. адм. Г.И. Невельского и в Центре компьютерных технологий в рыболовстве и образовании Дальрыбвтуза, г. Владивосток

Научный руководитель доктор технических наук

Васильев Дмитрий Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Друзь Борис Иванович

доктор технических наук, профессор

Мельников Александр Викторович

Ведущая организация:

ФГУП «Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М.Книповича»

Защита диссертации состоится «14» октября 2009 г. в 11 ч 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 307.004.03 при ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» по адресу: 107140, Москва, ул. Верхняя Красносельская, д.17

факс: (499)264-91-87, e-mail: [email protected]

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «ВНИРО»

Автореферат разослан « 11 » сентября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук В.А. Татарников

Актуальность темы. В настоящее время в Мире растет внимание к ярусным орудиям рыболовства. Это объясняется их универсальностью, относительно высоким уровнем механизации, возможностью облавливать гидробионты на любых глубинах и при сложных грунтах, высокой селективностью промысла, а также необходимостью осваивать новые объекты в неохваченных ныне промыслом районах морей и океанов.

Кроме того, необходимость улучшения качества улова и повышения рентабельности промысла делает привлекательным использование пассивных орудий лова. Одним из таких орудий является ярус. На ярусном лове суда расходуют минимум топлива. Яруса позволяют облавливать гидробионты в труднодоступных местах, не доступных другим видам промысла. Таким образом, повышение эффективности ярусного промысла является актуальной задачей, решение которой невозможно без использования математического моделирования и современных компьютерных технологий.

При проектировании ярусных систем, удовлетворяющих современным требованиям необходим подход, учитывающий специфику эксплуатации орудия лова, биологию объекта добычи и экологию среды обитания.

Экспериментальные исследования ярусных систем в условиях моря сложны, поэтому аналитические методы исследования этих систем являются наиболее эффективными и экономически целесообразными.

В настоящее время эта работа приобретает особую значимость в связи с необходимостью разработки новых орудий рыболовства, используемых для облова новых гидробионтов в новых районах на любых глубинах.

До сих пор в основном решались плоские задачи для ярусных систем.

Для моделирования пространственных ярусных систем необходим анализ взаимодействия всех элементов ярусной системы.

Цель работы. Повышение эффективности ярусного промысла за счет увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла путем разработки соответствующих математических моделей ярусов и их элементов, а также прикладных программных комплексов.

Основные задачи исследования:

1. разработка основных методологических компонентов технического анализа ярусной рыболовной системы с использованием методов моделирования;

2. совершенствование методов технического анализа ярусных рыболовных систем с использованием средств математического моделирования канатных элементов ярусных порядков:

а) при отсутствии течений;

б) при наличии течений в пространственной постановке с учетом биотехнических предпосылок, установленных как параллельно потоку, так и под углом к потоку;

3. разработка методики увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла яруса с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы;

4. разработка программного обеспечения для выполнения технического анализа ярусных рыболовных систем;

5. экспериментальное подтверждение адекватности предложенных методов анализа с использованием средств моделирования.

Объектом исследований являются придонные и пелагические горизонтальные ярусные порядки и их элементы.

Предметом исследований является область рыболовства, направленная на разработку и совершенствование методов и методик технического анализа ярусных рыболовных систем с использованием средств математического и компьютерного моделирования.

Научная новизна работы. Усовершенствована методологическая и аналитическая база технического анализа решения задач промысловой увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла на основе системного подхода к процессу лова.

В диссертации содержатся следующие новые научные результаты:

1. методическое обеспечение технического анализа ярусной рыболовной системы с использованием моделирования;
2. математическое обеспечение технического анализа ярусов:

• математические модели канатных элементов ярусов при отсутствии течений с использованием двух параметров цепной линии и , с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы;
• математические модели канатных элементов ярусов, устанавливаемых при выметке их как под углом к течению, так и параллельно течению с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы, которая является средством технического анализа ярусов;

3. разработаны алгоритмы и программы для выполнения технического анализа ярусных рыболовных систем
4. разработана методика расчета характеристик всех элементов яруса в пространственной постановке при наличии течений;

Достоверность результатов диссертационной работы основана на строгих математических и научных выкладках, подтверждается численными расчетами тестовых задач и результатами экспериментов.

