Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

357
1

Transcript of Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

Page 1: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

1

Page 2: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

2

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ФГУП «ВНИРО»)

Page 3: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

3

D.E. Levashov

MODERN RESEARCH VESSELS and

their equipment for fishery investigations

Page 4: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

4

Moscow • VNIRO Publishing • 2010

Д.Е. Левашов

СОВРЕМЕННЫЕ СУДА и судовое оборудование для

рыбопромысловых исследований

Page 5: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

5

Москва • Издательство ВНИРО • 2010 УДК: 629.12.01/.06

Рецензенты: д-р техн. наук. проф. С. И. Логачев академик РАЕН В В. Сапожников академик РАН Г. В. Смирнов

Научный редактор: Е. А. Яковленков Оформление обложки: Д.Е. Левашов Cover design: D.E. Levashov

Левашов Д. Е. ЛЗЗ Современные суда и судовое оборудование для рыбопромысловых исследований.— М.: Изд-во ВНИРО. 2010. — 400 с.

В монографии рассмотрены основные вопросы, касающиеся создания нового поколения

НИС для рыбопромысловых исследований. С учетом Рекомендаций ИКЕС № 209 по снижению уровня судовых шумов, излучаемых в воду, проанализированы шумовые характеристики наиболее известных судов и причины, обусловившие их достоинства и недостатки. Обобщены условия снижения уровня шума, требуемые при проектировании НИС нового поколения. Приведены примеры зарубежной нормативно- юридической базы в отношении снижения уровня судовых шумов.

Систематизировано основное судовое научное оборудование, в том числе используемое для тралово-акустических съемок и океанологического обеспечения промысла. Приведены ТТД на современные модели оборудования.

Подробно рассмотрен состав и приведены примеры основных вариантов конфигурации научных палубно-лабораторных комплексов. Описаны устройство и особенности практически всех судов нового поколения, построенных в период 1998—2007 годов. Дополнительно рассмотрен ряд судов (в том числе с учебно-тренировочными функциями), построенных без учета Рекомендаций ИКЕС или построенных ранее, но представляющих интерес для проектантов в отношении научных палубно-лабораторных комплексов, причем приводимые примеры сгруппированы по национально-географическим школам проектирования НИС — Европа. США и Восточная Азия. Приведены продольные разрезы и палубные планы более 50 судов.

В приложении дан краткий алфавитный иллюстрированный указатель-справочник на 230 судов, построенных за рубежом в последние двадцать лет и используемых для рыбопромысловых исследований.

Монография предназначена для инженеров и конструкторов, занимающихся разработкой научно- исследовательских судов, и может быть полезной для научных сотрудников в области

Page 6: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

6

промыслового рыболовства. океанологии и смежных дисциплин. Монография может использоваться в качестве пособия для студентов, аспирантов и преподавателей учебных заведений, связанных с изучением Мирового океана и освоением его ресурсов.

Табл. 17. Ил. 277+230 (прил.) Библ 142 назв.

Levashov D. Е. Modern research vessels and their equipment for fishery investigations.— M.: VNIRO

Publishing, 2010 - p. 400

The main problems concerning design of new generation of scientific research vessels lor fishery investigations are considered. The noise characteristics for the most known vessels as well as the reasons for their merits and demerits are analyzed taking into account ICES Recommendations No. 209 to reduce the level of vessel noise radiated into the water. The conditions are summarized for the vessel noise reduction required by the design of a new fishery research vessels generation. The examples of foreign regulatory and legal framework on reducing ship noise are given. The main ship's scientific equipment is systematized including those used for trawl-acoustic surveys and oceanological support of fishing. The main characteristics of the modern models of equipment are given as well. The composition of scientific laboratory deck complexes is discussed in detail and the examples of their design are given. Construction and features are considered for nearly all vessels of new generation designed ana built during 1998—2007. In addition the previously built vessels still being of interest for designers are performed. The examples are grouped according to the national-geographical schools in ship's design — Europe, the USA and East Asia. Longitudinal section and deck plans lor nearly 50 vessels are presented. The annex provides brief illustrated alphabetical guideline for 230 vessels built abroad during the past 20 years and used for fisheries research. ISBN 978-5-85382-395-2

The book is intended for engineers and designers dealing with the development of research vessels and is useful for researchers in the field of fishery, oceanology and related branches of knowledge. The book can be used as a manual by students, post-graduate students and teachers in the educational establishments related to the study of the World Ocean and the development of its resources. ISBN 978-5-85382-395-2

©Д.Е.Левашов, 2010 © Издательство ВНИРО, 2010 © D.E. Levashov. 2010

© VNIRO Publishing, 2010

Page 7: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

7

Предисловие Предлагаемая Вашему вниманию монография написана автором в исключительно

подходящее время — именно сейчас решаются актуальные вопросы обновления отраслевого научно-исследовательского флота. И появление насыщенной информацией и прекрасно иллюстрированной книги о современных судах для рыбопромысловых исследований и их оборудовании является значительным и чрезвычайно своевременным событием для инженеров и конструкторов, занимающихся проектированием и строительством таких судов. Востребована монография будет и заказчиками новых судов — будущими участниками экспедиций — научными сотрудниками, работающими в области океанологии и промышленного рыболовства, а также студентами и аспирантами родственных специальностей.

Не вдаваясь в само содержание монографии, которое достаточно подробно рас-крывается в реферативных данных на книгу и в авторском предисловии, хотелось бы остановиться на особенностях личности самого автора, что значительно повлияло на суть и характер содержания книги.

Итак, поступив в 1966 году в Калининградское Высшее инженерное морское училище МРХ СССР (ныне БГАРФ) автор навсегда связал свою творческую деятельность с рыбохозяйственной отраслью, где трудится уже почти 45 лет (исполнится в 2011 г). Большая часть этого периода пришлась на разработку и внедрение новой отечественной и зарубежной океанологической аппаратуры. Работая во ВНИРО, автор испытывал эту аппаратуру в многочисленных морских и океанских научных экспедициях, что одновременно дало возможность изучить устройство и особенности эксплуатации наиболее распространенных типов отраслевых и академических НИС. Участие в международных научно-практических конференциях и совместных исследованиях позволило автору ознакомиться и с рядом зарубежных научных судов. Представление же об особенностях процесса строительства судов автор получил еще сразу после училища, занимаясь приемкой судов отраслевого новостроя на отечественных и зарубежных верфях.

Таким образом, многогранный характер деятельности автора дал ему уникальную возможность подойти к построению книги одновременно с разных позиций. То есть, анализируя особенности современных судов и их оборудования, автор пытается рассматривать их как с позиций инженера-кораблестроителя, так и с позиций океанолога- исследователя, что не часто встречается в подобной литературе. Надо отметить, что это ему удалось.

И, наконец, книгу отличают от привычного стиля монографий легкость изложения, близкая к художественной литературе, элементы популяризации (истории названий и династий судов) и даже иногда детективного жанра (история строительства первого БМРТ), что в значительной степени, как я надеюсь, расширит круг читателей.

Вместе с тем, конечно, необходимо отметить и слабые стороны монографии, на-пример, раздел, посвященный промысловому оборудованию, следовало бы сделать более подробным и, возможно, с привлечением специалистов в этой области, как это сделано с разделом, посвященным гидроакустике. Однако здесь уже, вероятно, начинается та граница, которая отличает монографию от коллективного труда. И, возможно, в будущем такой более обширный коллективный труд, например под названием «Энциклопедия технических средств и инструментальных методов в рыбопромысловых исследованиях», во ВНИРО и будет написан, но это уже будет совсем другая книга, а посему мы предлагаем Вам открыть следующую страницу данной монографии и самому оценить предлагаемый здесь труд.

И. о. директора ВНИРО Доктор биологических наук А. Н.

Макоедов

Page 8: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

8

От автора

Вышедшая в 2008 году книга «Новое поколение судов для рыбопромысловых исследований» была положительно встречена читателями и в первую очередь,— инженерами-судостроителями. Благодаря тому, что появление книги было приурочено к началу общероссийской компании по возрождению научно- исследовательского флота и подготовке конкурсной документации к государственным заказам на проектирование новых отечественных исследовательских судов, причем не только в рыбохозяйственной отрасли, тираж ее быстро разошелся.

Однако, наряду с многочисленными положительными откликами на эту книгу, мы получили ряд замечаний и серьезных предложений, которые, как надо справедливо отметить, оказались не безосновательными.

В связи с этим и встал вопрос о переиздании книги с учетом дополнительной информации по вопросу проектирования и строительства научно-исследовательских судов нового поколения.

В первую очередь это касается состава и функционирования палубно- лабораторного и аппаратурного комплексов, как на дрейфовых станциях, так и на ходу судна. При личном общении с представителями судостроителей выяснилось, что вопросы современных технологий и техники исследований океана в настоящее время им мало знакомы. Действительно, литература на эту тему за последние 20 лет издавалась редко, а имеющаяся предназначена для специалистов-океанологов и не всегда понятна судостроителям.

Второе немаловажное предложение, которое в какой-то степени можно считать и замечанием — это желание ознакомиться с большим количеством реальных примеров палубно-лабораторных комплексов, разработанных при проектировании судов, построенных за последние 20 лет, пусть даже и не относящихся к новому поколению. Имелись и другие, менее значительные, но также существенные пожелания.

Таким образом, реализуя пожелания читателей, была проведена систематизация основного судового научного оборудования, в том числе используемого для тралово-акустических съемок и океанологического обеспечения промысла. Приведены ТТД на современные модели научных приборов и оборудования. Подробно рассмотрен состав и приведены примеры основных вариантов состава и конфигурации научных палубно-лабораторных комплексов.

Дополнительно к ранее описанным НИС рассмотрен ряд судов (в т.ч. с учебно- тренировочными функциями), построенных без учета Рекомендаций ИКЕС или построенных ранее, но представляющих интерес для проектантов в отношении научных палубно-лабораторных комплексов. Приводимые примеры сгруппированы по национально-географическим школам проектирования НИС — Европа, США и Восточная Азия. Приведены продольные разрезы и палубные планы более 50 судов.

Такой подход получил одобрение и уважаемых рецензентов — академика РАН Г. В. Смирнова и д.т.н. проф. С. И. Логачева, которые рассматривали и предыдущее издание, и к которым в качестве третьего рецензента присоединился академик РАЕН В. В. Сапожников. В работе над книгой для такого широкого охвата вопросов пришлось привлечь специалистов ВНИРО, а также ряд специалистов рыбохозяйственной и судостроительной отраслей, за что автор выражает им глубокую благодарность и признательность. Наиболее весомым был вклад к. т.н. Гончарова С. М.— зав. лабораторией методов и средств гидроакустических съемок биоресурсов

ВНИРО (соавтор раздела 3.2) и главного специалиста 4-го отдела (исследований стратегического развития флота) Гипрорыбфлота Яковленкова Е. А., который кроме

Page 9: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

9

соавторства (в разделе 2.6) взял на себя труд редактирования всей рукописи в ее научно-технической части.

Таким образам, в результате существенной переработки и ряда значительных дополнений родилась совершенно новая книга, которая по предложению и.о. директора ВНИРО Макоедова А. Н., была рекомендована к переизданию с новым названием, так как старое уже не отражало ее содержание в полном объеме.

Вместе с тем, считаем целесообразным привести ниже предисловие к предыдущей книге, так как все изложенное в нем не потеряло актуальности и в данное время.

Предисловие к книге «Новое поколение судов для рыбопромысловых исследований»

В 2008 г. Правительство РФ утвердило новую редакцию «Концепции развития

рыбного хозяйства Российской Федерации на период до 2020 г. » и Федеральную целевую программу «Повышение эффективности использования и развитие ресурсного потенциала рыбохозяйственного комплекса в 2009—2013 гг. » (далее ФЦП). Этими документами, в частности, предусматривается существенное увеличение российского вылова водных биоресурсов в основном за счет океанических районов за пределами собственной экономической зоны. Но совершенно очевидно, что достижение намеченных целей без адекватного научного сопровождения не реально.

Вместе с тем, имеющиеся сегодня в отрасли научно-исследовательские суда (НИС) физически и морально устарели, количество их существенно сократилось, что весьма негативно сказалось на объемах и регулярности исследований, и, как следствие, на качестве оценок запасов промысловых гидробионтов и прогнозов их будущего состояния. Одним из направлений ФЦП предусмотрено проектирование и строительство новых НИС для выполнения комплекса научно-промысловых исследований. Конечно, при этом предварительно необходимо определить наиболее востребованные сегодня и завтра типы судов применительно к условиям и сырьевой базе российских морей, а также приоритетных океанических районов. Совершенно очевидно, что для обеспечения сбора первичной информации на уровне мировых стандартов, получения сопоставимых научных результатов, новые суда, которые будут работать, в том числе в конвенционных и открытых районах Мирового океана, должны по своей конструкции и оснащению соответствовать современным международным требованиям.

Однако двадцать лет застоя в отечественном судостроении не прошли бесследно — на сегодняшний день отечественные конструкторские бюро не только не располагают готовыми проектами подобных судов, но и не всегда реально представляют, в чем же заключаются эти «современные международные требования». Впрочем, это вполне понятно — информация о новых судах весьма фрагментарна, эпизодична и разбросана по различным журнальным источникам, материалам конференций, специализированным сайтам Интернета и прочим малораспространенным публикациям.

Учитывая высокую стоимость таких судов-платформ для научных исследований, обусловленную особыми требованиями к их конструкции и архитектуре, а также их насыщенность современной исследовательской аппаратурой, автоматизированным палубным оборудованием и другими научно-техническими устройствами, необходимо предварительно внимательно изучить опыт проектирования и ознакомиться со специфическими конструктивными особенностями новейших зарубежных судов подобного назначения.

Дело в том, что в то время как отраслевой научно-исследовательский флот переживал длительный период застоя, за рубежом, напротив, шло интенсивное строительство новых рыболовных НИС, причем в последнее десятилетие строились преимущественно суда нового поколения. Именно этим судам, их специфическим

Page 10: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

10

особенностям которые и вызвали само появление такого понятия как «новое поколение рыболовных НИС», а также непростым путям создания таких судов посвящена эта книга.

Конечно, как и любой труд подобного плана, эта книга в значительной степени является коллективным трудом. Мне помогало большое число моих коллег из ВНИРО и родственных институтов. Кто нашел необходимые фотографии или уточнил технические данные, кто сообщил свои впечатления, побывав на новом НИС, кто познакомил с зарубежными коллегами — владельцами-пользователями и проектантами новых судов. И все понимали, что делают общее дело — чем удачнее будут спроектированы наши новые суда, тем больше пользы они принесут их родным институтам, причем на весь долгий срок службы судна. Ведь, как говорил легендарному начальнику ОМЭРа Папанину профессор В. А. Водяницкий, будучи директором ИнБЮМа: «Морской Институт без корабля не бывает!». Действительно, помимо прямого назначения НИС, понятие «наш корабль» в какой-то степени является священным для тех, кто хоть раз побывал на нем в океанской экспедиции, а ее состав в дальнейшем является своеобразным объединяющим началом в научном сообществе любого морского института. Я искренне сожалею, что не могу здесь поблагодарить всех, кто помогал мне работать над этой книгой, но хочу отметить хотя бы тех, без кого ее бы просто не было в настоящем виде.

В первую очередь я выражаю глубокую благодарность директору ВНИРО Б. Н. Котеневу, подавшему саму идею написания этой книги и предоставившему возможность ее издания, а также его заместителю по флоту М. Е. Васильеву, профессиональный и критический подход которого значительно повлиял на содержание второй главы. Большую помощь оказали сотрудники Гипрорыбфлота под руководством В. А. Романова, в частности, большую пользу принесли регулярные дискуссии о путях развития отраслевых НИС с зам. главного инженера Э. О. Егоровым. Отдельно, считаю необходимым отметить главного специалиста Е.А. Яковленкова, большой вклад которого в содержание и редактирование книги позволяет мне считать его в какой-то степени своим соавтором. И наконец, выражаю глубокую благодарность уважаемым рецензентам: академику Г. В. Смирнову, долгие годы проработавшему на посту начальника отдела флота РАН, и профессору С. И. Логачеву (ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова), которые взяли на себя труд первыми прочитать и оценить содержание рукописи.

В заключение хотелось бы сказать, что я понимаю несовершенство этой книги, что в значительной степени обусловлено малым числом найденных публикаций — об этом свидетельствует относительно краткий список использованной литературы. В связи с этим, для получения необходимой информации мне пришлось широко использовать Интернет (ссылки на сайты даны в приложении) и непосредственные контакты с зарубежными коллегами, благодарности которым выражены в тексте книги. В то же время, я с благодарностью приму любые замечания и, если изложенные материалы окажутся полезными при создании отечественных НИС нового поколения, я буду считать что моя главная цель достигнута.

Page 11: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

11

ГЛАВА 1. ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ РЫБОЛОВНЫХ НИС, КАК САМОСТОЯТЕЛЬНОГО КЛАССА

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ СУДОВ

На протяжении всего времени изучения Мирового океана основными средствами, используемыми для этой цели, являлись научно-исследовательские суда (НИС) и, несмотря на появление новых технических средств, по общему мнению, они останутся таковыми и в обозримом будущем [Михальцев, 1998]. История НИС насчитывает несколько поколений. Примерно до 60-х годов 20-го столетия НИС рассматривались только как платформа для размещения научного персонала и необходимого оборудования. Для этих целей использовались транспортные, рыбо-ловные, вспомогательные и другие суда. Было достаточно только дооборудовать их лебедками для проведения забортных работ и выделить каюты для научных сотрудников, поэтому в этот период проектирование НИС, как отдельного типа судов, вообще не велось.

Такое положение оставалось до тех пор, пока продолжались океанографические исследования общего плана, а используемое научное оборудование было достаточно простым и не требовало специальных условий для его применения. Со временем, в результате расширения фронта исследований и выделения специализированных направлений в океанографии со своими собственными методами исследований и сложной многофункциональной аппаратурой, оказалось, что такие дооборудованные суда для исследовательских целей уже не всегда подходят.

