Geum.ru

Приводятся различные методы расчета траловых систем и их элементов с применением объектно-ориентированного подхода

Вид материалаДокументы

Содержание


Список использованных литературных источников
Подобный материал:
УДК 639.2.081


Методы численного моделирования траловых систем


Е.В. Осипов*


*ФГОУ ВПО «Дальневосточный технический рыбохозяйственный университет», 690087, г. Владивосток, Луговая, 52Б. E-mail:oev@mail.ru


Приводятся различные методы расчета траловых систем и их элементов с применением объектно-ориентированного подхода. Основное внимание уделено разработке единого подхода к моделированию как траловой системы в целом, так и отдельных ее элементов.


моделирование, траловые системы, объектно-ориентированный подход


ВВЕДЕНИЕ

Методы численного моделирования в промышленном рыболовстве в последние годы получили широкое развитие в работах [1 – 9]. В зависимости от условий задачи используются различные детализации траловой системы при её моделировании. Возможна большая степень детализации: на трал, детали оснастки, системы раскрытия устья, траулер. Кроме этого, при моделировании может рассматриваться траловая система в целом.

Совершенствование методов моделирования элементов траловой системы необходимо при решении задач их проектирования и конструирования. В этом случае рассматриваются внешние параметры как входные, а моделируются внутренние характеристики элементов.

Методы моделирования траловых систем необходимы при решении задач настройки и управления их движением – задач динамики. Также они применяются для проверки эффективности проектных решений элементов траловой системы.

В настоящее время для всех этих случаев используются различные подходы, однако для большинства задач, связанных с численным моделированием траловых систем и их элементов, можно использовать общие методы, основанные на единой программной реализации.


МЕТОДЫ

Для решения ряда задач моделирования рыболовных систем в работе [10] предложен объектно-ориентированный подход, базирующийся на общей библиотеке программных модулей (классах объектов), с помощью которых можно комплектовать различные рыболовные системы, а также их элементы. Использование программных модулей определяется в рамках кластеров задач, распределенных в зависимости от условий функционирования рыболовных систем и исследования процессов их работы. На рис. 1 приведена диаграмма классов элементов рыболовных систем.

Применение программных модулей для каждой рассматриваемой рыболовной системы заключается в разбиении ее на элементы, которые описываются этими модулями, и соединении их посредством интерфейсных частей путем передачи параметров от одних элементов к другим. Для эффективного решения задачи моделирования рассматриваемая система должна быть четко документирована – составлена диаграмма объектов и описаны потоки информации (входные и выходные параметры объектов), определены варьируемые параметры системы, которые для некоторых кластеров задач обеспечивают ее равновесное состояние. Состояние устойчивости параметров траловой системы является необходимым условием при облове большинства гидробионтов, это в первую очередь относится к раскрытию устья трала и достижению соответствующей глубины хода.




Рис. 1. Классы элементов орудий рыболовства и типы узловых соединений:

а – два входных каната и два выходных; б – два входных каната и один выходной


Применение данной методики позволяет компоновать законченные составные элементы рыболовной системы и в дальнейшем рассматривать их в качестве объектов, которые взаимодействуют с другими объектами в системе за счет передачи параметров. Диаграмма программных классов объектов рыболовных систем приведена на рис. 2.

Таким образом, создается многоуровневая система абстракций, что позволяет ясно понимать поведение системы при ее численном моделировании, эффективно отлаживать программную систему как по отдельным блокам, так и в целом.

В качестве интерфейсных параметров при взаимодействии один объект передает другому следующие характеристики в текущей точке их соединения: – натяжение, – угол атаки, – угол крена плоскости потока, , , – координаты.

Важной особенностью предлагаемого подхода к численному моделированию является включение в программные модули графической визуализации элементов с предоставлением графического контекста, на котором обрисовывается элемент рыболовной системы.





Рис. 2. Иерархия классов рыболовных систем [11]


Для применения объектно-ориентированной методики численного моделирования траловых систем (рис. 3) разобьем их на элементы с уровнями абстракций (рис. 4) в соответствии с иерархией классов (рис. 2).