Практическое значение работы.

Практическая ценность работы заключается в современном подходе к оценке технических характеристик ярусов.

Разработанное математическое и программное обеспечение для выполнения технического анализа позволит на стадии проектирования определять промысловые характеристики ярусов, а на промысле осуществлять увязку конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла.

Предложенное математическое, программное и методическое обеспечение может использоваться также:

• в качестве модуля в тренажерных комплексах для обучения рыбаков-промысловиков и других морских специалистов;
• в учебном процессе при проведении практических и лекционных занятий по дисциплинам: «Алгоритмы и программы процессов промышленного рыболовства», «Механика орудий рыболовства» и «Проектирование орудий рыболовства», а также при выполнении курсовых и дипломных проектов, связанных с моделированием ярусных рыболовных систем;
• в качестве методики расчета характеристик ярусов при проектировании ярусных рыболовных систем;
• в непрерывном образовании специалистов рыбного профиля.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на шести конференциях.

1. «Рыбохозяйственные исследования Мирового океана». Международная научная конференция, Владивосток. Дальрыбвтуз, 1999.
2. «Информационные технологии в науке и образовании». Международная конференция г. Шахты. ЮРГУЭС, октябрь, 2005.
3. «Педагогические проблемы обучения». Всероссийская научно-практическая конференция. Владивосток. ТОВМИ им. С.О. Макарова, декабрь, 2006.
4. «Современные проблемы науки и образования». Всероссийская научная конференция. Москва. РАЕ, май, 2007.
5. «Интеграция вузов в международное образовательное пространство». XXXI Научно-методическая конференция. Владивосток. МГУ, 2007
6. IV международная научная конференция «Исследование мирового океана», Владивосток. Дальрыбвтуз, 2008.

Реализация результатов работы. Разработанное математическое и программное обеспечение для моделирования элементов ярусных систем в потоке используется в учебном процессе ДВГТУ, МГУ им. адм. Г.И. Невельского, ВНИРО, а также в ОАО ПБТФ и ЗАО «Дальрыбпром».

Получено свидетельство ОФАП и акты внедрения на программный комплекс для моделирования придонных и пелагических горизонтальных ярусных рыболовных порядков в потоке жидкости LognLineProgram.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 14 печатных работах и научных статьях, четыре статьи из которых в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, четырех приложений.

Краткое содержание работы

Во введении формулируется цель работы, обосновывается ее актуальность, указываются решенные задачи, элементы новизны, практическая значимость работы.

Исследованию характеристик канатов в потоке жидкости посвящена обширная литература. В основе исследований лежат законы механики И.Ньютона и труды по механике гибких нитей Л.Эйлера, Г. Лейбница, И. Бернулли, Х. Гюйгенса, П. Аппеля, А.Н. Крылова, Н.Е. Кочина, А.П. Минакова, Н.В Салтанова, Б.И. Друзя, И.Б. Друзя, В.А. Светлицкого, В.И. Габрюка и других исследователей.

Задачу о форме и натяжении канатов для буксировки орудий рыболовства решали Ф.И. Баранов, С.Н. Чубаров, В.Н. Стрекалова, А.И. Зонов, Н.И Алексеев, Х. Штенгель, Ш.А. Расулев, С.С. Торбан, Г.А. Траубенберг, Фридман В.И., М.М. Розенштейн, В.И. Габрюк, M. Nomura, Nozawa, J. Miyazaki и другие исследователи.

Определение формы и промысловых параметров ярусов исследовали Ф.И. Баранов, Л.И. Метелкин, В.А Маркин., Л.С. Преображенский, М.М. Розенштейн, В.И. Габрюк, Olsen S., Laevastu T., Е.В.Осипов, А.В. Габрюк и др.