В связи с этим, начиная с 60-х годов, все ведущие морские страны стали создавать НИС по специально разработанным проектам, т.е. появилось второе поколение научно-исследовательских судов, причем уже как новый конструктивный класс судов. Одновременно в составе мирового исследовательского флота стала наблюдаться тенденция к снижению числа океанографических судов универсального назначения и к повышению количества и разнообразия специализированных НИС (Крупное, 1979). Несмотря на различия в конструктивных особенностях и в составе основного оборудования, в основу практически всех НИС, как правило, брались любые подходящие проекты, позволяющие разместить необходимое оборудование и научных сотрудников, а также удовлетворяющие требованиям по мореходности и автономности. В качестве прототипов могли использоваться пассажирские, транспортные, рыболовные, вспомогательные и другие суда.

Однако здесь, как и в любом правиле, имеются исключения: суда, предназначенные для промысловых исследований, в силу своей специфики обязательно должны быть добывающими, что предопределяет их архитектурно- конструктивный тип. В результате, практически везде в мире такие НИС строятся или на основе доработанных проектов реальных промысловых судов, или по оригинальным проектам, но с учетом применения современных технологий промышленного рыболовства.

В отечественных нормативных документах эти суда имеют много названий: научно-рыболовные суда, научно-поисковые суда, научно-промысловые суда и т. п. Не вдаваясь в дискуссию о более правильной формулировке, мы предлагаем в данном издании называть все НИС, имеющие возможность осуществлять лов рыбы с применением промышленных орудий лова «рыболовными НИС», тем более это будет наиболее точный перевод устоявшегося за рубежом названия этого класса судов «Fishery (или Fisheries) Research Vessel — FRY».

1.1. Короткие экскурсы в историю создания отечественных рыболовных научно-исследовательских судов

История создания отечественных рыболовных научно-исследовательских судов уже

насчитывает более 100 лет. Однако наибольший интерес в этой истории представляют три периода: первые отечественные научно-рыболовные суда, появление больших исследовательских судов для поиска и освоения океанских промысловых районов, а также последние построенные суда и невоплощенные проекты.

Page 12: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

12

1.1.1. Первые шаги Традиционно историю отечественного научного флота начинают с 20-х годов прошлого

столетия, со знаменитого «Персея». Однако еще Российская Империя имела исследовательский флот, отвечающий потребностям морской науки того времени (Игнатьев, 1999.).

Итак, начало отечественных промысловых исследований относится к концу XIX века, когда в 1899 г. в промысловые районы Баренцева моря вышел пароход «Андрей Первозванный», оснащенный необходимыми научными приборами. Большую роль здесь сыграл известный русский ученый-океанолог Н. М. Книпович, который добился постройки специального научно-исследовательского судна, послужившего впоследствии образцом для подобных судов в западноевропейских странах [Лайус, 1995]. Судно было построено в 1899 году по заказу российско-го правительства в Германии. Длина наибольшая — 46 м.( ширина — 7,9 м., мощность паровой машины — 328 кВт., скорость — 11 узлов. Базировалось судно в Екатерининской бухте Александровска (ныне г. Полярный)

В отличие от зарубежных, а также некоторых российских ученых, Книпович считал «морскую науку базой для рациональной постановки промыслового дела» и справедливо полагал, что «детские орудия лова зоологических работ» не обеспечивают успехов изысканий. Предполагалось создавать мореходные исследовательские суда, оборудованные «сильными рыбацкими орудиями». Только при соблюдении этих условий научные результаты могли бы представлять интерес для рыбаков-практиков. Этим условиям и отвечал «Андрей Первозванный» — предположительно первое в мире специализированное

Рис. 1.1. «Андрей Первозванный» — предположительно первое в мире рыболовное НИС

рыболовное научно- исследовательское судно. Фактически «Андрей Первозванный» был родона-чальником особого класса исследовательских, научно-промысловых и научно- поисковых судов (НПС) [Игнатьев, 1999.].

Н. М. Книпович сумел оснастить судно самыми современными по тому времени приборами и орудиями лова. Большим преимуществом судна был установленный на нем трал (траловое промысловое вооружение) новейшей конструкции. В мае 1899 г. было проведено первое траление, а впоследствии возможность тралового лова была доказана для разных районов Баренцева моря (Лайус, 1995). Имеется свидетельство В. П. Блинова (Блинов, 1918], автора статьи

Page 13: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

13

о походе эскадренных броненосцев «Цесаревич», «Слава» и крейсера «Богатырь» в Северный Ледовитый океан в 1906 году, о посещении научного судна «Андрей Первозванный»:

«Пароход научно-промысловой экспедиции Андрей Первозванный представляет собою точную копию тех бесчисленных пароходов — траулеров, которые занимаются ловлей рыбы на Доггер-банке. Судно длиной около 150 фут и с осадкой 12—14 фут, снабжено паровым двигателем, дающим ему возможность передвигаться со скоростью до 10—11 узлов. Благодаря устройству специальной лебедки на корме парохода, все манипуляции с тяжелым тралом производятся при помощи всего 4—5 человек. За каждый рейс такой траулер, промышляющий в Немецком море, вылавливает рыбы на сумму от 5 до 15 тысяч рублей. Какую же выручку можно получить с такого парохода у нас, на севере, где рыбы неизмеримо больше чем на Доггер-банке?» Однако русские промышленники и царское правительство в то время не проявили

интереса к развитию отечественного тралового флота. На Севере до революции добывали рыбу всего 4 наших траулера. На Дальнем Востоке первый русский траулер появился лишь в 1911 году. Вскоре начавшаяся мировая война привела к тому, что траловый промысел в России прекратился.

Важнейшими же научными результатами экспедиций на «Андрее Первозванном» можно считать отработку методики проведения гидрологических наблюдений на разрезе «Кольский меридиан», впервые был сделан вывод о связи распределения и миграций промысловых рыб в Баренцевом море с теплыми течениями, а также открыты для промысла Кильдинская и Канинская банки.

Следующей знаменательной вехой на пути становления и развития отраслевого научно-исследовательского флота (НИФ) как раз и является тот знаменитый «Персей» (рис. 1.2). И если «Андрей Первозванный» был построен в первую очередь, благодаря Н.М. Книповичу, то строительство «Персея» целиком и полностью заслуга Ивана Илларионовича Месяцева, бывшего в то время директором «Плавморнина». Именно Месяцев, гидробиолог, профессор Московского университета, а по существу — главный организатор Плавучего института, обследуя Архангельские затоны на Северной Двине, обнаруживает недостроенную бесхозную шхуну со звучным именем «Персей» [Шумилов, 1997].

Корпус «Персея», почти однотипный с прославленным «Фрамом» возможно был, не так уж красив, но зато сработан очень прочно и по всем статьям вполне подходил для института, но пока это был только корпус. Необходимое для «Персея» палубное оборудование — брашпили и лебедки, кнехты, компасы и тросы, находили на уже отслуживших свой век пароходах. Главную машину и паровой котел подняли с затонувшего буксира, а рулевую машину забрали со списанного миноносца.

И вот «Персей» наконец-то достроен — при водоизмещении судна 550 тонн осадка с полным грузом была порядка трех метров. Главный двигатель позволял развивать скорость до семи с половиной узлов. Кроме того, «Персей» имел вспомогательное парусное оснащение. Судно было оборудовано паровой траловой лебедкой, а для забортных работ имелись несколько электрических лебедок. Научный состав численностью до 16 человек имел возможность работать в семи лабораторных помещениях (Васнецов, 1974]. Крепкий корпус, усиленный поясом из дубовых досок, позднее позволил «Персею» плавать во льдах, а небольшая осадка — безбоязненно подходить к берегу. И хотя его автономность (по запасам угля и пресной воды) была маловата, всего семнадцать суток, по существу полукустарный опыт создания экспедиционного судна оказался удачным.

19 августа 1923 года «Персей» под руководством И. И. Месяцева вышел в первый рейс. И с тех пор, по 1941 год он совершил 91 рейс в Белое, Баренцево, Карское и др. северные моря, выполнив 5525 научных станций. Для многих ученых он послужил настоящим морским университетом — Л. А. Зенкевич, В. В. Шулейкин, В. Г. Богоров, С. В. Обручев, С. В. Бруевич, М. В. Кленова, А. А. Шорыгин и Б. К. Флеров. Эти фамилии знакомы нам уже как академики, профессора — корифеи морских наук. Конечно, не все участники тех далеких экспедиций достигли подобных высот в науке. Но все остались навсегда верными морю и «Персею».

Page 14: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

14

Рис. 1.2. Внешний вид и продольный разрез НИС «Персей»

Первый «Персей» погиб в самом начале Великой Отечественной войны под бомбами

фашистских самолетов, когда он следовал с грузом продовольствия и медикаментов, но на мачтах кораблей научно-исследовательского флота нашей страны по-прежнему развевается синий флаг с семью звездочками созвездия Персея.

1.1.2. Становление и расцвет научно-иледовательского флота минрыбхоза СССР

Следующий важнейший этап в развитии отраслевого НИФ датируется началом 60-х

годов XX века, когда необходимость проведения масштабных научных исследований в океанских рыбопромысловых районах предопределила строительство серийных научно-промысловых судов (НПС) на основе принципиально новых больших морозильных рыболовных траулеров (БМРТ) с кормовым тралением.

Здесь стоит заметить, что еще в середине 50-х годов началось повсеместное строительство первых больших рыбопромысловых судов кормового траления, родоначальниками которых являлись БМРТтипа «Пушкин», а потом и БМРТ «Маяковский» (пр. 394). Однако начало истории их создания датируется серединой прошлого, а может и позапрошлого века и может служить сюжетом для детектива.

Page 15: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

15

В официальной советской историографии сведения о разработке кормовых траулеров весьма скупы и отрывисты. Утверждается, что лов рыбы тралом с кормы впервые был осуществлен в 1944 году на Дальнем Востоке с парусно-моторной шхуны «Южная» [Костычев, 1973]. Разработка же проекта кормового сейнера-траулера впервые началась в Рыбосудопроекте (ныне Гипрорыбфлот) под руководством А.Ф. Юдинцева [Этапы..., 1996). Исследования, проведенные в 1947—1950 годах на Мурманской экспериментальной базе и на специально построенном для кормового траления малом рыболовном траулере «Новатор», подтвердили преимущество кормового траления. Опыт эксплуатации этого судна позволил разработать технические требования для траулера такого типа, которые были переданы английским, немецким и российским проектантам. На базе этих требований в Германии (ФРГ) были спроектированы и построены БМРТ типа «Пушкин», а в СССР — БМРТ типа «Маяковский».

Вместе с тем, разыскивая более подробную информацию по этому поводу, я обнаружил на англоязычных сайтах Интернета отдельные фрагменты интересной истории. И вот, сложив своеобразный пазл, предлагаю ее (в сокращенном варианте) вниманию читателя.

Итак, в 1851 году в Шотландию переезжает некий норвежский гражданин Кристиан Салвесен (Christian Salvesen), основавший семейную компанию, которая в начале 20-го века становится крупным владельцем китобойного флота. В 1913 году в компании впервые создается китобаза с кормовым слипом, по которому киты затягиваются вовнутрь для переработки. Однако, в 30-х годах во время мировой депрессии китобойный бизнес пошел на спад, а с началом Второй мировой войны флот судовладельца был реквизирован для военных целей. И тогда компания начала поиск нового послевоенного поля деятельности в области добычи мо- репродукции [Campbell, 1995].

Сразу после окончания войны, после первых успешных экспериментов с кормовым тралением, проведенных на дооборудованной для кормового лова паровой яхте «Oriana» (1896 г. постройки), покупается списанный паровой минный тральщик «Felicity» ВМФ Великобритании длиной порядка 225 футов. Корабль отправляется на судоверфь Fairfield Shipyard близ Глазго, где на нем устраивается кормовой слип (по опыту китобаз) и устанавливается оборудование для кормового траления. В 1947 году судно уже в составе флота Салвесена и под новым названием «Fairfree» приступает к экспериментальному лову в Северном море. Траления, с перерывами на ремонты, в том числе на замену паровой машины на дизели мощностью 2500 л. с. в 1949 г., продолжаются до 1951 года Результаты работы траулера оказались более чем поразительными. Эксперимент прошел настолько удачно, что полученной информации оказалось достаточно для проектирования и постройки принципиально нового судна — первого в мире большого морозильного траулера-рыбзавода (БМРТ по классификации СССР) водоизмещением порядка 3500 тонн и мощностью дизельной установки 2200 л. е., заказ на который размещается на судоверфи в Абердине. Спуск корпуса состоялся в 1953, а сдача судна в 1954 г. Первоначально судно было названо «Fairtry», но позже было переименовано в «Fairtry I» в связи с тем, что компания в 1959—1960 гг. построила еще два БМРТ — «Fairtry II» и «Fairtry III». Кстати, эти суда строились по иному проекту и, в отличие от первого судна, имели дизель-электрическую силовую установку с суммарной мощностью дизелей более 4000 л. е., а также несколько иную промысловую схему.

В СССР внимательно следили за этим экспериментом и с результатами были знакомы. По некоторым данным, после закладки первого БМРТ в Абердине компанией Салвесен проект этого судна был продан в интересах СССР, где он реализовался через 2 года в виде БМРТтипа «Пушкин» в Киле, и чуть позже в БМРТ типа «Маяковский» на отечественных судостроительных заводах. Эта версия подтверждается наличием на первых судах серии «Пушкин» запатентованной траловой схемы аналогичной британской, от которой отказались на последующих судах этой серии, а также тем, что последующие два БМРТ британская компания, как уже указывалось выше, строила по другому проекту.

Page 16: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

16

Конечно, сейчас сложно судить какая из этих двух версий более правильная. Скорее всего, истина где-то посредине, а идея кормового траления вероятно в то время, как говорится, витала в воздухе. В общем, эти истории ждут своих отдельных исследований, но как бы там ни было, в результате Советский Союз стал первой в мире страной, начавшей серийно строить большие кормовые траулеры.

И именно на базе серийных БМРТ проекта 394 (типа «Маяковский») для изучения сырьевой базы открытых районов Мирового океана в начале 60-х годов была построена серия научно-промысловых судов (НПС) проекта 399 (рис. 1.3), являвшихся первыми отечественными серийными научно-рыболовными судами второго поколения [Сапелов, 2001].

Эти суда были предназначены для проведения комплексных рыбохозяйствен- ных исследований в области поиска рыбы, гидроакустики, океанологии, гидрологии, гидробиологии, ихтиологии и технологии обработки уловов. Для этих целей на них помимо базового оборудования имелись 12 лабораторий общей площадью 110 м2 для проведения научных работ, легководолазная станция с декомпрессион- ной камерой, подводная обитаемая наблюдательная камера, позволяющая проводить подводные визуальные наблюдения на глубинах до 600 м, а также 4 электрических океанографических лебедки [Этапы..., 1996].

Первым было построено 1963 г на судостроительном заводе им. И. И. Носенко (стр.№ 869) в Николаеве (Украина) НПС «Академик Книпович» (рис. 1.3), которое было в 1964 году передано судовладельцу — Всесоюзному научно-исследовательскому институту морского рыбного хозяйства и океанографии, расположенному в Москве. Порт приписки судна был Севастополь. В период с 1964 по 1990 гг. НПС «Академик Книпович» побывал практически во всех промысловых районах Мирового океана, выполнив 25 одних только океанских полу-годовых рейсов.

Рис. 1.3. НПС «Академик Книпович» (пр. 399)

По прошествии нескольких рейсов НПС «Академик Книпович» и доработки

конструкторской документации, начиная с 1967 г по 1970 гг. по этому проекту было построено еще 5 судов («Профессор Дерюгин», «Персей-3», «Скиф», «Аргус» и «Посейдон», стр.№ 1201—1205), но уже на Херсонском судостроительном заводе.

В период 1971 —1973 гг. в состав отраслевого НИФ поступили еще 2 судна, но уже модифицированного проекта 399Б («Ихтиандр» и «Одиссей» стр.№ 1206— 1207), которые помимо научно-исследовательского оборудования базового проекта имели на своем борту глубоководный подводный аппарат (ПА) типа «Север-2» (рис. 1.4).

Page 17: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

17

Рис. 1.4. НПС «Ихтиандр» (пр. 399Б) и ПА «Север-2» Таким образом, всего для рыбопромысловых исследований была построена серия из 8

судов. Здесь стоит упомянуть, что пр. 399 оказался очень удачным и его модификации использовались для строительства как отраслевых учебно- производственных судов (УПС), так и НИС для различных других ведомств.

В 1971/72 гг. к этой серии судов добавилась еще одна серия — 7 НИС типа «Эврика» («Эврика», «Фиолент», «Шантар», «Профессор Месяцев», «Артемида», «Геракл», «Зунд», стр. № 101 —107), которые были построены в ГДР (Штральзунд, Фольксверфь) на базе РТМ типа «Атлантик-И» (строился с 1969 года и отличался от старого измененной промысловой схемой и некоторыми другими особенностями) и также предназначенных для проведения комплексных рыбохозяйственных исследований в открытых районах Мирового океана (рис. 1.5).

Рис. 1.5. НПС «Профессор Месяцев» (пр. Атлантик-2)

Page 18: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

18

Хотя эти суда и несколько меньших размеров чем НПС пр. 399, с научной точки зрения, они были оборудованы не хуже. Суда имели 9 лабораторий, помещения подводного наблюдения, на НИС «Зунд» установлен буксируемый подводный аппарат «Тетис». Проект получил неофициальное наименование «Атлантик-2» и на его основе и дальнейшем была построена серия УПС.

Обе серии судов были построены на основе проектов промысловых судов и такой подход обеспечивал минимальные сроки проектирования и строительства и, соответственно, экономию средств, а также в дальнейшем позволил существенно облегчить процесс технологического обслуживания судов в период эксплуатации при использовании ремонтной базы серийных добывающих судов (Сапелов, 2001). Эти суда находились в ведении отраслевых институтов и бассейновых промразведок, а районы их работ охватывали практически весь Мировой океан. В частности, экспедиции на этих судах позволили открыть и изучить такие новые промысловые районы, как ЮВТО и ЮЗТО.

1.1.3. Наследство Страны Советов

Рост требований, предъявляемых к оперативности и качеству информации о процессах, протекающих в океанах, а также достижения в развитии электронно- измерительной техники, повлекли за собой появление сложного исследовательского оборудования. Высокочувствительная акустическая аппаратура, автоматические устройства отбора проб, измерители важнейших параметров водной среды в реальном масштабе времени, в том числе и на ходу судна, обусловили конструктивные особенности в устройстве НИС. Бортовые терминалы акустической и подводной аппаратуры, аналитические приборы для исследования отобранных проб, вычислительная техника потребовали отдельных помещений со специальными условиями эксплуатации. Одновременно совершенствовались методы и тактика проведения исследований (Крупное, 1979; Юданов с соавт., 1988; Юданов, 1988.], что, в свою очередь, потребовало повышения навигационных и маневренных качеств используемых судов.