Рис. 3. Траловые системы: 1 – трал; 2 – ваер; 3 – кабели; 4 – устройства раскрытия трала горизонтальные (УРГ)


Можно заметить, что такой элемент, как трал, является сложным составным объектом системы. Моделирование этого объекта интересно при решении задач проектирования тралов. Поскольку он состоит из значительного количества элементов (гибких нитей и узловых соединений), различных типов оснастки, то для моделирования такой системы необходима специальная программа для ввода чертежа трала. Однако для моделирования траловой системы в целом достаточно иметь результаты моделирования трала, которые в качестве параметров передаются другим объектам системы.





Рис. 4. Элементы траловых систем с уровнями абстракций


В зависимости от соединения со следующим элементом параметры будут различными. Необходимо найти:

- для системы бим-трала значения , , , , , в двух точках соединения с бимом;

- для траловых систем, у которых горизонтальные распорные устройства соединяются с крылом трала, значения , , и массивы значений координат x, y, z в соединениях с УРГ;

- для других типов траловых систем значения , , , , , в четырех точках.

Другие элементы траловых систем являются непосредственно экземплярами классов рыболовных систем (см. рис.2, 4), поэтому их моделирование не вызывает сложностей при составлении блок-схем взаимодействия объектов.

Таким образом, составим диаграммы объектов (рис. 5) для траловых систем, показанных на рис. 3. Внешними параметрами, вводимыми в систему моделирования любой траловой системы, являются характеристики среды: плотность и кинетическая вязкость , а также скорость буксировки. Такой объект, как судно (блок 6), имеет структуру, содержащую параметры ваерных блоков (расстояние между блоками и высота их над уровнем моря) и тягово-скоростную диаграмму. Управление моделированием обеспечивается путем проверки условия попадания ваеров в ваерные блоки с определенной погрешностью , в этом случае используется вычислительный класс «Recurrent»; если условие не соблюдается, то меняется раскрытие трала и процесс моделирования производится заново. Также происходит проверка на условие возможности буксировки трала судном, при этом тоже применяется вычислительный класс «Recurrent». В случае близнецовой траловой системы в блоке 6 используется информация о параметрах ваерных блоков каждого судна и вводится переменная – расстояние между судами.





Рис. 5. Диаграммы объектов: 1 – трал; 2 – УРГ; 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 – кабели;

4 – узловое соединение; 5 – ваер; 6 – судно;

пунктиром показана ветвь управления моделированием


На основе этих диаграмм легко построить схемы взаимодействия объектов многотраловых систем, имеющих значительное количество соединений канатов.


РЕЗУЛЬТАТЫ

Применение объектно-ориентированной методики для моделирования различных типов траловых систем показало эффективность ее использования. Прежде всего, разработка схем существующих типов траловых систем занимает минимальное время. Готовая библиотека программных модулей позволяет исследователю комплектовать систему моделирования в короткое время.

Такая система может использоваться для настройки траловой системы на промысле, результаты этих исследований опубликованы в работах [10, 11]. Также подобные системы можно применять для определения проектных параметров при разработке каждого элемента траловой системы (рис. 5).

Так, при проектировании гибких распорных устройств для горизонтального раскрытия трала (ГРУ) на основе диаграмм объектов (рис. 5) была создана система моделировании траловой системы с ГРУ, блок-схема элемента 2.1 и 2.2 показана на рис. 6. Как можно заметить, схема соединения элементов 2.1 и 2.2 отличается от схем, приведенных на рис. 5, это связано с тем, что ГРУ являются гибкой системой в отличие от траловых досок, поэтому расчет параметров, передаваемых в элементы 5.1 и 5.2, осуществляется через узловые соединения 4.1, 4.2. Результаты моделирования, связанные с расчетом площади ГРУ, приведены в таблице.