Исследованию промысловых характеристик ярусов посвящены работы Г.И Гриценко, А.В. Лестева, И.А. Полтева, Е.Д. Каракоцкого, В.А. Ионасf, Сухачева В.М., Ю.Ф. Жеребенкова, Ю.А. Торина, В.В. Волковf, Г.И. Потакова, Б.М. Болдырева, Кузнецова В.П., С.В.Ермакова, С.Ф. Ефанова, В.А. Абразумова, Симонодзаки Ё., А.Н. Трещева, Н.В. Кокорина, Шестопала И. П., Грекова А. А. и других исследователей.

В первой главе изложены основы методологии технического анализа с применением методов моделирования: цели, методы, методики, категории, задачи, процедуры, принципы, уровни технического анализа. Обоснованы основные категории технического анализа.

В работе используется вероятностная модель поведения объекта лова. В работе рекомендуется в качестве величины, характеризующей уловистость яруса использовать «коэффициент уловистости яруса».

В работе выполнен анализ технических характеристик яруса, который выявил основные тактические приемы, способствующие повышению эффективности работы яруса:

1. постановка яруса под углом к течению;
2. использование методики промысловой увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла яруса с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы;
3. использования различного заглубления промежуточных буев пелагического яруса;
4. использование поводцов различной длины;
5. использование грузов для придонных ярусов, чтобы ярус не скользил и не отрывался от грунта.

Во второй главе излагается методология моделирование гибких канатов в потоке, являющихся основой любых ярусных рыболовных систем. Дан анализ работ, посвященных расчету ярусных рыболовных систем.

Третья глава посвящена исследованию характеристик канатных элементов ярусных рыболовных систем в покоящейся жидкости.

Для расчета характеристик гибких канатов в покоящейся жидкости предлагается усовершенствованная система уравнений. Особенностью предложенной системы является то, что в ней в отличие от классического решения, полученного Лейбницем, Гюйгенсом, Бернулли (1691) используется два параметра цепной линии и . Введение этих параметров позволило существенно упростить методику расчета несимметричных канатных элементов любых ярусов при отсутствии течений. На базе предложенной системы уравнений получены усовершенствованные математические модели якорных линей и хребтин пелагических и придонных ярусов при отсутствии течений. Разработаны методики расчета параметров ярусов в покоящейся жидкости, с учетом условия, что крючки находятся в слое рыбы. Методики расчета проиллюстрированы примерами.

Четвертая глава посвящена исследованию характеристик канатных элементов ярусных рыболовных систем в потоке жидкости.

В разделе 4.1 получена математическая модель системы «наживка-крючок-поводец». Данная система позволяет определить натяжение , с которым крючковый поводец действуют на хребтину, а также их угол атаки и угол крена плоскости потока поводца . Решение системы осуществляется при допущении, что при небольших длинах поводцы рыболовных крючков рассматриваются как прямолинейные.

В разделе 4.2. получена математическая модель системы «поводец – крючок – гидробионт», которая аналогична математической модели «наживка – крючок – поводец» для случая, когда гидробионт ведет себя спокойно.

В разделе 4.3 выполнено исследование механики канатных элементов яруса с учетом течения. Получена общая трехмерная математическая модель канатов, устанавливаемых при выметке их под углом (угол ) к течению, когда угол меняется. Система дифференциальных уравнений для нахождения формы и натяжения каната в потоке, когда она располагается под углом к течению и угол меняется, имеет вид:

(1)

где – угол между осью и вектором скорости течения ; – скорость изменения угла ; – проекции гидродинамической силы каната на оси поточной системы координат, приходящиеся на единицу его длины. - гидродинамические коэффициенты сил сопротивления, подъемной (заглубляющей) и боковой зависят от материала каната, угла атаки, числа Рейнольдса, относительного удлинения каната.

Система уравнений (1) – это математическая модель голого каната в потоке. При расчете характеристик хребтин ярусов необходимо учитывать действие крючковых поводцов на хребтину. Этот учет может осуществляться двояко. В первой методике действие поводцов на хребтину заменяется сосредоточенными силами (натяжениями поводцов), приложенными в точках крепления поводцов к хребтине; во второй методике действие поводцов на хребтину заменяется равномерно распределенной по длине хребтины нагрузкой.