Рис. 1.6. НИС «АтлантНИРО» (пр. Атлантик-833)

Page 19: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

19

Необходимость выполнения всех этих требований повлекла появление в 80-х годах научно-рыболовных судов третьего поколения. Их проекты или создавались заново с применением проектно-конструктивных решений, используемых в рыболовецком судостроении, или они представляли собой глубоко переработанные проекты промысловых судов.

В 1987 г. из ГДР были получены НИС нового поколения проекта Атлантик-833 (рис. 1.6) типа «Профессор Марти» (серия из 12 судов), предназначенных для прове дения комплексных рыбохозяйственных исследований на современных принципах автоматизации и вычислительной техники в области поиска рыбы, гидроакустики, гидрологии, гидробиологии, гидрохимии, ихтиологии, технологии обработки.

Суда были оборудованы 10 лабораториями общей площадью примерно 130 м2 и информационно-вычислительным центром площадью 30 м2. Серия была построена на основе проекта Атлантик-333 [Burkert, 1987; Масалов, Пономаренко, 1988].

Эти суда были предназначены для замены судов среднего класса, ведущих ис-следования в окружающих нашу страну морях и примыкающих к ним промысловых районах Мирового океана (Йшков, Березин, 1983], и по всем параметрам соответствовали мировому уровню научных судов того времени, представляя собой первые отраслевые «чистые» НИС. На НИС пр. Атлантик-833 был удачно спроектирован палубно-лабораторный комплекс, оснащенный зарубежной аппаратурой и отечественными научными лебедками, а также созданы неплохие бытовые условия.

Однако, теперь уже, по прошествии времени, следует заметить, что отсутствие промышленного перерабатывающего оборудования и трюмов, считающиеся в советские времена несомненным достоинством, которое не позволяло отвлекать судно от исследовательских работ для планового наполнения трюмов, в конце XX века оказалось крупнейшим недостатком, не позволяющим при эксплуатации судна использовать возможности самофинансирования.

Один из вариантов выхода из положения был найден в ТИНРО-Центре. В Корее на трех судах из четырех было произведено переоборудование НИС в НПС. Стоимость работ по каждому судну составила примерно 350 тыс. долл. США. В результате, на судне удалось разместить морозильные установки производительностью 15—18т/сут. и помещения для хранения примерно 180 т. мороженой рыбы. При этом все исследовательские возможности базового варианта НИС были сохранены.

Возвратимся же в конец 80-х годов. Большие НИС и НПС на основе БМРТ типа «Академик Книпович» и РТМ типа «Профессор Месяцев», работавшие в удаленных районах Мирового океана, первоначально планировалось заменить крупнотоннажными НИС на базе серийных промысловых судов проектов 1288 и В-408 (Польша) (Ишков, Березин, 1983]. Однако проектные проработки показали невозможность удовлетворить все требования, предъявляемые к современному отраслевому НИС, путем переоборудования промыслового судна (Семенов, Масалов, 1989]. В конечном счете, финской судостроительной компанией «Холминг», со-вместно с ВНИРО, был разработан принципиально новый проект (пр. ТК5345) НИС с дизель-электрической силовой установкой (НИС для..., 1989].

Судно с максимальной длиной 82 м и шириной 15 м, с экипажем в количестве 33 человек и научной группой в 25 человек было предназначено для выполнения комплексных исследований с широким спектром задач, а также для работы в промысловом режиме (рис. 1.7). Пропульсивные и маневренные качества судна долж ны были обеспечивать две винто-рулевые колонки типа «Аквамастер» мощностью по 1250 кВт с обеспечением скорости хода до 15 узлов, а также носовое подруливающее устройство. Судно должно было иметь ледовый класс, автономность планировалась в 60 сут.

Page 20: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

20

Рис. 1.7 Профиль НПС проекта ТК 5345

В размещении и конструкциях лабораторий, лебедок, рабочих мест на палубе и возле

оборудования применен научный подход и учтены все современные ipe- бования эргономики. Перечень лабораторий охватывал гидрологию, гидрохимию, гидробиологию, ихтиологию, гидроакустику, причем все лаборатории объединены компьютерной сетью. Предусмотрена также установка на палубе трех стандартных контейнеров, которые можно использовать в качестве резервных лабораторий, складских помещений, ангаров для подводного оборудования и т. п. Кроме траловых, грузовых и кабель-тросовых лебедок для обеспечения обычного зонди-рующего комплекса и буксируемого ондулятора, специально были предусмотрены лебедки для буксировки кабель-шланга для забора воды до глубины 300 м и для работы с дистанционно-управляемым подводным аппаратом (ROV) на кабель-тросе диаметром 20 мм и длиной до 1500 м.

Что очень важно, в этом проекте предусмотрена долгая жизнь судна, т.е. про-изводственные и научные помещения имели модульную конструкцию, позволяющую производить замену или модернизацию оборудования по мере его старения или при каких-то изменениях в задачах исследований.

Большой интерес в проекте представляло решение, связанное с размещением и хранением рыбной продукции. Для этой цели предполагалось применять те же стандартные контейнеры, в том числе контейнеры-рефрижераторы для замороженной продукции. В трюме судна предполагалось размещать до 12 стандартных морских контейнеров, что обеспечивало хранение около 200 т продукции. Автоматизированная погрузка и выгрузка контейнеров позволяла делать это в кратчайшие сроки судовыми силами. Кстати, если с современных позиций рассматривать вопрос о самофинансировании судна, то такое решение представляется оптимальным вариантом, тем более что продукция непосредственно в этих контейнерах может доставляться до пунктов ее реализации любым транспортом и без всяких потерь.

И наконец, что было впервые на отраслевых экспедиционных судах — все каюты оборудованы встроенными санузлами, а размеры кают и их обстановка давали возможность продолжать работу и в каюте. Места отдыха, гимнастический отсек с тренажерами, сауна должны были способствовать творческой атмосфере в коллективе экспедиции. Словом, промысловое, технологическое и научное оборудование нового судна даже сегодня соответствовало бы международным требованиям [Елизаров, 1996J. По этому проекту в конце 80-х годов уже было принято решение Минрыбхоза СССР (утвержденное в Госплане СССР) о постройке пяти НИС в Финляндии, но, к сожалению, из-за распада СССР этот проект так и не был осуществлен.

Одновременно, с начала 90-х годов, практически полностью прекратились планомерная замена отраслевых НИС и обновление отраслевого научно- исследовательского

Page 21: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

21

флота (НИФ). На бассейнах расформированы промразведки: часть их судов перешла к бассейновым институтам, часть к коммерческим организациям. Некоторые суда отошли к бывшим республикам СССР, полностью ликвидирован отряд экспериментальных судов, все большие НИС списаны по возрасту [Котенев с соавт., 2006; Котенев, 2007]. В результате, несмотря на их недостатки, именно на суда проекта «Атлантик-833» легла основная нагрузка, и именно они в переходный период дали возможность российскому флоту хотя бы частично продолжать исследования океанских промысловых районов, даже при отсутствии больших и крупных научных судов, которые были ранее в СССР.

Возвращаясь к смене поколений рыболовных НИС и рассматривая развитие отраслевого НИФ на прошедшем этапе с различных позиций, можно сказать, что все-таки четкого формального разделения между упомянутыми тремя поколениями НИС никогда не существовало. Более того, оказалось, что и в наше время иногда выгоднее использовать суда, оборудованные в соответствии с концепцией первого поколения. Таким образом, к концу 20-го столетия в зависимости от решаемых задач и концепций постройки научно-рыболовных судов разных поколений в их соз дании сформировалось три направления:

- размещение разрозненного палубного оборудования и приборного оснащения по месту на готовом судне;

- доработка исходного проекта промыслового судна без изменения его главных размерений и с частичным изменением конструкции только надстроек;

- переработка исходного проекта промыслового судна с изменением его главных размерений, а также с изменениями в конструкции корпуса судна и его надстроек, или создание нового судна на основе аналогичных технологий.

Казалось бы, эти три направления полностью удовлетворяют всем запросам исследователей промысловых запасов и именно ими следует руководствоваться при возрождении отраслевого НИФ. Однако анализ мирового опыта строительства рыболовных НИС за последние десятилетия показал неожиданные результаты для отечественных судостроителей, имеющих почти 20-летний перерыв в создании научных промысловых судов. За рубежом произошли кардинальные изменения в подходах к проектированию НИС, приведшие к качественному скачку и появлению нового поколения научно-рыболовных судов [Левашов с соавт., 2007].

1.2. ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗАРУБЕЖНЫХ РЫБОЛОВНЫХ НИС В ПОСЛЕДНИЕ

ДЕСЯТИЛЕТИЯ XX ВЕКА

Итак, в то время как отраслевой НИФ с конца 80-х годов переживал длительный период застоя при общем сокращении численности судов более чем на порядок, за рубежом, напротив, шло интенсивное строительство новых рыболовных НИС. На рис. 1.8 представлена динамика строительства, начиная с 1988 г., зарубежных научно-рыболовных судов максимальной длиной более 30 м с обозначением их некоторых качественных особенностей. В общей сложности, в этот период ежегодно вступало в строй примерно от 7 до 13 судов, т. е. за 20 лет за рубежом было построено порядка 200 единиц судов для рыбопромысловых исследований. В связи с национальными различиями в традициях использования и, соответственно, проектирования судов, для дальнейшего анализа целесообразно разделить их на две группы — западной и восточной постройки.

В большей — восточной — группе основную часть составляют суда НИФ рыболовной отрасли Японии [Левашов, 2006]. Характерной особенностью этого флота является различная принадлежность судов. Примерно половина НИС принадлежит Японскому рыболовному агентству и региональным отраслевым центрам. Другая половина — это учебные суда,

Page 22: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

22

которыми владеют высшие и средние учебные заведения, готовящие специалистов для рыболовной отрасли. Однако научное оснащение таких судов и факт координации их деятельности рыболовным агентством позволяют отнести эти суда также к группе НИС, но с учебными функциями. Целесообразность этой особенности японского НИФ заключается в том, что практиканты, участвуя на своих судах в процессе исследований по планам агентства, сразу получают представление о значении научного подхода в рыболовстве. При этом в распоряжении агентства оказываются дополнительные суда для промысловых исследований.

Длина судов, принадлежащих агентству, достигает 90 м при средних размерах 45—65 м, для региональных институтов размеры несколько меньше. В основном это суда с кормовым тралением, которые выполнены в типичном для Японии архитектурном стиле — со средней надстройкой. Они оборудованы разнообразным набором рыболовного оборудования. Кроме обычного вооружения для различных видов кормового траления, имеется оборудование для ловли ярусом, дрифтерны- ми сетями, крабовые ловушки, а также снасти для лова кальмаров. Состав палубного оборудования дополняет большое количество различных лебедок и кранов. Длина судов, используемых учебными заведениями, в основном составляет 55— 65 м, и в подавляющем большинстве они относятся к типу «tuna longline», предназначенному для ярусного лова тунца.

К восточной группе также относятся суда, построенные в Японии для других стран (Чили, Перу, Таиланд, Филиппины, Индия, Египет, Марокко, Тунис и др.), а также суда, построенные в Корее, Тайване, Индонезии, Индии и в других восточных странах, где ощущается сильное влияние японской школы судостроения и применяются близкие методы использования научных судов. Кроме подобной судовой архитектуры, все они, как и подавляющее большинство японских НИС, имеютдизель-редукторный приводе гребным винтом регулируемого шага (ВРШ).

В группе судов западной постройки в 90-х годах основную часть составляют НИС третьего поколения, построенные на основе проектов промысловых судов, переделанные из них, а также построенные по вновь разработанным проектам, но с применением традиционных технологий. Однако, в отличие от восточной группы, многие суда характеризовались пониженным уровнем шума. Такое положение было обусловлено появлением новой гидроакустической техники, используемой для промысловых съемок, что потребовало снижения шумности судов в диапазоне частот работы этой аппаратуры. В результате в некоторых проектах стали применяться новые конструктивные решения, способствующие снижению шума — электродвижение, низкооборотные гребные винты большого диаметра, звукоизолирующие фундаменты под главный двигатель и др.

Таким образом, как показано на рис. 1.8, научно-рыболовные суда в рассматриваемый период имели три основных типа своих пропульсивных установок:

1. Наиболее распространенная схема взята из практики проектирования обычных промысловых судов. Она представляет собой комбинацию дизельного двигателя, редуктора и ВРШ. На судах со сниженным уровнем шума двигатель, редуктор и другие судовые механизмы — источники шума, крепятся к корпусу судна через звукоизолирующие прокладки.

2. Также распространена схема электродвижения, где для снижения шума гребной винт вращался электромоторами, питающимися от дизель-генераторной установки [Phoel, Meehan, 1996]. Эта же установка используется и для электропитания других судовых механизмов.

3. В некоторых случаях применяются гибридные установки, где совмещаются обе вышеуказанные схемы [IOS, 2001]. Для ведения съемки судно идет под электромоторами с целью снижения шума, а там, где требуется большая мощность, например при тралении, используется основная схема с дизель-редукторным приводом гребного винта.

Page 23: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

23

Page 24: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

24

Рис. 1.8 Динамика строительства зарубежных научно-рыболовных судов длиной более 30 м за последние 20 лет (1998-2007 г.)

1.3. РЕКОМЕНДАЦИИ ИКЕС № 209 — ГЕНЕЗИС НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ СУДОВ ДЛЯ РЫБОПРОМЫСЛОВЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Генезис — момент зарождения и последующий процесс развития, приведший к определенному состоянию (Энциклопедический словарь)

Итак, в конце 80-х — начале 90-х годов 20-го века ежегодно в строй вступало

примерно от 3 до 6 судов западной постройки, из которых 2—3 судна с пониженным уровнем шума. Однако после 1993 года число новостроя резко сокращалось вплоть до 1998 года, после чего стало расти вновь. При этом стали строиться преимущественно малошумные суда и в основном с использованием электродвижения (дизель-электроходы). Что же случилось?

Дело в том, что еще раньше в результате параллельных промыслово-акус- тических съемок, проводимых как на обычных судах, так и на судах со сниженным в разной степени уровнем шума (в основном в диапазоне работы гидроакустической аппаратуры), выявилась неоднозначность получаемых результатов. Использование буксируемых аппаратов и буйковых станций с гидроакустическими средствами также показало, что регистрируемое ими обилие промысловых объектов значительно превышает оценку, проводимую с судна.

Специальные исследования показали, что из-за ухода рыб от судна, совершающего акустическую съемку, плотность скоплений разных видов может снижаться от 40 до 90%. Например, в научных рейсах ВНИРО на РТМ—С «Возрождение» ряд экспериментов по оценке численности пелагических стайных рыб гидроакустическими методами показал значительную недооценку их биомассы, подтверждаемую и результатами траловых уловов.

При этом активная реакция косяков и отдельных рыб фиксировалась уже на дистанциях 250—280 м и выражалась изменением курса движения в сторону от судна на угол до 90°, заныриванием до глубины в 200 м, увеличением скорости движения от 1,5 до 4 узлов [Гончаров, Кудрявцев, 1989]. Так, в случае со ставридой только в результате ухода рыб в горизонтальном направлении недооценка составляла 35—65% [Гончаров с соавт., 1991].

Подобные результаты получены и зарубежными исследователями. Например, северо-восточная арктическая треска реагирует на судно, начиная с дистанции 200 м [Ona, Toresen, 1988]. Реакция рыб тем сильнее, чем меньше глубина. Она также может зависеть от сезона года, времени суток, температуры воды и других факторов, однако наиболее вероятной причиной ухода как отдельных рыб, так и целых косяков является повышенный уровень шума, излучаемого судном в диапазоне слуховой чувствительности промысловых видов рыб.

Впечатляющим примером исследований реакции арктической сельди на прохождение судна могут служить эксперименты с буем, оснащенным эхолотом [Godo, Totland, 1999; Godo et al, 1999]. В левой части рис. 1.9 представлена эхограмма временной динамики распределения сельди во время прохождения относительно малошумного НИС «Johan Hjort» на скорости 10 узлов мимо буя при минимальном расстоянии от него порядка 8—10 м (время 00:00 час) и максимальном (до и после) около 1200 м [Knudsen, Mitson, 2002].

График, приведенный в правой части рис. 1.9, позволяет оценить и количественные результаты эксперимента. Метки времени указывают, когда уровень судовых шумов начинает беспокоить рыбу (0 мин — минимальная дистанция до буя), заставляя уходить ее на глубину. Как показали измерения, сельдь начинает реагировать на расстоянии примерно 540 м от судна (за 1,75 минут до минимальной дистанции между судном и буем). Максимальный уровень шума от судна при этом составлял 159 дБ (1 рРа, 1 ш) на частоте в 100 Гц.

Page 25: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

25

Рис. 1.9. Эхограмма (слева) временной динамики распределения сельди во время прохождения НИС «Johan Hjort» мимо буя с регистрирующей гидроакустической аппаратурой и сопутствующий график (справа)

средней глубины отраженного сигнала Инициатором проведения такого рода экспериментов явилась группа специалистов по

оценке промысловых запасов из стран, ведущих исследования в Северной Атлантике, которая сформировалась в начале 90-х годов при ИКЕС. В первую очередь, этой группой было проведено детальное изучение опубликованной литературы и других материалов по вопросам шумов в море, «слуховых» способностей рыб и их реакции на окружающий шум. Одновременно исследованы характеристики шумов, производимых научно-рыболовными судами с пропуль- сивными установками разных типов.

Затем была выработана методика и сняты индивидуальные шумовые характеристики многих научно-рыболовных судов, используемых для исследования промысловых запасов в Северной Атлантике, — т.е. для каждого судна снята так называемая шумовая подпись судна. Результаты проведенных исследований, их анализ, основные выводы и рекомендации опубликованы в работе, известной как «Рекомендации ИКЕС № 209» (далее — Рекомендации ИКЕС) [Mitson, 1995]. Ниже приводятся некоторые выдержки, а также обобщенные выводы и рекомендации из этой работы.