Рис. 6. Диаграммы объектов траловых систем с ГРУ


Таблица. Результаты моделирования траловой системы с ГРУ

Тип трала
111/786
118/620
130/810
108/450
54.4/192
80/396
119/450

Проектное горизонтальное раскрытие
90
70
70
60
35
45
40

Проектное вертикальное раскрытие
80
60
65
50
35
40
40

Площадь ГРУ

V=1 уз
32,4564
15,56827
15,35623
12,1848
4,402366
9,612143
9,532601

V=2 уз
30,92281
14,00541
13,20929
11,00303
4,1707
9,137818
9,046999

V=3 уз
30,83862
13,91686
13,08451
10,9362
4,157943
9,111747
9,020283

V=4 уз
30,82443
13,9019
13,06339
10,92492
4,155792
9,107353
9,01578

V=5 уз
30,82055
13,89781
13,05762
10,92184
4,155204
9,106151
9,014549


Как можно заметить (таблица), на скорости больше 1 уз происходит медленное изменение площади ГРУ в сторону её уменьшения. Для трала РТ111/786 проектные значения завышены.


ВЫВОДЫ

Предложенная методика численного моделирования траловых систем, основанная на объектно-ориентированном подходе, позволяет достаточно быстро создавать системы моделирования различных типов траловых систем. Такие системы моделирования позволяют решать задачи настройки (эксплуатационные) и проектирования, меняя потоки управления.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. Габрюк В.И., Кулагин В.Д. Механика орудий рыболовства и АРМ промысловика. -М.: Колос, 2000. – 416 с.
  2. Недоступ А.А. Обоснование метода расчета сетных орудий рыболовства на основании дискретной модели //Международная научно-практическая конференция, посвященная 85-летию со дня рождения Заслуженного деятеля науки и техники Российской Федерации Фридмана Александра Львовича и 95-летию со дня основания кафедры промышленного рыболовства. – Калининград: КГТУ, 2010.- С. 266 – 275.
  3. Розенштейн М.М. Проектирование орудий рыболовства: учебник для высших учебных заведений. - Калининград: КГТУ, 2009. – 367 c.
  4. Розенштейн М.М. САПР технических средств рыболовства. – Калининград: КГТУ, 2008. – 127 с.
  5. Розенштейн М.М. Методы оптимизации. – Калининград: КГТУ,
    2008. – 88 с.
  6. Розенштейн М.М. Механика орудий рыболовства. – Калининград: УОП КГТУ, 2000. – 363 с.
  7. Winther M., Hansen K., and Olhoff N., "Optimization-based analysis of cable nets for fishing", presented at 7th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO-7), Seoul, Korea, 2007, pp. 339-348.
  8. Priour D., "FEM modeling of flexible structures made of cables, bars and nets", in Maritime Transportation and Exploration of Ocean and Coastal Resources, G. Soares, et al., Eds. London: Taylor & Francis Group, 2005, p. 1285-1292.
  9. Альтшуль Б.А. Математическая теория нестационарного движения траловых систем // Международная научно-практическая конференция, посвященная 85-летию со дня рождения Заслуженного деятеля науки и техники Российской Федерации Фридмана Александра Львовича и 95-летию со дня основания кафедры промышленного рыболовства. – Калининград: КГТУ, 2010.- С. 290 – 293.
  10. Осипов Е. В. Объектно-ориентированные методы расчета орудий рыболовства: монография. – Владивосток: ТИНРО–Центр, 2009. – 89 с.
  11. Осипов Е.В. Проектирование орудий рыболовства: учеб. пособие. –Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2005.- Ч. I. – 45 с.



METHODS OF NUMERICAL MODELLING OF TRAWLING SYSTEMS


E.V. Osipov


Various methods of calculation of trawling systems and their elements with application of the object-oriented approach are resulted. The basic attention is given working out of the uniform approach to modeling both trawling system as a whole, and its separate elements.


modeling, trawling systems, the object-oriented approach


Осипов Евгений Валерьевич, к.т.н., доцент кафедры промышленного рыболовства, ФГОУ ВПО «Дальневосточный технический рыбохозяйственный университет», 690087, г. Владивосток, Луговая 52Б. E-mail:oev@mail.ru