В разделе 4.3.2 выполнено исследование формы и натяжения хребтины с учетом улова. Характеристики хребтины яруса с учетом улова следует рассчитывать по первой методике. Распределение улова по крючкам осуществляется случайным образом с учетом коэффициента уловистости на ярус в районе лова.

Для моделирования хребтины яруса с учетом течений необходимо знать начальные данные в узлах крепления поводцов к хребтине, которые получаются из условия их равновесия:

; ; (2)

В разделе 4.4 разработана общая трехмерная математическая модель хребтин ярусов, устанавливаемых при выметке их под углом к течению, когда угол меняется, а силы от натяжения поводцов распределены равномерно по длине хребтины.

Разработанная система является общей математической моделью хребтины яруса в потоке. Она позволяет определять форму, натяжение и сопротивление хребтин различных типов ярусов, когда усилия от натяжения поводцов равномерно распределяются по длине хребтины. В ММ при определении гидродинамических коэффициентов следует учитывать зависимость от числа Рейнольдса.

В работе исследованы два типа ярусов: придонные – с промежуточным буем посередине каждого участка, и пелагические – с буями по концам участка.

В первом типе ярусов каждый участок состоит из двух секций: и . Расчет характеристик хребтин придонного яруса в потоке с буем посередине сводится к решению следующих краевых задач для разработанных систем:

Первая секция участка яруса	при :		(3)
	при :
Вторая секция участка яруса	при :		(4)
	при :

Краевые задачи (3-4) для разработанной системы (без улова) решается путем вариации начальных данных в начале участка – точке А1:

;

; (5)

;

;

где , натяжение хребтины в точке А1 и его проекция на ось х; – угол атаки хребтины в точке ; – угол крена плоскости потока хребтины в точке ; – проекции на ось x силы сопротивления буя, хребтины, поводцов и наживки с крючком; , – проекции на оси x и z натяжения хребтины в точке в покоящейся жидкости (при ); ,– длина одной секции хребтины и стрелка прогиба хребтины на участке; – проекция на ось z веса в воде 1 м хребтины с вооружением и наживкой; – проекция на ось z веса в воде одной секции яруса с вооружением и наживкой; =/ – параметр хребтины; – коэффициент запаса плавучести буя; – коэффициент веса буя в воде; – масса буя; – проекция на ось z подъемной силы буя.

Выполнение краевых условий (4) для разработанной системы осуществляется путем вариации углов . Характеристики хребтины в конце первой секции (в точке В1) получаются численным решением методом Рунге-Кутта системы (1). Они используются для нахождения начальных данных для второй секции хребтины . Начальные данные для хребтины второй секции яруса находим из условий равновесия узла :

;

; (5)

.

Решение краевой задачи (4) для системы (1) с уловом включает две фазы:

• моделирование отрезка хребтины до узла крепления поводца;
• определение начальных данных для расчетов последующего отрезка хребтины с учетом действия нагруженного поводца.

Моделирование отрезка хребтины, до узла крепления поводца к хребтине, осуществляется решением задачи Коши для системы (1) путем вариации начальных данных в начале участка – точке А1: без учета действия поводцов. В первом приближении углы берутся равными:

, ;.

При нахождения начальных данных для расчетов следующего отрезка хребтины необходимо определить натяжение, углы атаки и крена поводцов, как с уловом, так и без улова, а затем методом Рунге-Кутта рассчитывать следующий отрезок хребтины. В работе приведена методика моделирования придонных ярусов, как с уловом, так и без улова. На рис.1 приведены проекции хребтины на плоскость xz при скорости течения: V=0.2 м/с, а) без улова; б) с уловом.

а)	б)
Рис. 1. Проекция хребтины на плоскость xz при скорости течения: V=0.2 м/с, а) без улова б) с уловом

В разделе 4.5 разработана методика моделирования пелагических ярусов. Один участок пелагического яруса, состоящий из одной секции с промежуточными буями по концам, показан на рис. 2.

Рис. 2. Ярус при наличии течений

Полное решение задачи расчета характеристик пелагического яруса сводится к расчету характеристик первого и последующих участков хребтин яруса.