Чувствительность промысловых рыб к шумам

Рыбы таких промысловых видов, как треска, сельдь и им подобные, обладают острой направленной чувствительностью к шуму, т.е. способны уловить частотный ряд примерно от 0,1 Гц до 1,2 кГц, в зависимости от вида рыбы. При этом максимальная слуховая чувствительность варьирует примерно от 20 до 300 Гц для большинства особей, однако некоторые из них могут различать звуковые колебания высокой интенсивности на более высоких частотах (> 10 кГц). Наибольшая чувствительность для сельди соответствует уровню шумов примерно в 75 дБ (при давлении 1 мкРа на расстоянии в 1 м) в интервале частот между 20 Гц и 1,2 кГц. Для трески подобная чувствительность приходится примерно на частоты 100—300 Гц. Восприимчивость к звукам может возрастать в соответствии с размерами рыбы и их физиологическим состоянием.

Реакционная дистанция

Доказанным фактом является то, что рыбы стараются уплыть как можно дальше от судов, являющихся источником шума, который превышает их слуховой порог на 30 дБ или больше. При этом в низкочастотном диапазоне (1 Гц — 1 кГц) для большинства научных судов (с уменьшенным шумом) реакционное расстояние варьирует от 100— 200 м. для промысловых судов (с худшими шумовыми характеристиками) реакционное расстояние может доходить до 400 м. Также следует учитывать, что во время траления уровень шума, издаваемого судном, повышается на 5—15 дБ. Для судовых научно-промысловых исследований необходимо уменьшить реакционную зону судов, вне которой не должно происходить никакого нарушения естественного распределения и поведения рыб. Учитывая то, что пределы уровня шума,

Page 26: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

26

который позволит предотвратить уход рыбы от судна, зависят от физических факторов и физиологического состояния рыб, необходимо и достаточно дистанции в 20 м. Большее расстояние будет снижать репрезентативность получаемой акустической информации, а меньшее не выгодно, так как несоизмеримо увеличиваются затраты на его достижение.

Выводы и рекомендации

В результате, были выработаны следующие требования, которые рекомендуется учитывать при съемках промысловых запасов:

1. Суда, которые используются для рыболовных исследований, независимо оттого, является ли судно научно-исследовательским или чартерным (промысловым), должны на скорости до 11 узлов обладать уровнем шума, который не позволяет нарушать естественное состояние рыбных скоплений на расстоянии 20 м от судна в соответствии со следующей шумовой характеристикой:

— в границах от 1 Гц до 1 кГц не более (135—1,66 1од/Гц) дБ; — в границах от 1 до 100 кГц не более (130—221од/кГц) дБ

(здесь и далее указывается уровень шума в дБ, приведенный относительно давления в 1 мкПа в полосе 1 Гц и на расстоянии 1 м).

2. Указанные пределы уровней шума должны использоваться как стандарт во время подготовки спецификаций новых судов и разработки их проектов.

3. Уровень шума, излученного судном в воду, должен регулярно контролироваться как при обычной эксплуатации судна, так и в случае возможного повреждения гребного винта.

4. Измеренные шумовые характеристики должны регламентировать возможности ис-пользования судов для промысловых исследований.

5. При обнаружении взаимосвязи известных (измеренных) характеристик судна с любой наблюдаемой реакцией рыб по уходу или с показаниями научно-исследовательских акустических приборов должны проводиться тщательные исследования. Любые полученные результаты таких наблюдений должны быть опубликованы, при этом любая подобная информация должна быть доступна представителям всех стран.

Таким образом, возвращаясь к динамике строительства зарубежных НИС,

представленной на рис. 1.8, можно констатировать, что после публикации Рекомендаций ИКЕС процесс создания всех западных проектов научно- рыболовных судов третьего поколения был приостановлен с целью их доработки. В результате появились суда следующего, четвертого, поколения, принципиальным отличием которых является то, что их специально проектировали с целью максимально возможного снижения уровня шума, что обусловлено необходимостью оценки реальных значений величин плотности и размеров промыслиьыл скоплений, не потревоженных шумами, издаваемыми судном, ведущим акустическую съемку. На рис. 1.10 представлены графики, иллюстрирующие основные положения Рекомендаций ИКЕС и позволяющие сравнить уровни шума НИС третьего (коричневый цвет) и четвертого (синий цвет) поколений со слуховой чувствительностью основных видов промысловых рыб.

Особенно важно, что в Рекомендациях ИКЕС исследованы причины и предложены основные технические решения в конструкциях судна, которые способствуют снижению его уровня шума, в частности, использование электродвижения.

Публикация этих Рекомендаций в 1995 году явилась переломным моментом в создании научно-рыболовных судов; сами Рекомендации стали своеобразным стандартом «де-факто» для судостроителей, а все НИС, которые теперь проектируются с их учетом, во всем мире принято именовать как «НИС нового поколения». Их преимущества при ведении акустических съемок проиллюстрированы на рис. 1.11, где показаны зоны равного шума от НИС третьего поколения «Johan Hjort» с дизель-редукторной установкой малой шумности (на промысловых судах эта зона достигает 400 м) и от НИС четвертого поколения «G.O. Sars», разработанного уже с учетом Рекомендаций ИКЕС.

Page 27: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

27

Рис. 1.10. Уровни слуховой чувствительности промысловых видов рыб на фоне шумовых характеристик НИС с различными типами привода и рекомендаций ИКЕС Ne 209 (материалы по шумам, излучаемым в воду, для НИС

«С. О. Sars» и НИС «Johan Hjort» любезно предоставил г-н R. Mitson/UK/) Более того, несомненный успех в создании рыболовных НИС нового поколения сказался

в последние годы и на строительстве зарубежных НИС иного назначения, особенно для многофункциональных НИС и экспедиционных судов высоких широт. Так как они часто ведут попутную акустическую съемку, в ТЗ на их проекты обязательно указывается необходимость соответствия Рекомендациям ИКЕС, а пропульсивный комплекс использует принцип электродвижения со всеми сопутствующими технологиями.

150

140

130

120

110

100,01Частота, кГц

0,1 1

Уровень шума, дБ

Page 28: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

28

Рис. 1.11. Зоны равного шума от НИС с обычной дизельной (слева — «Johan Hjort») и дизель- электрической СЭУ (справа — «G. О. Sars»); рисунок взят из интернет-сайта Института морских исследований

в Бергене (Норвегия) Одновременно концепция «НИС нового по- коления» стала использоваться и при

создании НИС с учебными функциями, для которых рыбопромысловые исследования также являются одним из направлений в их использовании. В 2004 году вошло в строй первое, специально спроектированное, промысловое судно нового поколения, которое может вести попутные исследования, — норвежский кошельковый сейнер-траулер «Libas».

Таким образом, с 1998 по 2007 год во всем мире построено порядка 30 судов нового поколения, которые в той или иной степени занимаются рыбопромысловыми исследованиями (табл. 1.1), причем большая часть из них является специализированными научно-рыболовными судами.

В ближайшем будущем число НИС нового поколения возрастет еще больше. Планируется постройка НИС нового поколения для Чили, Канады, Дании, Индии, Пакистана, Австралии, Новой Зеландии и других стран. Всего же до 2012 года только в Европе планируют построить еще 15 океанских НИС общей стоимостью 1253 млн. евро. Это объясняется востребованностью таких судов и отработанностью технических решений.

Большинство уже построенных европейских судов предназначено для промысловых исследований в северной части Атлантики и примыкающих морях. С вводом в строй новых судов США и Канады такое положение установится и в северной части Тихого океана. На юге Тихого и Атлантического океанов уже начали работу новые испанские НИС. А с постройкой новых НИС другими странами практически все промысловые районы Мирового океана будут исследоваться исключительно малошумными судами. Уже сейчас многие международные организации избегают принимать данные съемок, полученные на судах, не соответствующих Рекомендациям ИКЕС, считая их недостоверными.

В плане наиболее эффективного выполнения Рекомендаций ИКЕС особенно выделяются научно-рыболовные суда нового поколения европейской и американской постройки. В качестве пропульсивных комплексов для них, в соответствии с Рекомендациями ИКЕС, используется дизель-электрический привод с электромоторами постоянного тока и гребными винтами постоянного шага. Однако пути к достижению оптимальных результатов не были простыми. Истории создания и некоторым особенностям использованных пропульсивных комплексов, примененным техническим решениям, а также ошибкам, допущенным при проектировании зарубежных судов нового поколения, посвящена следующая глава.

Page 29: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

29

Таблица 1.1 Основные характеристики зарубежных судов нового поколения, предназначенных для рыбопромысловых исследований

и иного назначения, но предусматривающих такого рода исследования

Название судна (проект), страна-

судовладелец (страна - судостроитель

/разработчик проекта)

Год

ввода

в строй

Время создания

, лет

ра:

ботка

/постройка

Соответствие Рекомендациям

ИКЕС

209

Размеры

(макс.

), м

: длина

/ширина

Мощ

ность,

кВт:

судовой

энергетической

установки/электром

оторов

(мех

. привода

)

Скорость,

уз:

макс.

/крейсерская

Вместимость

, чел

. экипаж

/ науч

. состав

Научные помещ

ения

(контейнеры

) число/площ

адь,

м2

Вместимость

охлаж

даемых помещ

ений

(+

трю

мов

) 0оС

/-3

0оС

,м3

Автоном

ность,

сут

.

Стоим

ость

, млн

.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Специализированные суда для рыбопромысловых исследований

1 Scotia, Великобритания

(-«-/Норвегия) 1998 4/2 100% 68,6/15,0 4455/ 2*1500 15,0/ 13,0 17/12 4(6)/140 -10/10 30 $33,5

2 Shoyo Маги, Япония

(Япония/-»-) 1998 /2 до 7 уз 87,6/14,0

1980/350 (2x2207)

18,8/16 37/12 6 (нд)/нд 35/12 70 н.д.

3 Ami Fridriksson, Исландия

(Чили/Исландия) 2000 3/1 <100% 69,9/14,0 4320/3300 16/13,5 14/18 10 (1)/350 /16+140 30 $22,5

4 Vizcondede Eza, Испания

(-»-/-»-) 2000 2/1 <100% 52,7/13,0 3000/2x900 14,0/12,0 20/20 8 (2)/230 -30/20 40 $17.1

5 А1 Amir Moulay Abdallah, Марокко (Япония/-»-)

2001 1/1 До 9 уз 38,5/7,8 нд/(736) 13,2/12,2 14/7 3/нд -16 21 $10.4

6 Shunyo-Maru Япония

(Япония/-»-) 2001 2/1 До 10 уз 66,3/11,4 882/(2x1471) 17,5/15,0 25/11 4 (нд)/нд -20 35 нд

7 Celtic Explorer. Ирландия

(Дания/Норвегия) 2002 2/2 >100% 65,5/15,0 4080/2x1500 15,7/11,0 12/19 6 (4)/210 -8/7 45 €30

8 G.O. Sars, Норвегия (-»-/-

»-) 2003 3/2 100% 77,5/16.4 10370/2x3000 17,5/13,0 15/30 15 (3)/500 -60/25 45 $59,5

9 CEFAS Endeavour,

Великобритания (-»-/-»-) 2003 2/2 >100% 73,0/15,8. 3240/2x1150 14,4/11,0 16/19 8 (4|/200 -10/10 42 $45,8

10 Solea, Германия (-»-/-»-) 2004 3/1 100% 42,7/9,8 1328/950 11,0/12,5 14/7 5/60 нет 21 €15,3

11 Hokko-Maru Япония

(Япония) 2004 4/1 До 10 уз 64,7/11,9 970/(2x1471) 17,3/15,0 25/12 5/нд 2т 30 $34.0

12 Oscar Dyson (FRV40—1),

США (-»-/-»-) 2005 4/2 100% 63,9/15,0 4540/2x1150 14,0/12,0 20/19 7/209 нет 40 $45,0

13 Henry В. Bigelow

(FRV40—2), США (-»-/-»-)

2007 1/2 100% 63,6/15,0 4540/2x1150 14,0/12,0 20/19 7/209 нет 40 $55,0

14 Miguel Oliver, Испания, (-

»-/-»-) 2007 2/2 100% 70,0/14,4 4460/2x1000 15,0/14,0 20/25 6/н.д. 60 + 45 44 €18,3

15 Pisces (FRV40—3), США

(-»-/-»-) 2009 н.д. 100% 63,9/15,0 4540/2 к 1150 14,0/12,0 20/19 7/209 нет 40 н.д

16 Ellen Khuzwayo, ЮАР (-«-

/Норвегия) 2007 2/1 н.д. 43,2/10,2 660/2В * 700 13 21 4/н.д н.д. 20 $11,5

17 Bell M. Shimada FRV40—

4), США (-»-/-»-) 2010 н.д. 100% 63,9/15,0 4540/2 х 1150 14,0/12,0 20/19 7/209 нет 40 н.д

Промысловые суда, предусматривающие рыбопромысловые исследования 18 Libas Норвегии (-»-/-»-) 2004 нд <100% 94,0/17,6 6000/1470 20,4/15,0 27 2/50 /+2000 нд $22.3

Университетские НИС, предусматривающие рыбопромысловые исследования 19 Kakuyo-Maru (-»-/-»-) 2004 /1 н.д. 42,8/7,0 (2Вх 1050) 16,8/15,0 16/20 н.д. н.д. 10 н.д.

20 Hugh R. Sharp, США (-»-/-

»-) 2006 4/2 до 8 уз 44,5/9,8 l890/2Zx 483 12,4/н.д. 10/12 4 (2)/48 нет 21 $18,6

21 Gunnerus, Норвегия (-»-/-

»-) 2006 2/1 до 8 уз 31,3/9,6 1500/2Вх500 12,6/ 3/6 3(1|/38 42

н.д.

$5.9

22 Toyoshio-maru, Япония (-

»-/-»-) 2007 /1 н.д. 40,5/8,5 8IO/2Zx н.д. 12/20 н.д. н.д.

н.д.

$14,4

23 Koyo-Maru (-»-/-»-) 2007 /2 н.д. 87.6/13,6 (3900) 16,0/14,0 42/67 н.д. н.д. 30 н.д.

Многофункциональные и экспедиционные НИС предусматривающие рыбопромысловые исследования 24 Pourquoi pas?, (-»-/-»-) 2005 3/3 н.д. 107,6/20,0 7350/2x1650 14,5/11,0 33/40 /950 нет 64 н.д.

25 Saqar Nidhi,

(Италия/Норвегия) 2007 /3 н.д. 103,6/18,0

6840/2POD х 1600

13,5 39/32 н.д. нет н.д.

н.д.

26 Sarmiento deGdmboa, Испания (-»-/-»-)

2007 2/2 н.д. 70,5/15,5 4350/2x1200 15/12 16/25 12 (5)/450 51+71. 45 €22,0

27 James Cook,

Великобритания 2007 5/2 100% 89,2/18.6

7080/2В х 2500

16/12 22/32 9 (6)/420 нет 50 $65,9

Page 30: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

30

(Норвегия/-»-)

28 Solander, Австралия (-»-/-

»-) 2007 н.д. н.д. 34,9/8,9 /2В х 500 нд./11 18 3/43 6.5 21 $12,5

ГЛАВА 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ НИС НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ В СВЯЗИ С РЕКОМЕНДАЦИЯМИ ИКЕС ПО

СНИЖЕНИЮ УРОВНЯ СУДОВЫХ ШУМОВ, ИЗЛУЧАЕМЫХ В ВОДУ

Источниками подводных шумов от научно-рыболовных судов являются как корпус

судна, создающий при движении в воде гидродинамические шумы в широком спектре частот, так и механические устройства судна, обеспечивающие его движение и производственную деятельность.

Характеристики гидродинамических шумов от подводной части корпуса судна большей частью зависят от его формы, однако эти шумы могут быть минимизированы относительно простыми способами в результате математического моделирования и испытаний моделей в специальных бассейнах. Более сложным является вопрос снижения уровня механических шумов, характеристики и частотный диапазон которых зависят от конструктивных особенностей различных устройств. При этом именно элементы судового пропульсивного комплекса являются главными и первичными источниками механического шума, передаваемого в водную среду.

Однако, прежде чем мы перейдем к оценке их вклада в общие шумовые харак-теристики судна, следует предварительно рассмотреть некоторые особенности их измерения и представление этих характеристик в графической форме.

Итак, согласно Рекомендациям ИКЕС (Mitson, 1995), НИС, используемые для промысловых исследований, должны на скорости до 11 уз обладать уровнем шума, который не позволяет нарушать естественное состояние рыбных скоплений на расстоянии 20 м от судна, в соответствии со следующей шумовой характеристикой:

в границах от 1 Гц до 1 кГц не более (135 — 1,66 logfГц) дБ; в границах от 1 до 100 кГц не более (130 — 22 logfкГц) дБ. На рис. 2.1, а представлено графическое изображение указанных Рекомендаций в виде

границ, относительно которых в дальнейшем мы будем рассматривать приводимые шумовые характеристики судов. Здесь и далее указывается уровень шума в дБ, приведенный относительно давления в 1 мкПа на расстоянии 1 м, причем в полосе 1 Гц. Однако реальные измерения частотного спектра шумов с полосой постоянной ширины в 1 Гц достаточно сложны и чаще измерения производятся в полосах большей ширины [Кончаков, 2007].

Рис. 2.1. Границы Рекомендаций ИКЕС Ne 209 в одногерцовом (а) и третьоктавном представлении с соответствующей шкалой центральных частот (б)

Page 31: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

31

Обычно гидроакустическая шумоизмерительная аппаратура имеет в своем составе

ограниченный ряд полосовых фильтров с соотношением между верхней /2 и нижней /, частотами среза каждого полосового фильтра следующего вида:

f2 = 2a f1 (2.1) Если а = 1/3, то такие фильтры называются третьоктавными, а их полоса пропускания

(W) — это область между двумя точками с затуханием 3 дБ (W = f2 — f1,) и составляет 23% от величины центральной частоты (f0) фильтра. В свою очередь, при необходимости центральную частоту фильтра можно определить как:

f0 = ( f1 f2)1/2 (2.2)

Если известны уровни звукового давления в одногерцовых полосах (Lp,... Lpn) для всех частотных компонент внутри третьоктавной полосы пропускания, то уровень звукового давления в третьоктавной полосе {Lp1/3) можно найти, используя следующее уравнение:

Lp1/3 = 10 log(100,1 Lp1 + 100,1 Lp

2 + ... 100,1 Lpn) (2.3)

В соответствии с этим уравнением на рис. 2.1, б указаны границы Рекомендаций ИКЕС в третьоктавном представлении с соответствующей шкалой центральных частот, принятой в международных стандартах для третьоктавных фильтров.