Расчет характеристик хребтины первого участка пелагического яруса в потоке включает решение следующих краевых задач для систем (1), (3):

Левый Якорный линь	:		(6)
	:
Буйлинь	:		(7)
Первый участок яруса	:		(8)
	:
Второй участок яруса	:
	:
i-й участок яруса	:
	:
Правый якорный линь	:
	:

При расчете хребтины первого участка яруса необходимо выполнить условия стыковки трех элементов яруса: якорного линя, буйлиня и первого участка хребтины яруса, имеющие вид:

(9)

,

где ; ; – проекции на оси x, y, z натяжения хребтины в точке ; – натяжения якорного линя и буйлиня в точке B ; – уг-

лы атаки и крена плоскости потока якорного линя и буйлиня в точке B; – соответственно глубина моря, высота якорного линя, высота буйлиня, глубина верхней и нижней кромки стаи рыбы.

Начальные данные , , для решения разработанных систем зависят от величины погружения текущего промежуточного буя. Выполнение краевых условий (6) для разработанных систем осуществляется вариацией глубины погружения буя.

Кроме этого при расчете разработанных систем необходимо учитывать наличие особой точки. Особая точка – это точка, в которой хребтина располагается по касательной к горизонту (в этой точке близко к 360°). В особой точке:

(10)

Из этого уравнения следует, что в особой точке выполняются условия:

• плоская хребтина (лежит в плоскости xz): ;
• пространственная хребтина: . (11)

При наличии особой точке хребтину следует представить в виде двух ветвей и стыковать решение каждой из веток, используя условия (11).

Характеристики буйлиня и якорного линя в точке В получаются путем решения задачи Коши для дифференциальных уравнений их равновесия. Начальные данные для буйлиня при этом определяются в зависимости от величины погружения буя.

Расчет характеристик хребтин последующих участков пелагического яруса в потоке осуществляется аналогично расчету хребтины первого участка, но уравнение стыковки использует вместо характеристик якорного линя характеристики хребтины предыдущего участка .

В этой главе изложена методика расчета промысловых характеристик хребтины, когда крючки находятся в слое рыбы. Стрелка прогиба хребтины должна быть выбрана так, чтобы высота слоя воды, в которой находятся крючки, была бы меньше высоты слоя рыбы, т.е.

Высота буйрепа выбирается из условия: .

Методика расчета массы левых и правых якорей приведена в разделе 4.6.

В разделе 4.7 приведена краевая задача и методика моделирования стримеров, которые используются для отпугивания птиц при постановке яруса.

В пятой главе приведен анализ существующих автоматизированных ярусных систем. Так как компьютерная программа является инструментом технического анализа, то здесь систематизированы основные требования, предъявляемые к специализированным компьютерным программам, и приведена структура основных функциональных блоков специализированных программ технического анализа.

Особое внимание в этой главе акцентировалось на разработке программного обеспечения для моделирования ярусных рыболовных систем для создания АСУ, а в перспективе автоматизированной системы лова.

В диссертационной работе разработан специальный прикладной программный комплекс для моделирования хребтин ярусных порядков в покоящейся жидкости, который включает программы моделирования: якорных линей; хребтин с промежуточным буем посередине; хребтин с буями по концам участка.

Также разработан специальный прикладной программный комплекс LongLineProgram для моделирования ярусных порядков при наличии течений, который включает программы моделирования следующих подсистем: якорь-якорный линь; буй-буйлинь; наживка-крючок-поводец; хребтина-поводцы; якорный линь-буйлинь-хребтина.

В шестой главе изложены результаты аналитического исследования ярусов. В первом параграфе выполнено моделирование различными методами крючкового поводца придонного яруса длиной 0,35 м при различных скоростях течения. При испытаниях системы «наживка-крючок-поводец» в аэродинамической трубе НБАМР скорость воздуха была постоянной и составляла 18,8 м/с при плотности воздуха и температуре 220 С. Из равенства чисел Рейнольдса воздуха и воды () следует, что это соответствует скорости воды 1,2 м/с (рис.3).