Третьоктавное представление шумовых характеристик более удобно для анализа общего распределения судовых шумов, так как имеет относительно небольшой диапазон изменения уровня шумов, например для границ Рекомендаций ИКЕС он составляет 155—130 дБ. Также, важным преимуществом третьоктав- ного анализа является возможность представления на едином графике очень широкого частотного диапазона с достаточно узким разрешением на низких частотах. С другой стороны, хотя диапазон одногерцового анализа шумов простирается соответственно от 135 до 85 дБ, он более предпочтителен для выявления узкополосных нерегулярностей кривой распределения шума и причин их возникновения.

В Рекомендациях ИКЕС границы шумовых характеристик даются в одногер- цовом виде, и целесообразно далее рассматривать приводимые примеры в том же виде, тем более что вне зависимости от методики измерений их результаты европейские исследователи большей частью также представляют в виде одногерцовой кривой. Однако традиционно в США и некоторых других странах принято представлять результаты измерений в третьоктавном виде. Поэтому в целях большей наглядности результаты измерений, представляемые в оригиналах используемых нами источников в третьоктавном виде, мы приводили к полосе в 1 Гц (с примечанием о приведении) с помощью коэффициента приведения, равного 10 логарифмам ширины полосы, использовавшейся при представлении результатов измерений [Урик, 1978]:

Lp = Lp1/3 -10lgW. (2.4) Однако при анализе приведенных нами кривых следует иметь в виду, что подобный

метод эффективен только для непрерывного шума, имеющего достаточно монотонный спектр. При возможном же существовании внутри третьоктавных полос ярко выраженных дискретных составляющих, имеющих значительные отклонения от среднего уровня, этот способ приведения малопригоден. Имеются и другие, более сложные, методы, обеспечивающие более точное приведение, но в любом случае для их применения необходимо достаточно точно знать характер спектра.

2.1. Влияние элементов пропульсивного комплекса на уровень судовых

шумов, излучаемых в воду на примере НИС предыдущего поколения

Как уже упоминалось в первой главе, для рыболовных НИС используются три конфигурации пропульсивного комплекса — дизель-редукторная, дизель- электрическая и гибридная. Так как последняя является комбинацией двух первых, то далее мы уделим

Page 32: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

32

основное внимание дизель-редукторной и дизель- электрической конфигурациям, включающим следующие элементы:

- дизельный двигатель, редукторная установка и гребной винт регулируемого шага (ВРШ);

- дизельный двигатель, генератор, электромотор и гребной винт фиксированного шага (ВФШ).

Предварительно следует отметить, что минимизация судовых шумов является достаточно дорогостоящим мероприятием, затраты на которое составляют не менее 10—15% от стоимости постройки обычного НИС [Fischer et al., 2006). Учитывая это, к минимизации судовых шумов следует подходить очень серьезно, и поэтому рассмотрим более подробно особенности шумов для каждого элемента пропульсивного комплекса отдельно и в их комбинациях, а также известные способы, применяющиеся для снижения уровня производимых шумов в различных режимах.

При любых конфигурациях пропульсивного комплекса обязательным и первичным на всех современных научно-рыболовных судах является дизельный двигатель с сопутствующими механизмами и устройствами, обеспечивающими его работу и управление. Весь этот комплекс является источником шума в диапазоне от единиц до тысяч герц, что зависит от числа цилиндров, количества тактов, оборотов вала и других конструктивных особенностей.

Значимость этого уровня шума для водной среды будет зависеть от степени его передачи на корпус судна. Для снижения шума обычно используются виброизолирующие амортизаторы в основаниях механизмов и звукоизолирующие покрытия окружающих переборок. Специальные кожухи для механизмов, глушители для воздушных магистралей и трубопроводов систем забортной воды также способствуют снижению шума.

Примером такого подхода может служить норвежское НИС «Johan Hjort» [FNI, 1991), построенное в 1990 г. по проекту, разработанному норвежской фирмой Vik & Sandvik Skipstekniske Konsulenter A/S на основе традиционных технологий, но с применением указанных выше способов снижения шума. На рис. 2.1, а представлена кривая его шумовых характеристик [Simmonds, MacLennan, 2005).

При постройке в 1993 г. другого норвежского НИС «Dr. Fridtjof Nansen» [FNI, 1993] по

проекту той же фирмы для снижения уровня судовых шумов использованы уже более совершенные технологии. Например, для крепления дизельного двигателя и редуктора к

Рис. 2.2. Шумовые характеристики НИС «Johan Hjort» (а) и «Dr. Fridtjof Nansen» (б) на скорости II узлов (красным цветом указаны границы рекомендации ИКЕС209)

Page 33: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

33

корпусу судна применены амортизаторы в виде пространственных рам, выполненных из составных резинометаллических балок (типа сэндвич), что обеспечило снижение шума (рис. 2.2, б) на некоторых частотах на величину до 15 дБ [Mitson, 1995].

Вторым по значимости источником высокого уровня шума является редуктор, который производит акустические колебания, выделяющиеся на общем уровне судового шума на какой-то конкретной частоте в зависимости от типа механизма передачи, например числа зубцов, входящих в зацепление в течение секунды [Урик, 1978], а также скоростей вращения входного и выходного валов. На рис. 2.3, а в качестве примера представлена шумовая характеристика голландского НИС «Tridens», построенного в 1990 г. [FNI, 19906], где пик высшего уровня шума особо ярко выделяется и приходится на частоту 620 Гц, что соответствует «ноющим» шу-мам, производимым редуктором [Mitson, 1995].

Рис. 2.3. Шумовые характеристики НИС «Tridens» (а) и «Walther Herwig III» (б) на скорости 11 узлов

(красным цветом указаны границы Рекомендации ИКЕС 209)

Говоря о редукторе, следует также упомянуть и о гибридной схеме пропуль- сивного комплекса. На рис. 2.3, б представлены шумовые характеристики немецкого НИС «Walther Herwig III» [Simmonds, MacLennan, 2005]. Это судно построено в 1993 г. на верфи Peene-Werft GmbH и имеет гибридный пропульсивный комплекс. В обычном режиме используется дизельный привод, а при акустических съемках редуктор переключается на гребной электродвигатель постоянного тока. Именно этот редуктор дает пик шумов на частоте 300—400 Гц, т.е. наличие редуктора является врожденным и на сегодняшний день не устраненным недостатком гибридной схемы пропульсивного комплекса.

В отличие от дизельного двигателя и редуктора, находящихся внутри судна, шум которых передается в водную среду через его корпус, гребные винты уже находятся в воде, а шум генерируется ими непосредственно в водной среде и занимает практически весь измеряемый спектр — от 0 до 100 кГц. Этот шум имеет два разных по своей природе источника.

Во-первых, это прямая низкочастотная вибрация в диапазоне 1 Гц — 10 кГц, передаваемая корпусу судна вращающимся гребным валом, в том числе и рассмотренный выше шум дизель-редукторного комплекса.

Во-вторых, и что зачастую более важно, кавитационный шум, зависящий от конструкции и режимов работы гребного винта (Урик, 1978].

При вращении винта на поверхностях и концах его лопастей возникают области повышенного и пониженного давления, порождающие большое количество пузырьков воздуха. Шум их схлопывания в виде громкого шипения преобладает в высокочастотной области спектра шумов судна. Этот шум обычно возникает при достижении судном какой-то пороговой

Page 34: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

34

скорости, называемой «критической». Для повышения этого порога используют специальные конструкции винтов и формы их лопастей (саблевидные), увеличивают число лопастей, а также уменьшают скорость вращения винтов и увеличивают их диаметр. Следует отметить, что даже для современных малошумных военных надводных кораблей [Лабутин, 2004] уже после скоростей в 15—18 узлов кавитационный шум начинает превышать уровень механических шумов.

На большей части дизель-редукторных судов третьего поколения в основном используется ВРШ, конструкция и режимы работы которого оптимизированы для работы на промысловых судах без учета их шумности. Результаты экспериментов с ВРШ [Mitson, 1995] показали, что уровень подводного шума может сильно возрастать в зависимости от изменений как числа оборотов гребного винта, так и его шага, причем в последнем случае уровень шума имеет частотно-зависимый характер. Шумовые показатели такого винта на низких частотах могут превышать уровень 170 дБ, причем установка насадки Корта на винт видимых изменений не дает [Mitson, 1995]. Ясно, что для рыболовных исследований, где необходимы пониженные уровни шума, стандартный тип гребного винта регулируемого шага мало под-ходит.

В отличие от дизель-редукторной схемы с ВРШ использование конфигурации дизель-генераторной установки с электродвигателем, вращающим гребной винт постоянного шага, позволяет ликвидировать проблемы снижения шумов как от редуктора, так и связанных с режимами работы ВРШ. Иллюстрацией этого может служить кривая шумовых характеристик НИС «Thalassa», представленная на рис. 2.4, a [Mitson, Knudsen, 2003].

НИС «Thalassa» [FNI, 1996] спроектировано и построено на французской верфи

«Manche Industrie Marine» shipyards (Dieppe) — LEROUX ET LOTZ NAVAL в 1996 г., причем конструкция его специально разработанного шестилопастного гребного винта постоянного шага основана на опыте создания кораблей для французского ВМФ и показала отличные результаты в высокочастотной области шумов.

К сожалению, из-за применения электромотора переменного тока в низкочастотной области НИС отличается повышенной шумностью на уровне судов с дизель-редукторной установкой. Высокий уровень шумов в диапазоне до 300 Гц обусловлен именно синхронным электромотором переменного тока, причем, что еще хуже, пики шумности перемещаются по этому диапазону в зависимости от изменения скорости судна [Knudsen, Mitson, 2002]. Как

Рис. 2.4. Шумовые характеристики НИС «Thalassa» (о) и «Corystes» (б) на скорости 11 узлов (красным цветом указаны границы Рекомендации ИКЕС 209)

Page 35: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

35

оказалось, несмотря на свои преимущества в стоимости, двигатели переменного тока мало подходят для пропульсивных систем со сниженным уровнем шума.

Одним из первых научно-рыболовных судов с электродвижением, у которых уровень шума был значительно снижен во всем спектре измеряемых шумов, было

НИС «Corystes» (Kay et al, 1992; Phoel et al, 1998]. Судно было построено еще в 1988 г. на верфи Ferguson Shipbuilders Port (Glasgow) для Центра научных исследований Министерства сельского хозяйства Великобритании (Centre for Environment, Fisheries and Aguaculture Science — CEFAS, Department of Agriculture & Fisheries) и до сих пор находится в строю.

Его пропульсивный комплекс состоит из двух дизель-генераторов переменного тока мощностью по 962,5 кВт, питающих два электродвигателя постоянного тока мощностью 597 кВт каждый, объединенных в виде тандема на общем валу. Изменением напряжения на электродвигателях можно плавно регулировать число оборотов 5-лопастного гребного винта фиксированного шага диаметром 3 м до 190 об/мин.

Использование виброизолирующих амортизаторов и прокладок для других ме-ханизмов позволило сделать это судно наиболее малошумным среди всех судов мирового научно-рыболовного флота того времени. В результате, шумовые характеристики НИС «Corystes» практически полностью укладываются в Рекомендации ИКЕС (см. рис. 2.4), что позволяет условно считать это судно прототипом первых НИС нового поколения [Mitson, 1995].

2.2. Непростой процесс рождения нового поколения рыболовных НИС: успехи и неудачи

Таким образом, к 1995 г. единственным доказанным методом для кардинального

снижения шума в рыбопромысловых исследованиях явилось применение судов с электродвижением. Такая схема пропульсивной установки имеет несколько важных преимуществ, включая относительную несложность шумовой изоляции главных дизель-генераторов от корпуса и отсутствие механической связи между ними и валом с гребным винтом, являющимся одним из наиболее излучающих шум элементов судового пропульсивного комплекса.

Электропривод гребного винта был очень популярен в 1960—1970-е годы. В этом случае дизель вращает генератор, а выработанная электроэнергия передается на малооборотные электродвигатели, которые вращают гребной вал. Однако в условиях подорожания нефти в 80-е годы преимущества дизель-редукторного привода перевесили достоинства дизель-электрического (КПД зубчатой передачи редуктора составляет примерно 97,5%, а электропривода тогда составлял около 90%), что снизило интерес к электродвижению судов.

После опубликования Рекомендаций ИКЕС этот интерес вернулся, тем более что применение современных схем управления электроприводом позволяет более эффективно регулировать число оборотов гребного винта, а его обратное вращение обеспечивается просто переключением полярности источника тока. Современный этап развития электродвижения на флоте также стал возможен благодаря интенсивному развитию силовой кремниевой электроники и повышению КПД передачи электроэнергии от первичного двигателя (например, дизель- генератора) на винт до 99% [Гильмияров, Цветков, 2006]. То есть сейчас достоинства электропривода начинают вновь перевешивать его недостатки.

Одним из важнейших элементов дизель-электрического пропульсивного комплекса является судовая энергетическая установка (СЭУ), или судовая электростанция. В отличие от СЭУ транспортных судов для СЭУ рыболовных НИС характерны следующие особенности:

Page 36: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

36

- частое изменение нагрузки и большое количество возможных режимов работы; соизмеримость мощностей электростанции и одиночных потребителей (напри-мер, траловой лебедки);

- частые предельные нагрузки режима работы электростанции; частые переходные режимы работы электрооборудования в условиях промысла. С учетом этих особенностей дизель-электрический пропульсивный комплекс, по сравнению с другими комплексами, использующими тепловые двигатели, является:

- наиболее экономичным за счет создания единой энергетической системы, так как дизель-генератор работает с постоянной частотой вращения при любом изме-нении частоты вращения гребного винта, что является наиболее экономичным ре жимом относительно расхода топлива;

- наиболее эффективным за счет высокой надежности, живучести и приспосо-бляемости к условиям плавания;

- способным поддерживать постоянную мощность при любых режимах: от сво-бодного хода до буксировки; при этом в электростанциях, состоящих из несколь-ких дизель-генераторов, имеется возможность выключать один или несколько из них (в том числе на регламентное обслуживание или ремонт), что обеспечивает больший коэффициент загрузки включенных дизель-генераторов, тем самым уве-личивая эффективность работы всей установки в целом;

- и наконец, наиболее экологичным за счет оптимальных условий работы ди-зельных двигателей и минимизации вредных выбросов.

В настоящее время в составе СЭУ главным образом используются дизель- генераторы переменного тока. Генератор переменного тока, входящий в состав дизель-генератора, обычно размещается на общем основании с дизельным двигателем. Одной из проблем является специфическая вибрация генератора из-за прямых «пазов», используемых в его конструкции для размещения обмоток. Это вызывает генерацию шума с частотой, зависящей от числа пазов и оборотов ротора.

Для минимизации этого эффекта используют специальную конфигурацию расположения пазов, например «елочкой», или применяют специально рассчитанную форму пазов. Для звукоизоляции дизель-генераторных установок от корпуса судна используют те же методы, что и для дизельных двигателей, при этом часто дизель-генераторы размещают в специальных звукоизолированных отдельных помещениях — «капсулируют».

В последнее время получил распространение вариант установки всего дизель- электрического агрегата (ДЭА) в сборе на так называемый плот — промежуточную платформу. Этот плот, масса которого составляет до 50—100% от массы ДЭА, изолированный от него и корпуса судна двойными метало-резиновыми амортизаторами типа «сэндвич», позволяет уменьшить уровень шума от вибрации двигателя более чем на 40 дБ [Mitson, Knudsen, 2003].

Для привода гребного винта на научно-рыболовных судах третьего поколения с электродвижением использовались гребные электромоторы как переменного, так и постоянного тока. Последние отличаются более высокой стоимостью и бо'льшими габаритами, однако, как показывает опыт создания малошумных подводных лодок и других военных кораблей, для рыболовных НИС они более эффективны.

Переменный ток от дизель-генераторов преобразовывается в постоянный посредством регулируемых тиристорных схем, что позволяет относительно легко управлять частотой вращения электродвигателя постоянного тока. Эта схема известна как «AC/DC» (переменный ток/постоянный ток) и рекомендована ИКЕС для всех строящихся судов.

Вал электродвигателя постоянного тока соединен непосредственно с валом гребного винта, проходящего через корпус судна, в связи с чем сам электродвигатель должен иметь очень низкий уровень вибрации. По этой причине в его конструкции также следует

Page 37: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

37

использовать рисунок «елочкой» или специально рассчитанную конфигурацию пазов, как было указано выше для генераторов переменного тока. Двигатель вращает винт с частотой от 0 до 200 об/мин, что производит широкий спектр частоты шума, но эти шумы относятся к низкочастотной области. Высокочастотный шум, вызываемый кавитацией гребных винтов, снижается за счет увеличения числа лопастей и придания им саблевидной формы. Удовлетворительным компромиссом считаются пять лопастей.

В соответствии с этой концепцией первым специально спроектированным научно-рыболовным судном нового поколения стало НИС «Scotia» (Великобритания), которое было построено на британской верфи Ferguson Shipbuilders Ltd. в Глазго по проекту фирмы Skipsteknisk A/S в 1998 г. (см. раздел 4.1.3). Этому судну предполагалось стать наиболее тихим НИС, и, кроме использования электродвижения и пятилопастного ВФШ с умеренной саблевидно- стью, в его конструкции еще много сделано для снижения шумового излучения с целью избежания отпугивания косяков рыбы и повышения эффективности использования гидроакустической аппаратуры [FNI, 19986].

Например, все судовые механизмы и трубопроводы имеют специальные вибро-изолирующие амортизаторы или специальные прокладки в креплениях для снижения вибраций. Боле того, после того как на первых испытаниях измерительные гидрофоны зарегистрировали телефонный звонок, раздавшийся из аппарата, закрепленного на переборке машинного отделения, была проведена полная ревизия судового оборудования и осуществлены дополнительные мероприятия по шумои- золяции потенциальных источников шума. Окончательные результаты измерений судовых шумов приведены на рис. 2.5, a [Mitson, Knudsen, 2003].