Рис. 3, а..Проекция крючкового поводца на плоскость xz при скорости течения v=1,2 м/с, полученная численным моделированием: 1- поводец; 2- хорда поводца	Рис. 3, б. Фото системы «наживка-крючок-поводец» в аэродинамической трубе НБАМР при скорости воздуха V=18,8 м/с: 1 поводец; 2 хорда поводца; 3- крючок; 4- наживка

Во втором параграфе изложены результаты компьютерного моделирования хребтин придонных ярусов как без улова, так и с уловом рис. 4.

а)	б)	в)
Рис. 4. Проекции хребтины из полиамида с буем посередине на плоскости: а)- хz б) - (yz), в)- (xy) при скорости течения 0,5 м/с

Предложенная модель придонного яруса позволяет рассчитывать характеристики хребтины из любых материалов как легче, так и тяжелее воды.

Результаты моделирования показывают, что при некоторой скорости течения хребтина яруса ложится на грунт и придонный ярус работает, как донный. Таким образом, с увеличением скорости течения требуется увеличивать подъемную силу промежуточных буев для обеспечения равновесия хребтины в потоке.

В работе приводятся математические модели позволяющие находить массы промежуточных грузов, крепящихся к хребтине, из условий, чтобы не происходило их отрыва от грунта и скольжения по грунту.

Рис. 5. Зависимости массы грузов для вооружения горизонтальных придонных ярусов от скорости течения.

На рис. 5 приведены графики зависимости массы грузов для вооружения горизонтальных придонных ярусов от скорости течения. На графике 1 этого рисунка показаны минимальные массы, при которых грузы не отрываются от грунта, а на графике 2 - минимальные массы, при которых грузы не скользят по грунту.

В работе приведены результаты расчета характеристик пелагического яруса, располагающегося как под углом к потоку, так и параллельно потоку. Форма первого участка хребтины в трех проекциях параллельно потоку показана на рис. 6.

Из рис. 6 видно, что боковая сила вызывает выдувание хребтины по оси оу. Боковая сила обусловлена витой структурой хребтины и поводцов. За счет боковой силы хребтина всегда имеет пространственную форму. Этот факт влияет на уловистость яруса. С увеличением скорости течения увеличивается выдувание хребтины в сторону потока, и уменьшается стрелка прогиба хребтины.

а)	б)	в)
Рис. 6. Проекции первого участка хребтины на плоскости а) - (xz); б) - (yz);в) - (xy) при V=0,5 м/с и =0

Максимальное натяжение хребтины будет на последнем против течения участке при =0, поэтому расчет хребтины на прочность надо вести по ее натяжению на последнем участке.

Компьютерным моделированием получены характеристики пелагического яруса при различных скоростях течения. Так при V=0 максимальное натяжение хребтины равно 30,0 Н, а при V=0.5 м/с, и =0 и пяти участках яруса равно 2500 Н, т.е. увеличилось в 83 раза.

Общий вид пелагического яруса, полученный компьютерным моделированием, показан на рис. 7.

Рис. 7. Общий вид пелагического яруса, полученный компьютерным моделированием при V=0.5 м/с, и =0

В случае, когда ярус поставлен вдоль течения, то суммарная площадь запаховых полей от наживок будет минимальной, т.к. они накладываются друг на друга, что снижает уловистость ярусов. Поэтому в работе предложена методика моделирования ярусов, устанавливаемых под углом к течению.

Характеристики хребтины пелагических ярусов установленных под различными углми к потоку приведены в табл.1 и показаны на рис.8.

Таблица 1

Характеристики хребтины яруса при его установке под различными углами к потоку при V=0,2 м/с

Угол установки яруса к течению	Хорда хребтины,м	Натяжение хребтины в начальной точке ,Н	Натяжение яруса в конечной точке,Н	Угол атаки хребтины в начальной точке , град	Угол атаки хребтины в конечной точке ,	Угол крена хребтины в начальной точке, град	Угол крена хребтины в конечной точке, град
°	392,0	10.7	80.35	-88.08	-11.27	-22.0	-174.0
°	394,0	72.5	89,42	-100.78	-36.90	-80,0	-103,75
°	391,0	74,0	76,40	-122,00	-52,60	-80,0	-101,20

Рис. 8. Проекция хребтины яруса на плоскость (xy) при V=0.2 м/с: 1-°; 2-°; 3 - =87,5°;

При установке хребтины яруса параллельно потоку ее натяжение растет от участка к участку. При установке хребтины яруса перпендикулярно потоку ее натяжение меняется незначительно (табл. 1), что является одним из факторов увеличения уловистости ярусов.