Специально для оценки реакции рыбных скоплений на низкочастотные шумы НИС

«Scotia» были проведены совместные акустические съемки запасов сельди в Северном море

Рис. 2.5. Шумовые характеристики НИС «Scotia» (a), «Celtic Explorer» (б), «CEFAS

Endeavour» (в) и «G.O. Sars» (г) на скорости 11 узлов (красным цветом указаны Рекомендации ИКЕС 209)

Page 38: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

38

[FNI, 2000а] вместе с малошумящим автономным подводным аппаратом (AUV) типа AUTOSUB [Millard et al, 1998). Эти исследования показали почти полную идентичность полученных результатов (r = 0,935, Р <0,001), что говорит о высоком уровне «шумовой скрытности» нового судна для регистрируемых косяков. Однако на рис. 2.5, а видно, что в высокочастотной части уровень шума НИС «Scotia» превышает граничные условия, рекомендуемые ИКЕС. Как показали дальнейшие исследования, причиной этого является несоответствие выбранного шага гребного винта и скорости обтекающего потока, что вызывает кавитацион- ные шумы на частотах выше 40 кГц.

С учетом накопившегося опыта первых лет эксплуатации НИС «Scotia», в 2002 г. на верфи Damen Shipyard в Голландии для Национального морского института Ирландии было построено НИС «Celtic Explorer» [FNI, 2000в; FNI, 2001а]. Судно (см. раздел 4.1.4) проектировалось на фирме Skipsteknisk A/S и по конструкции корпуса и пропульсивной установки является почти полным аналогом НИС «Scotia».

Однако конструкции гребного винта было уделено большее внимание, что сказалось на значительном улучшении шумовых характеристик (см. рис. 2.5, б) на высоких частотах по сравнению с предыдущим судном [Mitson, Knudsen, 2003]. В результате применения более экономичной схемы питания пропульсивной установки, более удобной планировки судовых помещений и палубных устройств, а также других улучшений оно было объявлено «судном года» [FNI, 2003а].

Следующие два НИС нового поколения были спроектированы также со строгим соблюдением требований, указанных в Рекомендациях ИКЕС, и построены почти одновременно в 2003 г. В результате их шумовые характеристики (см. рис. 2.5) полностью соответствуют требуемым уровням шума [Simmonds, MacLennan, 2005]. Одно из этих судов (см. раздел 4.1.5) — НИС «G.O. Sars» [FNI, 2000г; Ytterstad, 2000; FNI, 2003в] спроектировано уже имевшей опыт фирмой Skipsteknisk A/S и построено на верфи Flekkefjord Slipp & Maskinfabrikk A/S для Норвежского института морских исследований и Университета в г. Берген (рис. 2.8, в). Другое судно (см. раздел 4.7.1) — НИС «CEFAS Endeavour» [FNI, 20036, FNI, 2003г] спроектировано и построено уже британской верфью Ferguson Shipbuilders для Центра научных исследований Министерства сельского хозяйства Великобритании — CEFAS (см. рис. 2.5, в).

Однако рождение нового поколения европейских НИС было сопряжено и с крупными неудачами. Почти сразу после появления НИС «Scotia» в 2000 г. в строй вошли два судна, которые проектировались тоже с учетом Рекомендаций ИКЕС. Это НИС «Vizconde de Eza» [FNI, 20016] и НИС «Ami Fridriksson» [FNI, 20006]. Первое (см. раздел 4.3.1) построено на верфи Astilleros М. Cies (г. Виго) для службы рыболовного флота (Service of the Spanish Fishing Fleet) и океанографического института Испании (IEO — Instituto Espanol de Oceanografia). Проект второго судна (см. раздел 4.1.2) разработан исландской фирмой SkipaSyn для Института морских исследований Исландии, а построено оно на чилийской верфи Asmar (Talcahuano).

Эти суда оказались значительно дешевле, чем первое НИС нового поколения «Scotia», и, по первоначальным утверждениям судовладельцев, полностью соответствовали требованиям ИКЕС. Но именно дешевизна создания этих судов сыграла свою роль: через некоторое время выяснилось, что малошумность судов весьма условна и не соответствует границам Рекомендаций ИКЕС.

При проектировании этих судов, как оказалось, был допущен крупный просчет: на них вместо электродвигателей постоянного тока, как рекомендовано ИКЕС, были установлены более дешевые синхронные двигатели переменного тока. Вероятно, проектанты, не имеющие опыта создания малошумных судов, сумели убедить заказчиков, что главное в Рекомендациях ИКЕС — это применение электродвижения, а тип двигателя уже не так важен. Конечно, здесь сыграл свою роль и бюджетный фактор.

Page 39: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

39

В итоге, после неоднократных испытаний на гидроакустических полигонах выяснилось, что оба судна имеют значительное превышение уровня шума. Шумы НИС «Ami Fridriksson» (рис. 2.6, а) выражались в виде двух четко обозначенных «горбов» с максимумами примерно на 16 Гц (меньший) и 120—300 Гц (с превышением границ Рекомендаций ИКЕС до 12 дБ).

Область повышенного шума у НИС «Vizconde de Eza» (рис. 2.6, б) располагается практически с начала спектра и вплоть до частоты порядка 200 Гц, подобно шумам, обнаруженным ранее у НИС «Thalassa». Уровень этих шумов значительно меньше, чем у французского НИС, но имеет тот же характер: пики шумности перемещаются вдоль частотного спектра в зависимости от изменения скорости судна [Santiago, Carbo, 2002]. Шумы у обоих судов оказались в области максимальной чувствительности промысловых видов рыб, вследствие чего оба судовладельца были поставлены перед вопросом: что же теперь делать и как?

В этом плане интересный эксперимент проведен в Институте морских исследований Исландии. У него есть еще одно НИС — «Bjarni Saemundsson» (постройки еще 1970 г.), тоже с электродвижением, но с ГЭД на постоянном токе (1030 кВт). Как показали испытания в 2002 г., у судна оказались достаточно приличные шумовые характеристики (рис. 2.6, в), однако имеющие выбросы в районе горба НИС «Ami Fridriksson» (120—300 Гц) и повышенный шум винта в диапазоне частот выше 1 кГц.

В 2003 г было принято решение о замене на нем трех устаревших дизель- генераторов MAN по 410 кВт общей мощностью 1230 кВт, на новые дизель- генераторы Deutz MWM TBD616V12 общей мощностью 1620 кВт, подобные, установленным на НИС «Ami Fridriksson».

Рис. 2.6. Шумовые характеристики НИС «Ami Fridriksson» (а), «Vizconde de Eza» (6), a также НИС «Bjarni Saemundsson» до 2003 г и (в) и после 2003 г (г) на скорости 1) узлов

(красным цветом указаны рекомендации ИКЕС 209, графики и информацию о состоянии исландских судов любезно предоставил г-н P. Reynisson)

Page 40: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

40

По результатам испытаний, которые показали практически полное соответствие

модернизированного судна рекомендациям ИКЕС (см. рис. 2.6, г), стало окончательно ясно, что основной причиной несоответствия НИС «Ami Fridriksson» требованиям ИКЕС является ГЭД переменного тока. Однако, вопрос о замене ГЭД на новом судне, в связи со значительным объемом его финансирования, пока не решен. Примерно подобная ситуация сложилась и с ис-панским НИС «Vizconde de Eza». Однако здесь решение этого вопроса отложено до изучения опыта эксплуатации нового НИС «Miguel Oliver», введенного в строй в 2007 г. (см раздел 4.3.2). Все же, несмотря на эти неудачи, оба судна принято считать НИС нового поколения, так как они проектировались с учетом Рекомендаций ИКЕС и в перспективе их шумы планируется довести то требуемых уровней.

Особый интерес представляют собой американские НИС нового поколения, так как это первый проект, предназначенный для серийного производства. Все рассмотренные выше европейские суда нового поколения строились по индивидуальным проектам и зачастую без комплексного моделирования их шумовых характеристик. Чаще всего моделировались отдельно характеристики гребных винтов, корпуса судна или других узлов, влияющих на шумовые характеристики судна. Такой подход иногда приводил к досадным превышениям уровня шума на отдельных частотах при испытаниях новых судов (НИС «Scotia»), а иногда и к относительным неудачам (НИС «Vizconde de Eza» и НИС «Ami Fridriksson»), впрочем, значительно не влияющим на общий положительный эффект от выполнения Рекомендаций ИКЕС.

Крупные разработчики, например проектная фирма Skipsteknisk A/S или верфь Ferguson Shipbuilders Ltd., при создании новых судов учитывали опыт предыдущих проектов и применяли уже наработанные решения, а также использовали связи с проверенными поставщиками элементов пропульсивных установок, которые и проводили необходимые исследования.

В США, имеющих после России наиболее протяженные морские границы, ко-ординацией рыболовных исследований и функционирования научного флота занимается Национальная служба морского рыболовства (NMFS), входящая в NOAA.

Большая часть НИС, включенных в состав научного флота NMFS, построена в 60—70-х годах, в связи с чем к середине 90-х годов была разработана Программа замены и модернизации флота (FRAM).

В соответствии с Программой в период с 1996 по 2000 год планировалась постройка четырех новых НИС длиной 70 м и шести НИС длиной 50 м [FRAM, 1994). При разработке проектов этих НИС наибольшее внимание было уделено снижению уровня акустических шумов, стабилизации судна с использованием активных успокоителей качки, динамическому позиционированию и т.д. На время разработки и строительства новых судов, в соответствии с программой FRAM, проводилась модернизация действующих НИС, причем одной из целей модернизации также являлась апробация научно-технических решений, закладываемых в раз-рабатываемые проекты новых судов (Colvin, Perry, 1995).

Однако в связи с появлением Рекомендаций ИКЕС программа FRAM подверглась кардинальной переработке. В результате вместо ранее планируемых судов двух типов разработан проект нового «бесшумного» НИС FRV-40 длиной около 65 м [Hotaling et al, 2001], а количество новых судов на первом этапе реализации программы решено сократить до четырех. Естественно, в связи с разработкой нового проекта сдвинулись и сроки строительства новых НИС на период 2004—2008 годов. Впоследствии с учетом опыта постройки и эксплуатации новых судов, предполагается построить еще 3—4 судна. Головное судно нового проекта было построено в 2004 году, но в результате доводочных работ вошло в строй только в конце 2005 года под именем «Oscar Dyson» (FNI, 2004).

Page 41: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

41

Судно (см. раздел 5.1.2) проектировалось и строилось на верфи Halter Marine Inc. в г. Мосс Пойнт (Moss Point, Mississippi). В процессе проектирования учитывался опыт создания европейских судов нового поколения. Было проведено моделирование шумовых характеристик и экспериментальная проверка как отдельных элементов судна, так и полного комплекса. В частности, хорошие шумовые (рис. 2.7, а) и мореходные качества обеспечила оригинальная конфигурация подводной части носовой оконечности (рис. 2.7, б) — переход от V- к U-сечению, которая была специально спроектирована вместо привычной «бульбы» [Hotaling et al., 2001). Полная стоимость судна предварительно планировалась в размере 38,4 млн. долл. США, но в результате доводочных работ вылилась в сумму порядка 45 млн. долл. США.

Рис. 2.7. Шумовые

характеристики (приведены из третьоктавной шкалы) НИС

проекта FRV-40 — «Oscar Dyson» (а) и «Henry В. Bigelow» (г) на скорости И узлов (красным цветом указаны границы Рекомендации ИКЕС 209), а

также иллюстрации технических решений,

примененных в проектах этих судов (б, в)

Следу

ющее НИС проекта FRV-40 — «Henry В. Bigelow» вошло в строй

в 2007 году, и его стоимость уже составляла около 55 млн. долл., что было вызвано некоторыми конструктивными усовершенствованиями, которые были сделаны на основе опыта строительства и испытаний головного судна. В частности, для более эффективного снижения передачи вибрации и шума от дизель-генераторов к корпусу судна была использована двухступенчатая система шумоизоляции (рис. 2.7, в) амортизирующих платформ — фундаментов установок. Кроме того, предусмотрена изоляция бокового акустического шума от установок, передающегося корпусу судна через воздушное пространство на частотах порядка 200 Гц и выше (Fischer et al., 2006).

В результате уровни судовых шумов, особенно в низкочастотной части кривой, представленной на рис. 2.7, г, были снижены на 4—8 дБ [Otis, Bradley, 2007]. С целью дальнейшего снижения шумов на последующих судах проекта FRV-40 гребные электродвигатели постоянного тока фирмы ASI Robicon заменены на подобные, но еще более тихие фирмы Тесо Westinghouse, аналогичные установленным на НИС «G. О. Sars».

Все рассмотренные выше суда были относительно большими — их длина варьирует от 53 до 77 м, что позволяет достаточно свободно размещать элементы пропульсивной установки в различных конфигурациях с учетом применения разных средств снижения их шума. Но небольшие НИС изначально имеют больший уровень шума, а их размеры не позволяют

Page 42: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

42

использовать уже отработанные решения в размещении и шумоизоляции элементов пропульсивного комплекса в машинном отделении. Также изменяются размерные соотношения в подводной части корпуса и конструкции гребного винта.

Эти и многие другие проблемы были решены в 2004 году, когда вошло в строй 42-метровое НИС «Solea» (см. раздел 4.6.1), построенное для Федерального центра по рыболовству Германии [Hansa, 2004; S&H, 2004).

Примером сложности решения этих проблем может служить то, что установленный ранее 5-лопастный винт с целью снижения уровня кавитационных шумов пришлось заменить на новый — 7-лопастный. Тем не менее, у судна в высокочастотной части его шумовой характеристики (осредненной за 8 экспериментов), примерно на частоте 50 кГц, осталось неустраненное кавитационное превышение шума (рис. 2.8), аналогичное тому, которое наблюдается у НИС «Scotia».

2.3. Альтернативные попытки выполнения Рекомендаций ИКЕС №

209 Анализ конструктивных особенностей, влияющих на шумовые характеристики судов,

был бы не полон без рассмотрения такого крупного научно-рыболовного флота, как флот Японии. В отличие от европейских и американских судов японские новые научно-промысловые суда в своих конструкциях отличаются консерватизмом [FNI, 1997; FNI, 1998а].

Электродвижение на японских научно-рыболовных судах в чистом виде практически не применяется [Левашов, 2006]. На некоторых крупных судах используется гибридный пропульсивный комплекс. При тралении работает основной дизель-редукторный привод на 4-лопастные ВРШ. В процессе же акустической съемки судно идет только под электромоторами, которые питаются от отдельных дизель-генераторов. На переходах суда могут использовать оба привода, что позволяет развивать максимальную скорость, достигающую 17—18 узлов (Phoel, Meehan, 1996; Takao et al., 1998].

Примером использования подобной схемы может служить НИС «Kaiyo Маru», построенное в начале 90-х годов на верфи Tamano Works of Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd. (MES). Оно является одним из самых больших судов среди рыболовных НИС (длина 93 м) и предназначено для изучения биологических ресурсов и океанологических исследований Мирового океана на любой акватории — от границы дрейфующих льдов до тропической зоны.

Рис. 2.8. Шумовые характеристики НИС НИС «Solea» (о) на скорости 11 узлов (красным цветом

указаны границы Рекомендации ИКЕС 209), а вид пяти (б) и семи (в) лопастных винтов для этого судна

Page 43: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

43

Основой пропульсивного комплекса являются две дизельных установки мощностью по 3500 л. е., которые через редуктор обеспечивают работу 4-лопастного ВРШ диаметром 3,9 м. К редуктору также подсоединен малошумный электромотор мощностью 1100 кВт, который специально сконструирован для движения судна в режиме акустической съемки на скорости до 10 узлов. Питание на электромотор, как и на другое оборудование, подается от четырех дизель-генераторов мощностью по 750 кВт. Совместная работа обоих приводов позволяет развивать скорость до 17 узлов. Шумовая характеристика судна представлена на рис. 2.9, a [Takao et al., 1998].

Рис. 2.9. Шумовые характеристики НИС «Kaiyo Маrи» на скорости 10 уз (a), «Taka-Maru» на скорости 8 уз (б), а также НИС «Al-Amir Moutay Abdallah» на скоростях 10 и 11,6 уз (красным цветом указаны

Рекомендации ИКЕС 209) Следует отметить, что до недавнего времени в Японии не принимали во внимание

Рекомендации ИКЕС и большая часть шумовых характеристик японских судов в основном измерялась в диапазоне функционирования гидроакустической исследовательской аппаратуры, где японские судостроители добились определенных успехов, используя в основном традиционный дизель-редукторный пропульсивный комплекс.

Примером такого подхода является НИС «Така Маru», построенное в 1995 году для Японского агентства по рыболовству (Hatayama, 1995). Судно длиной порядка 30 м специально предназначено для гидроакустических исследований, и при его постройке использовались все известные на то время технологии. Особое внимание было уделено снижению кавитационных качеств гребного винта, что демонстрирует шумовая характеристика судна в диапазоне 500 Гц—20 кГц, представленная на рис 2.9, б [Takao et al., 1998]. В 2005 году при капитальном ремонте этого судна менялись резиновые шумоизолирующие амортизаторы дизельного двигателя и была проведена оценка шумовых качеств в низкочастотной области (Hasegava, 2006). Как оказалось, старые относительно жесткие амортизаторы имели резонансную частоту в 45 Гц, передавая на этой частоте вибрацию двигателя через корпус судна в водную среду. Новые, более эластичные, амортизаторы подавляли шум на этой частоте, но у них обнаружился резонансный пик на частоте 15 Гц.

Японские судостроители также прилагают значительные усилия для снижения шумности своих НИС и большего размера. Двигатели и генераторы силовой установки, а также другие судовые механизмы крепятся к корпусу судна с использованием шумоизолирующих амортизаторов и прокладок. В последние годы для уменьшения уровня вибрации на судах

Частота, кГц

Page 44: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

44

используется двухслойная резиновая система крепления главного двигателя с промежуточным основанием и однослойная для редукторной установки [Miura, 2003].

Для снижения шума также используется виброизоляция гребного винта от корпуса за счет включения упругих элементов в систему связей винта с валом и корпусом [Hatayama, 1995; FAJ, 1995). На некоторых судах с целью снижения уровня резонансных колебаний главного двигателя, передаваемых на винт, в вало- провод включена муфта типа «slip clutch» [Yoshimura, 2000], снижающая обороты винта. Этим обеспечивается режим работы двигателя на оборотах выше определенного значения, но ниже частоты резонансных колебаний движителя.

Все эти меры позволяют японским судам вести гидроакустические исследования с достаточно высокой эффективностью. Такому результату также способствует специальная конструкция 4-лопастного ВРШ, практически не вызывающего эффекта кавитации при его работе. Для снижения кавитационного шума стали применяться так называемые малошумные гребные винты, в конструкции которых реализуются некоторые идеи, направленные на задержку момента возникновения кавитации с увеличением частоты вращения [Korkut, Atlar, 2002].

Поскольку возникновение кавитации обусловлено не только конструкцией гребных винтов, но и условиями их работы, в частности неоднородностью поля скоростей натекающего потока, то одновременно реализовывались предложения по выравниванию натекающего потока. Все это позволило на 30 - 40% повысить докавитационные скорости и, соответственно, снизить уровни шума на закри- тических ходах. По утверждению японских судостроителей, примененное в конструкции винта «know-how» по бесшумности ставит эти НИС в ряд с новыми европейскими судами. Как винт, так и форма подводной части судов не вызывают эф-фекта кавитации практически на любой скорости хода.

В 2001 году на верфи Niigata Engineering Co., Ltd. для Научно-рыболовного института (National Research Institute of Far Seas Fisheries) было построено НИС «Shunyo Маru». В конструкции этого судна использована специально разработанная система управления и противодействия вибрации силовой установки на шести резонансных частотах, обнаруженных при заводских испытаниях силовой установки [Jsmea News, 2001]. Однако испытания готового судна показали, что на фоне описанной выше системы двухслойной виброизоляции, позволившей снизить уровень шума на 10 дБ, разработанная система управления и противодействия практически не оказывает влияния на снижение шума.

Более того, во всей системе силовой установки и ее виброизоляции обнаружено уже 18 резонансных частот, которые зависят от числа используемых виброизолирующих элементов, их упругости, расположения, конструкции, а также комбинации всех этих факторов, что практически не поддается управлению. Значительно больший эффект в снижении шума был получен в результате тщательной подгонки и балансировки отдельных элементов дизельной установки при ее сборке на заводе. В результате на испытаниях судно смогло показать приемлемый уровень шума в соответствии с требованиями ИКЕС, но только на скоростях до 10 узлов.

Примерно по такой же концепции в 2004 году на верфи Niigata Engineering Co., Ltd. для Hokkaido National Fisheries Research Institute построено НИС «Hokko Маru», которое сменило одноименное НИС 1976 года постройки. Судно строилось уже на основе результатов первых лет эксплуатации НИС «Shunyo Маru» и во многом повторяет хорошо зарекомендовавшие себя конструктивные решения. В состав пропульсивного комплекса входит сдвоенная дизельная установка мощностью 2 х 1471 кВт и 4-лопастный BPLU. Соблюдение Рекомендаций ИКЕС по уровню шума выполняется для скорости в 10 узлов, которая и принята для режимов акустической съемки.

Подобный подход используется Японией и при строительстве судов для зарубежных заказчиков. В 2001 году в Японии для Марокко было построено «тихое» 33-метровое научно-

Page 45: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

45

рыболовное судно «Al-Amir Moulay Abdallah» (Koyanagi, 2002; Yoshimura, Koyanagi, 2004). В его конструкции также была применена двухслойная система виброизоляции дизель-редукторной силовой установки, а конструкция 4-лопастного ВРШ предварительно моделировалась с испытанием нескольких прототипов в специальном бассейне [Korkut, Atlar, 2002]. В результате получены приемлемые шумовые характеристики на скорости до 10 узлов в высокочастотной области (рис. 2.9, в), но с выбросами в низкочастотной, причем их частота зависит от скорости судна, т.е. предположительно от характеристик редуктора.

Итак, исходя из опубликованных сведений, следует отметить, что до сих пор еще ни одному японскому НИС по уровню шума не удалось достичь требований ИКЕС на скорости 11 узлов, несмотря на все предпринимаемые усилия. Однако при постройке всех упомянутых судов уже старались руководствоваться Рекомендациями ИКЕС, хотя и использовали дизель-редукторный вариант пропульсивного комплекса. В связи с этим мы считаем, что перечисленные выше суда условно следует также отнести к НИС нового поколения, но с ограниченными возможностями.

В заключение краткого обзора японских попыток выполнения Рекомендаций ИКЕС следует рассказать и о некоторых экзотических вариантах. В 2005 году в строй вступило НИС «Enoshima Маru», построенное для научно-рыболовного центра префектуры Канагава (Kanagawa Prefectural Fisheries Technology Center). Характерной особенностью судна является наличие у него парусного вооружения (Yoshimura, 2002).

Хотя японские промысловые суда старой постройки и применяют паруса для экономии топлива (из-за этого их иногда и называют «шхунами»), их наличие у нового НИС вызывает некоторое недоумение. Однако этому есть неожиданное объяснение. Кроме экономии топлива, наличие паруса позволяет вести акустическую съемку на скорости до 7—9 узлов в условиях практически полного отсутствия судовых шумов без крупных капитальных вложений в конструкцию судна. Такой прием используется и на других префектурных НИС (например, «Fusami Маги», «Fuji Маги» и др.).

Кроме использования НИС, в мировой практике известны и другие решения в достижении Рекомендаций ИКЕС при акустических съемках. В 2002 году у южного побережья Франции в Средиземном море проводилась акустическая съемка с использованием однотипных научных эхолотов (ЕК500 и EY500), установленных на двух носителях.

В качестве одного из них использовалось НИС-катамаран «L'Europe» длиной 30 м, а в качестве другого — исследовательский катер (И/К) «Chlamys» длиной 10 м, роль которого заключалась в съемке на мелководье (Brehmer et al., 2003). Не касаясь сути и результатов самой съемки, отметим, что в ее процессе были проведены эксперименты с одновременными измерениями шумовых характеристик обоих носителей (рис. 2.10).

Эти эксперименты показали явное преимущество катера с бензиновым двигателем как значительно менее шумного, чем НИС с обычным дизель-редукторным пропульсивным комплексом. Выбросы на частоте порядка 50 Гц на представленных на рис. 2.10, б кривых предположительно обусловлены неудачным выборомисточника питания для акустической аппаратуры. Попутные акустические измерения, проведенные во время этих экспериментов, также подтвердили то, что при равных условиях скопления рыб разбиваются и уходят от НИС «L'Europe», в то время как движение И/К «Chlamys» практически не влияет на их поведение. При этом в одних и тех же местах аппаратура, установленная на катере, регистрировала зна-чительно большую концентрацию рыб, чем подобная на НИС.

Page 46: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

46

Рис. 2.10. Шумовые характеристики НИС «L'Europe» (а) и И/К «Chlamys» (б) на скорости 8 узлов (красным

цветом указаны границы Рекомендации ИКЕС 209)

Другое интересное и перспективное решение в достижении Рекомендаций ИКЕС при акустических съемках заключается в применении автономных необитаемых подводных аппаратов (AUV), которые спускаются с основного судна- носителя (НИС) для съемки окружающего судно района.

Первые эксперименты с подобным аппаратом «Autosub» длиной 6,8 м и диаметром 0,9 м (FNI, 2000а] показали, что шумы AUV примерно на 30 дБ меньше, чем у малошумного НИС нового поколения «Scotia», и на 39 дБ ниже границ Рекомендаций ИКЕС в диапазоне от 100 Гц до 5 кГц (Griffiths et al., 2001]. В то же время результаты параллельной с этим судном акустической съемки (оба носителя имели одинаковую аппаратуру ЕК500) дали почти аналогичные результаты, что свидетельствует о достаточно высокой «скрытности» первого малошумного НИС нового поколения для рыбных скоплений.

Рис. 2.11. Шумовые характеристики AUV «Autosub-2» на скорости 2,9 уз (a) и НИС «James Clark Ross» (б) на скоростях 2,2 и 10 уз (красным цветом указаны границы Рекомендации ИКЕС 209)

Подобный эксперимент проводился в 2001 году при использовании AUV «Autosub-2»

совместно с экспедиционным судном «James Clark Ross» в северной ча сти моря Уэдделла на

Page 47: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

47

границе антарктической ледовой зоны (Brierley et al., 2003) при изучении запасов антарктического криля. Уровни шума у НИС значительно выше, чем у AUV (рис. 2.11).

Подводный аппарат двигался примерно на 8 галсов впереди НИС, что составляло дистанцию порядка 53 км, причем скорость обоих носителей была близка к 2,5 узла. Анализ полученных результатов показал, что при средних значениях зарегистрированных плотностей криля существенных различий между обоими носителями обнаружить не удалось, однако на максимальных зарегистрированных значениях плотности данные AUV превышают данные, полученные НИС.

Одним словом, как оказалось, AUV является очень эффективным инструментом акустических съемок промысловых запасов, что во многом объясняется его малым уровнем шума, значительно меньшим, чем указано в Рекомендациях ИКЕС.

2.4. Распространение Рекомендаций ИКЕС No 209 на суда, привлекаемые для рыбопромысловых исследований

Как уже указывалось в первой главе, несомненный успех в создании рыболовных НИС

нового поколения сказался в последние годы и на строительстве зарубежных судов иного назначения, для которых рыбопромысловые исследования также являются одним из направлений в их использовании. В число таких судов входят многофункциональные НИС, экспедиционные суда для высоких широт, НИС с учебными функциями, промысловые суда, т.е. все те суда, которые часто ведут попутную акустическую съемку. В связи с этим в ТЗ на их проекты обязательно указывается необходимость соответствия Рекомендациям ИКЕС, а их пропульсивный комплекс использует принцип электродвижения со всеми сопутствующими технологиями

Примером таких судов являются испанское многофункциональное НИС «Sarmiento de Gamboa» и британское экспедиционное НИС «James Cook», построенные в 2007 году (см. разделы 4.3.3 и 4.1.6). Их шумовые характеристики практически полностью соответствуют Рекомендациям ИКЕС, причем последнее судно (рис. 2.12) имеет двухвинтовой привод (Wood, 2007). Однако на некоторых новых судах, для которых режим тралово-акустической съемки не является основным и соблюдение Рекомендаций ИКЕС допустимо на скоростях не превышающих 8—10 узлов, применяются и другие схемы электродвижения, отличающиеся от вышеописанных.

Рис. 2.12. Шумовые характеристики НИС «James Cook» (а) иа скорости 11 уз (красным цветом указаны границы Рекомендации ИКЕС 209) и вид на его гребные винты (б)

Page 48: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

48

Например, относительно небольшие НИС с учебными функциями, или, как их принято именовать за рубежом, «университетские» НИС, часто работают в прибрежных водах, заливах и на прочем мелководье, что требует малой осадки.

С этой целью на таких судах часто вместо одного гребного винта большого диаметра используется пропульсивная схема с двумя винтами, но меньшего диаметра. Примерами таких судов являются американское НИС «Hugh R. Sharp» и норвежское НИС «Gunnerus» (см. разделы 5.2.1 и 4.1.7), которые, несмотря на применение двухвинтовой схемы, имеют разные системы приводов.

На НИС «Gunnerus», длиной немного более 30 м и построенном в 2006 году, ис-пользована обычная двухвинтовая схема с двумя асинхронными электродвигателями мощностью по 500 кВт, которые через понижающие редукторы вращают два гребных винта фиксированного шага диаметром 2 м, с умеренной саблевидностью и установленных в кольцевых насадках. На рис 2.13 представлены обобщенные шумовые характеристики судна.

Эти характеристики [Det Norske Veritas, 2006J, в целом, близки указанным в Рекомендациях ИКЕС, однако у них есть три характерные области превышения границ. Во-первых, это частоты 20—50 Гц, что является результатом работы асинхронных двигателей переменного тока. Во-вторых, это результат работы редуктора, резонансная частота которого порядка 300 Гц (рис. 2.13, б). И наконец, в-третьих — на частотах порядка 40 кГц начинается кавитационная область гребных винтов (рис. 2.13, в). Что касается дизель-генераторов, которых у НИС три, мощностью по 450 кВт каждый, то их шум практически не проявляется. Дело в том, что они крепятся на шумоизолирующих платформах, причем средний из них (именно он предназначен для обеспечения хода в режиме акустической съемки) имеет двойную шумоизоляцию основания и заключен в специальный короб, обшитый шумоизоляционным материалом.

На НИС «Hugh R. Sharp», с целью снижения уровня судовых шумов в условиях ограниченных объемов этого судна длиной 44,5 м, применены две кормовые малошумные винто-рулевые колонки (ВРК) с Z-приводом типа Schottel SRP 330 М и с 5-лопастными гребными винтами фиксированного шага диаметром 1,4 м. Для привода ВРК использованы электромоторы постоянного тока мощностью 485 кВт при 1800 об/мин.

Рис. 2.13. Шумовые характеристики НИС «Gunnerus» (а) в зоне разброса данных полученных по 3-м выполненным подряд проходам на скорости 8 уз (красным цветом указаны границы Рекомендации ИКЕС 209), а также элементы пропульсивного комплекса — редуктор (б) и гребные винты (в)

Page 49: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

49

Эти ВРК первоначально были специально разработаны для минных тральщиков германского ВМФ [Bonney, Bahtiarian, 2007), причем ранее, в 2003 году, эти ВРК были уже апробированы на исследовательском судне НАТО «Leonardo». Питание ВРК поступает от четырех дизель-генераторов, мощностью по 460 кВт каждый, которые расположены в центральной части корпуса судна и установлены на металло- резиновых амортизаторах.

Морские испытания НИС показали почти полное соответствие характеристик судна Рекомендациям ИКЕС на скорости хода до 8 узлов (рис. 2.14). Однако здесь следует учесть, что эти характеристики относятся к ходу только на двух центральных дизель-генераторах, которые установлены на специальной отдельной платформе массой около 4,2 т, которая закреплена на палубе через дополнительные амортизаторы, т.е. является «плавающей», а окружающие переборки выполнены двойными и заполнены материалом, поглощающим шум.

При испытаниях судна на некоторых режимах все же были обнаружены выбросы на

границе Рекомендаций ИКЕС (на частотах 400—500 Гц) и превышающие эти Рекомендации (на частоте порядка 1800 Гц). В первом случае это вызвано неустранимым шумом редукторов Z-привода, а во втором — обусловлено «пением» одного из гребных винтов, возникающим время от времени [Bahtiarian, 2006) по не установленным пока причинам, и в дальнейшем этот эффект предполагается устранить.

Важной особенностью пропульсивного комплекса этого судна является то, что, хотя на нем используются дизель-генераторы, в будущем планируется заменить

их топливными элементами (ТЭ), которые позволяют получать электроэнергию на-прямую посредством водородных электрохимических устройств. По сравнению с дизель-генераторами ТЭ обладают более высокой эффективностью и высокими экологическими качествами — низкой загрязняющей способностью.

То есть в проекте этого НИС уже сразу заложен модульный принцип, что позволит по мере готовности ТЭ к промышленному производству заменить ими судовые дизель-генераторы. При этом следует отметить, что именно такой тип силовой установки является не только наиболее перспективным в условиях топливного кризиса, но и в связи с полной бесшумностью ТЭ [Гильмияров, Цветков, 2007], будет наиболее полно отвечать Рекомендациям ИКЕС.

И наконец, следует упомянуть сейнер-траулер с научными функциями «Libas», (Godo, 2004]. У судна обычный дизель-редукторный привод, но в проекте этого судна, построенного в

Рис. 2.14. Шумовые характеристики НИС «Hugh R. Sharp» (а) в зоне разброса данных полученных по 8-ми выполненным подряд проходам на скоростях от 6 до 8 уз (красным цветом указаны границы

Рекомендации ИКЕС 209)

Page 50: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

50

2004 г, сразу были предусмотрены научные функции и в максимально возможной степени учтены Рекомендации ИКЕС (рис. 2.15, а).

Для сравнения, на рис. 2.15, б представлены шумовые характеристики обычного сейнер-таулера «Eros» 1997 г. постройки, который, как и «Libas», регулярно привлекается для тралово-акустических съемок Бергенским институтом морских исследований.

2.5. Обобщенные условия для снижения шума при проектировании НИС нового поколения

Таким образом, оказалось, что на сегодняшний день единственным способом

кардинального снижения уровня шума является применение электродвижения. В результате для всех (за исключением японских) научно-рыболовных судов нового, «бесшумного», поколения и имеющих длину в пределах 50—77 м, утвердилась единая конфигурация пропульсивного комплекса, обеспечивающая шумовые характеристики в полном соответствии с требованиями ИКЕС. В нее входят:

- 3—4 дизель-генератора переменного тока на основе среднеоборотных дизелей мощностью по 1000—3000 кВт;

- 2 электромотора постоянного тока мощностью по 1000—3000 кВт, установлен-ных тандемом на общем валу;

- 5-лопастный гребной винт фиксированного шага с умеренной саблевидностью и диаметром 3,2—4,3 м.

Кроме того, на всех этих, а также на новых японских судах используются следующие конструктивные решения, способствующие снижению шума:

- дизельные двигатели и генераторы устанавливаются на собственные динамически сбалансированные и виброизолированные платформы, причем их резонансные частоты не должны совпадать;

- двигатели изолированы от генераторов гибкой муфтой; - помещения дизель-генераторов и других элементов пропульсивного комплекса

должны быть звукоизолированы;

Рис. 2.15. Шумовые характеристики сейнер-траулеров «Libas» (а) и «Eros» (б) на скорости 11

узлов (красным цветом указаны границы Рекомендации ИКЕС 209, графики любезно предоставил г-н Н. P. Knudsen)

Page 51: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

51

- все жидкостные и воздушные трубопроводы спроектированы малошумящими, а их впускные и выпускные патрубки имеют гибкое и виброизолирующее крепле-ние;

- вытяжные системы также имеют виброизолирующее крепление и гибкий подвод к двигателям;

- корпус судна спроектирован с учетом минимизации гидродинамического шума (минимум выступов, сглаживание краев, обтекатели акустических антенн и т. п.), причем корма должна обладать достаточной жесткостью для минимизации пропульсионной вибрации, а носовая часть не должна создавать кавитационный слой, достигающий акустических антенн;

- гидравлические системы должны проектироваться с минимизацией шума (ко-роткие трубопроводы с достаточным радиусом поворота и плавным изменением диаметра для регулирования скорости потока);

- все вспомогательные механизмы должны иметь эластичное крепление; желательно использование вязкого и упругого резиноподобного покрытия пе-реборок и второго дна.

Как показал опыт постройки судов нового поколения, соблюдение всех выше-перечисленных условий обеспечивает практически полное соответствие шумовых характеристик новых судов всем требованиям ИКЕС и однозначно гарантирует минимальный уровень шума на скоростях до 11 узлов включительно.