В работе выполнено сравнение численного моделирования хребтин ярусов в покоящейся жидкости по методике Рунге-Кутта с аналитическим решением. Погрешность численного моделирования не превышает 2,5%.

Полученная общая математическая модель хребтины яруса (1) позволяет осуществлять компьютерное моделирование любых типов придонных и пелагических горизонтальных ярусов, находить форму, натяжение и сопротивление хребтин, а также определять характеристики якорных линей, буйлиней и промежуточных и якорных буев, что позволяет осуществлять оптимальную промысловую настройку ярусов при любых значениях скоростей течения.

Разработанная общая методика моделирования придонных и пелагических горизонтальных ярусов, позволяющая рассчитывать их характеристики при скоростях течения, изменяющихся от 0 до 1,2 м/с.

В работе также предложена методика моделирования стримеров, представляющих собой буксируемые канаты с буем и прикрепленным к нему грузами на конце, к которому крепятся ленты для отпугивания птиц. Приведены рациональные параметры элементов стримеров, которые требуются на промысле.

В седьмой главе описаны экспериментальные исследования. В первом параграфе главы описан эксперимент по определению гидродинамических коэффициентов элементов ярусов. Для этого в аэродинамической трубе прямого действия НБАМР в камере Эйфеля был выполнен ряд продувок. Испытывались следующие элементы: рыболовный крючок, наживка, система «крючок-поводец», система «хребтина-поводцы», отрезки хребтин.

В результате эксперимента найдено:

Гидродинамические коэффициенты крючка и наживки с крючком

крючок	0,16	0,37

Гидродинамические коэффициенты наживки с крючком

	=30°	=50°
	0,207	0,31
	0,28	0,195

Гидродинамические коэффициенты хребтины

Материал хребтины
полиэстер	0,22	0,19	53
капрон	0,29	0,23	55

Приведенные выше данные по канатам близки к данным, полученным в аэродинамической лаборатории Санкт-Петербургского университета (1965 г). Разница составляет 12%.

Во втором параграфе этой главы приведены результаты испытаний отрезков хребтины, выполненных из полиэстера с двумя и тремя капроновыми поводцами и рыболовными крючками.

На промысле по возможности следует выметать хребтину под углом к течению для того, чтобы крючок с наживкой был удален от хребтины за счет потока, что влияет на уловистость яруса. Поводцы должны находиться на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы не перекрывались поля диффузии каждой наживки.

Рис.9. Форма хребтины в потоке под углом =15,90: 1- фотография формы в аэродинамической трубе НБАМР; 2 – моделирование с помощью программы LongLineProgram	Рис. 1. Форма хребтины в потоке под углом = 8,10: 1- фотография формы хребтины в аэродинамической трубе НБАМР; 2 – моделирование с помощью программы LongLineProgram

На рис. 9-10 показаны фотографии форма хребтины, полученная в аэродинамической трубе НБАМР. Точками показаны расчетные формы, полученные моделированием по программе LongLineProgram. В местах наибольшей кривизны хребтины расчетные точки не ложатся на хребтину. Это объясняется влиянием жесткости хребтины и турбулентности потока, которые не учитываются в математической модели. Максимальная разница координат формы хребтины полученных экспериментально и компьютерным моделированием составляет 17%.

Сравнение компьютерного моделирования с полученными экспериментальными данными подтверждает адекватность разработанных математических моделей, поэтому они могут использоваться на стадии проектирования крючковых орудий рыболовства.

ВЫВОДЫ

В результате проведенного научного исследования была решена научная задача, состоящая в совершенствовании методов технического анализа ярусов с использованием компьютерного моделирования с целью повышение эффективности ярусного промысла за счет увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла путем разработки соответствующих математических моделей ярусов и их элементов, а также прикладных программных комплексов.

В ходе выполнения исследований получены следующие результаты:

1. Использован системный подход к проектированию ярусной рыболовной системы аналитическими средствами технического анализа.

2. Предложены методы технического анализа горизонтальных ярусных рыболовных систем с использованием средств математического моделирования всех элементов ярусных порядков:

а) при отсутствии течений;

б) при наличии течений в пространственной постановке, установленных как под углом к течению, так и параллельно течению.

3. Разработаны методики увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла с учетом нахождения наживленных крючков в слое рыбы.

4. Разработан программный комплекс LongLineProgram для выполнения технического анализа ярусных рыболовных систем.

5. Внедрено методическое и программное обеспечения в ОАО ПБТФ и ЗАО «Дальрыбпром» и в учебный процесс ДВГТРУ.

6. На базе математического и программного обеспечения, разработанного в диссертации, создан учебный курс для дисциплины «Алгоритмы и программы в промышленном рыболовстве», и написано учебное пособие.

7. Экспериментально подтверждена адекватность разработанных в диссертации математических моделей. Они могут использоваться, как в техническом анализе на стадии проектирования крючковых орудий рыболовства, так и на промысле для увязки конструктивных характеристик ярусов с характеристиками районов и объектов промысла, как для автоматизированного, так и традиционного ярусного лова, а также в непрерывном морском и рыботехническом образовании.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Габрюк В.И, Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 2007. Математическое моделирование рыболовных систем // Успехи современного естествознания. №8. С. 21-22.
2. Габрюк В.И, Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 2007. Моделирование канатов для буксировки орудий рыболовства. // Успехи современного естествознания. №8. С. 78-79.
3. Габрюк В.И, Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 2007. Математическое моделирование ярусов // Изв. ТИНРО. Т. 150. С. 355-361.
4. Габрюк Л.А. 2008.Компьютерное моделирование канатов рыболовных систем // Изв. ТИНРО. Т. 152. С. 260-266.
5. Габрюк Л.А. 2008. Методика моделирования хребтин ярусов. // Изв. ТИНРО. Т. 153. С. 382-386.
6. Габрюк Л.А., Бойцов А.Н. 2008. Механика хребтин ярусов // Изв. ТИНРО. Т. 153. С. 387-392.
7. Габрюк В.И., Габрюк Л.А. Моделирование ярусных рыболовных порядков при наличии течений / СВИДЕТЕЛЬСТВО об отраслевой регистрации разработки № 10226, зарегистрировано в отраслевом фонде алгоритмов и программ, 21 марта 2008
8. Габрюк Л.А. 2009. Компьютерное моделирование горизонтальных ярусов :

Уч. пос. Владивосток: Дальрыбвтуз. 110 с.

9. Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 2007. Особенности моделирования ярусных систем. // Тезисы доклада. XXXI Научно-методическая конференция «Интеграция вузов в международное образовательное пространство». Владивосток: МГУ. 2007. С. 182.
10. Габрюк В.И., Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 1989. Разработка систем автоматизированного проектирования траловых комплексов. Информационная карта (ИК) инв. № 02900050438. Владивосток: Дальрыбвтуз.
11. Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 2000. Современная разработка компьютерных систем на примере учебной системы. // Научные труды Дальрыбвтуза. Вып. 13. Владивосток: Дальрыбвтуз. С. 79-84.
12. Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 2007. Методология математического моделирования рыболовных систем. // Сборник научных трудов Дальрыбвтуза. С. 24-27
13. Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 1999. Компьютерные технологии на морском транспорте рыбного хозяйства: Уч. пос. рекоменд. УМО для студентов технических вузов региона. Владивосток: Дальрыбвтуз. 70 с.
14. Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 1999. Новые информационные технологии на морском транспорте. Владивосток: Дальрыбвтуз. 56 с.
15. Здорова Л.А. (Габрюк Л.А.). 2006. Методология дизайна в морском университете // Транспортное дело России. № 11. С. 39-45.