В заключение этого раздела следует отметить и другую немаловажную сторону результатов внедрения электродвижения на научных, а затем и на промысловых судах. Оно позволит не только снизить уровни судовых шумов, но и значительно повысить экономичность судовых энергетических установок за счет применения альтернативных видов топлива, а в будущем возможна и замена дизель- генераторов на топливные элементы без полной переделки судна. И, конечно, экологические качества таких судов будут на порядок выше, чем обычных.

2.6. Зарубежная нормативно-юридическая база в отношении снижения уровня судовых шумов, инициированная Рекомендациями ИКЕС

(Раздел написан в соавторстве с Е.А. Яковленковым) Рекомендации ИКЕС № 209 объясняют необходимость снижения шумов научно-

исследовательских судов, занимающихся оценками запасов рыбных ресурсов, и дают практические рекомендации по ограничению шумов, излучаемых в воду, что имеет особое значение для проектирования новых научно-исследовательских судов. Однако до недавнего времени нормативно-юридические документы, регламентирующие допустимые уровни шума, излучаемого в воду, для гражданских судов в судостроительной практике отсутствовали. Появившиеся в 2010 году «Правила DNV для классификации судов по уровню шумов, излучаемых в воду» свидетельствуют о том, что выполнение Рекомендаций ИКЕС № 209 является не просто данью моде, как считают некоторые «корабелы», а обязательным условием современного промыслового (и не только) судостроения. Подобная политика ведется и в судостроении США, где также готовятся подобные нормативные документы.

Однако, не смотря на отсутствие нормативных документов в период с 1995 г. до 2010 г., практически все НИС Европы и США уже строились с учетом Рекомендаций ИКЕС № 209 и соответствуют требованиям по уровню шумов, излучаемых в воду, о чем свидетельствуют, имеющиеся у них так называемые акустические паспорта. Для их получения, НИС нового поколения должны были проходить своеобразную аттестацию на специальных гидроакустических полигонах, где измерения шумов проводятся в частотном диапазоне от 10

Page 52: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

52

Гц до 100 кГц по специальным методикам, которые первоначально разрабатывались в соответствующих службах национальных ВМФ, а затем приспосабливались к рыбопромысло-вым целям.

Вот именно эти два вопроса и будут далее кратко изложены. 2.6.1. Правила DNV для классификации судов по уровню шумов,

излучаемых в воду Норвежское независимое классификационное и сертификационное общество Веритас

— DNV (Det Norske Veritas) с I января 2010 года ввело дополнительные правила классификации судов (Rules for Classification of Ships) по уровню шумов, излучаемых в воду (Silent class notation) (Rules..., 2010). Это связано с тем, что международное сообщество видит в судоходстве одну из угроз безопасности окружающей среде. Некоторые ученые относят подводные шумы на третье место среди угроз безопасности окружающей среде после изменения климата и химического загрязнения среды. Как классификационное общество, DNV собирается активно и сознательно действовать в области защиты окружающей среды. Однако, предполагается, что первое время классификация будет добровольной (optional).

Участниками (пользователями) этой сертификации на класс судна будут его собственники, операторы и проектанты, т. е. все те, кому должен быть известен уровень излучаемых шумов конкретных судов, и кому необходимо контролировать и регулировать этот уровень. Заказчиками такой сертификации также будут и судостроительные верфи, т. к. они захотят продемонстрировать потенциальным покупателям судов то, что их суда не имеют ограничений по возможностям использования.

Требования по уровням излучаемых шумов подразделяются на 5 классов, которые предусматривают четыре вида типовых операций: акустика, сейсмика, рыболовство, научные исследования, а также нетиповые операции, включающие работу и переходы с регулируемым (контролируемым) уровнем шумов для снижения вреда окружающей среде. Процедуры измерения излучаемых в воду шумов, необходимые для получения Класса по подводным шумам или Сертификата соответствия, должны проводиться в соответствии со специальными требованиями DNV — или самим DNV, или организацией, получившей одобрение DNV.

Предлагаемое деление на классы: SILENT-A — суда, использующие гидроакустическое оборудование, как важный

инструмент в производственной деятельности, например, суда для гидрографических или иных акустических съемок, океанские многофункциональные НИС, суда обеспечивающие укладку подводных трубопроводов, суда, выполняющие работы с участием водолазов, суда ВМФ и т.д. На рис. 2.16 представлены максимально допустимые уровни судовых шумов в 1/3 октавных полосах частот для класса SILENT-A.

Page 53: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

53

Рис. 2.16. Максимально допустимые уровни шумов в 1/3 октавных полосах частот для класса SILENT-A

Уровни судовых шумов измеряются в двух режимах, использующихся при съемке. Если имеется документ, указывающий на то, что включение подруливающих устройств не имеет никакого значения при съемке, то проводятся измерения только в стандартном режиме без участия подруливающих устройств — так называемый облегченный режим. Если же такого документа нет, а при съемке необходимо использовать подруливающие устройства, то необходимы две серии измерений уровней судовых шумов: в режиме без включения и в режиме с включенными подруливающими устройствами (или их имитации). Если же испытаний с подруливающими устройствами не требуется, то при стандартном (облегченном режиме) одновременно с главным двигателем все равно включаются подруливающие устройства, но на 40% мощности.

Значения скоростей должны содержать максимально допустимую скорость, при которой используется основное гидроакустическое оборудование, а также ожидаемые рабочие скорости для большинства операций. Основываясь на полученной информации, Общество (DNV) определит скорость (скорости) на которой будут проводиться испытания.

SILENT-S — суда, выполняющие сейсмические исследования. На рис. 2.17 пред-ставлены максимально допустимые уровни судовых шумов в 1/3 октавных полосах частот для класса SILENT- S.

Page 54: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

54

Рис. 2.17. Максимально допустимые уровни шумов для судов, выполняющих сейсмические съемки, SILENT-S

Измерения должны осуществляться при буксировке обычного сейсмического

оборудования (сейсмокосы) или при имитировании эквивалентной нагрузки при буксировке. Описание эквивалентной процедуры нагрузки для буксировки должно быть направлено в Общество (DNV) для утверждения до начала испытаний. Эквивалентные нагрузки могут быть рассчитаны или выбраны на основании измеренных величин для других судов, с аналогичным сейсмическим оборудованием. Измеренные уровни шума при выбранном тяговом усилии будут корректироваться с помощью рекомендаций DNV, касающихся явлений кавитации.

SILENT-F — суда, занимающиеся рыболовством. На рис. 2.18 представлены максимально допустимые уровни шумов в 1/3 октавных полосах частот для класса SILENT-F.

До проведения испытаний Обществу (DNV) сообщаются значения скоростей судна,

при которых обычно используется гидроакустическое рыбопоисковое оборудование. Значения скоростей должны содержать максимально допустимую скорость, при которой используется основное гидроакустическое оборудование, а также ожидаемые рабочие скорости для большинства операций. Основываясь на полученной информации, Общество определит скорость (скорости) на которой будут проводиться испытания.

Для обеспечения условий траления судно будет тащить свой обычный трал или альтернативный объект с эквивалентным тяговым усилием на дистанции как минимум 150 метров от судна на 4 узлах или наибольшей допустимой скорости, если она меньше 4 узлов. Трал или альтернативный объект не должны касаться грунта.

SILENT-R — суда, привлекаемые для проведения научных исследований или для выполнения других операций, критичных к шуму. Максимально возможные уровни шумов в 1/3 октавных полосах частот для научно-исследовательских судов представлены на рис. 2.19.

Рис. 2.18. Максимально допустимые уровни шумов в 1/3 октавных полосах частот для рыболовных судов SILENT-F

Page 55: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

55

Измерения должны осуществляться при использовании только того оборудования и

двигателей, которые необходимы для достижения и поддержки постоянного режима исследований и оговоренной скорости хода судна без буксировки какого-либо объекта и без использования подруливающих устройств.

Измерения проводятся на скорости 11 узлов, если максимальная длина судна больше 50 метров. Если эта длина меньше или равна 50 метрам, то измерения проводятся при скорости 8 узлов.

Максимально допустимые уровни шумов, указанные на рис. 2.19, соответствуют значениям, приведенным в Рекомендациях ИКЕС № 209 за исключением модифицированного участка для частот ниже 25 Гц.

SILENT-E — любые суда, желающие продемонстрировать управляемый (кон-тролируемый) уровень излучаемых шумов для снижения вреда окружающей среде. Максимально допустимые уровни шумов в 1/3 октавных полосах частот для этих судов представлены на рис. 2.20.

Измерения должны проводиться для двух различных режимов: на крейсерской скорости, которая является типичной для данного судна на переходе или скоростью, с которой следует судно при тяговом усилии на винте в размере 85% от максимального непрерывного усилия (мощности), и в стандартном режиме, как правило, облегченном, скорость для которого может быть только одна для каждого из двух типоразмеров судов. В стандартном режиме измерения проводятся на скорости 11 узлов, если максимальная длина судна больше 50 метров. Если эта длина меньше или равна 50 метрам, то измерения проводятся на скорости 8 узлов. Все машины должны работать в нормальном рабочем режиме в течение всего периода испытаний.

Частота центров третьоктавных полос, Гц

Рис. 2.19. Максимально возможные уровни шумов в 1/3 октавных полосах частот для научно-исследовательских судов — класс SILENT-R

Page 56: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

56

Судно, удовлетворяющее требованиям нескольких классов, может получить

комбинированный классификационный знак, например, SILENT-AE, означающий класс судов для акустических операций, а также класс судов с регулируемым уровнем излучаемых шумов — «среда». В табл. 2.1. приведены режимы и уровни шума в необходимых диапазонах частот для каждого рассмотренного класса судов.

Таблица 2.1. Уровни шума и необходимые диапазоны частот для каждого класса судов

Класс судна

(режим измерений) Уровни шума в дБ Диапазон частот

А (стандарт) 156- 121од/(кГц) 1 кГц — 100 кГц

А (с подрул. устр.) 165- 121од/(кГц) 1 кГц — 100 кГц

S (стандарт) 168 в каждой 1/3 октавной полосе 3,15 Гц —315 Гц

S (стандарт) 175 во всем диапазоне частот 3,15 Гц —315 Гц

F (поиск) 162 — 61од/ (Гц) 10 Гц — 100 Гц

F (поиск) 138 + 61од/ (Гц) 100 Гц — 1000 Гц

F (поиск) 156- 13,21од/(кГц) 1 кГц — 100 кГц

F (траление) 178 — 81од/ (Гц) 10 Гц — 100 Гц

F (траление) 162 в каждой 1/3 октавной полосе 100 Гц — 1000 Гц

F (траление) 162- 151од/(кГц) 1 кГц — 100 кГц

R (стандарт) 171,8-22.51од/(Гц) 10 Гц — 25 Гц

R (стандарт) 128,7 + 8,31од/ (Гц) 25 Гц — 1000 Гц

R (стандарт) 153,6- 121од/(Гц) 1 кГц — 100 кГц

Е (стандарт) 171 — 31од/(Гц) 10 Гц — 1000 Гц

Е (стандарт) 162- 121од/(кГц) 1 кГц — 100 кГц

Частота центров третьоктавиых полос, Гц

Рис. 2.20. Максимально допустимые уровни шумов в 1/3 октавных полосах частот для судов класса — «среда» SILENT-E

Page 57: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

57

Е (переход) 183 — 51одЛ(Гц) 10 Гц — 1000 Гц

Е (переход) 168- 121од/(кГц) 1 кГц — 100 кГц

2.6.2. Существующие методы и процедуры зарубежных стандартов по

измерениям уровней судовых шумов, излучаемых в воду

Как уже упоминалось в предыдущем разделе, имеющиеся в настоящее время полигоны для измерения уровней судовых шумов, излучаемых в воду, в силу своей специфичности большей частью относятся к военно-морским ведомствам. В качестве характерного примера, рассмотрим наиболее известный североевропейский акустический полигон в Хеггернес (Heggernes) под Бергеном (рис. 2.21), который используется для измерения шумов всех типов военных кораблей НАТО [Kolseth, 2004]. Там также проверяются и некоторые гражданские суда, в том числе НИС нового поколения. Этот полигон, работа которого началась в 1994 г., очень хорошо оборудован и является одним из немногих в мире, причем управляется он совместно Норвегией, Нидерландами и Германией.

В начале 1990-х ВМФ Германии, Норвегии и Нидерландов заключили соглашение о кооперации для постройки подводного акустического полигона. По различным критериям было оценено несколько возможных мест расположения. Окончательно был выбран Хеггернес под Бергеном и измерительная станция начала работать в 1994 г. Общую ответственность за работу и техническое обслуживание полигона несет командование тылового обеспечения Королевского военно- морского флота Норвегии.

Норвегия кроме своих кораблей Королевского норвежского флота также испытывает и корабли Королевского датского флота. Нидерланды и Германия проводят испытания своих кораблей самостоятельно. При этом Нидерланды отвечают за установку морской электроники и оптики, а техническая служба ВМС Германии обеспечивает калибровку гидрофонов. Каждой страной используются свои компьютеры со сменными жесткими дисками. Обработка результатов измерений для норвежских судов осуществляется в Хеггернесе, а данные по немецким и голландским кораблям обрабатываются в своих странах. Результаты испытаний архивируются на магнитный носитель. Комитет, в состав которого входят представители Министерств обороны Германии, Нидерландов и Норвегии ежегодно проводит заседания, целью которых является выбор основных направлений работы станции на следующий год. В зависимости от загрузки оборудования полигона и допуска в зону испытаний на полигоне от случая к случаю испытываются и корабли других стран, а также некоторые гражданские суда.

Целью акустических испытаний является измерение подводного шума, создаваемого кораблями на различных скоростях, то есть определяется акустическая подпись (сигнатура) корабля и оценивается уровень его скрытности. Новые корабли испытываются для определения соответствия уровня шума техническим требованиям проекта, а также требованиям стандартов НАТО. Также важно проверить, что новые корабли одного класса имеют почти одинаковые акустические сигнатуры. Измерение шума также проводится, например, после капитального ремонта, модернизации или установки нового оборудования с целью определения изменений в шуме корабля. Большим преимуществом полигона в Хеггернесе является то, что при глубине фиорда на участке измерений, достигающей 400 м, гидрофоны воспринимают меньше отражений от дна, и поэтому Хеггернес можно считать идеальным местом для испытаний такого рода. Вместе с тем, полигон расположен в «общественных» водах, поэтому полиция и береговая охрана следят за тем, чтобы посторонние суда не входили в район, пока там идут испытания. На полигоне проводятся как статические, так и динамические испытания кораблей.

Статические испытания Статические испытания проводятся при якорной стоянке корабля между тремя буями на статическом

полигоне. Два гидрофона (подводные акустические преобразователи) закреплены на дне моря (на глубине

Page 58: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

58

примерно 50 м от поверхности), по одному с каждой стороны корабля. Глубина достаточна для прохождения подводной лодки в погруженном состоянии. Гидрофоны соединены со зданием полигона кабелями длиной 2000 м. Также установлена телефонная линия для голосовой связи с кораблем на якоре. Для проведения испытаний на борту корабля по очереди запускаются все устройства (насосы, нагнетатели, вентиляторы, генераторы, кондиционеры и т. п.) и замеряется уровень производимого ими шума.

Динамические испытания Динамические испытания проводятся с кораблем, следующим определенным курсом. Шум,

создаваемый кораблем, анализируется при его прохождении определенной точки на курсе, называемой «ближайшая точка подхода» (closest point of approach — CPA). Используется пять гидрофонов. Один из них закреплен на дне моря, четыре — на вертикальных тросах (по 2 на каждом), их глубина под поверхностью регулируется при помощи гидравлической лебедки.

Рис. 2.21. Схема динамических испытаний на акустическом полигоне в Хеггернеc Для надводных кораблей верхняя пара гидрофонов устанавливается на глубине около

20 м под поверхностью, а нижние гидрофоны — на глубине около 90 м. Гидрофоны соединены со зданием полигона кабелями длиной 1500 м. Если гидрофоны будут расположены слишком далеко от источника шума, то соотношение сигнал-шум понижается — фоновый шум должен быть по крайней мере на 6 дБ слабее уровня тестируемого источника.

Важно и то, чтобы любое отклонение положения корабля относительно позиций измерительных гидрофонов находилось в допустимых пределах, так чтобы потеря энергии от корабля до гидрофона могла быть рассчитана при анализе. Для этих целей имеются поверхностные и подводные системы слежения, которые могут определить положение испытываемого корабля в любой момент времени.

Определить координаты надводного корабля с точностью до двух метров можно при помощи GPS (система глобального позиционирования). Положение погруженной подводной лодки определяется гидролокатором. Голосовая связь с надводным кораблем осуществляется при помощи защищенной цифровой линии радиосвязи или, для подводных лодок, при помощи подводного телефона. Эти системы позволяют вести непрерывный контроль за местоположением испытываемых кораблей

Оборудование полигона составляют системы высокочувствительных гидро- фонных датчиков фирмы Simrad, а также комплекс современной аппаратуры для записи и обработки акустических сигналов фирмы Bruel & Kjaer, необходимый для соблюдения стандартов проведения акустических испытаний, установленных

НАТО. Система обработки данных и программное обеспечение специально доработано под требования полигона, процесс сбора данных высокоавтоматизирован. Проводится

Page 59: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

59

частотная коррекция для точной калибровки величин сигналов гидрофонов, а также расчет поправок на дальность

Испытываемый корабль обычно делает четыре прохода — два на восток и два на запад. Результаты четырех проходов коррелируются. Эти данные загружаются в систему обработки данных. Программа считывает данные и один раз секунду проводит осреднение спектра. После этого строится график анализа в третьоктавном представлении. Именно так в 2002—2003 гг. на этом полигоне прошли испытания НИС нового поколения «Celtic Explorer» и «G.O. Sars» [NDLO/SEA..., 2003; Kolseth, 2004].

Более подробно полигонная схема и процедура измерения уровней излучаемых в воду судовых шумов изложена в упомянутых в предыдущем разделе правилах классификациисудов DNV по уровню шумов, излучаемых в воду (Silent class notation) —точнее, в Приложении A (Rules..., 2010).

Несколько иная схема и процедура предложена Рабочей группой 47 (Working Group-47), организованной в составе Акустического общества США, которая занималась подготовкой стандарта на измерение уровня судовых шумов, излучаемых в воду.

Это первый в США гражданский национальный стандарт, касающийся идентификации и методов измерения судовых шумов, излучаемых в воду. Стандарт описывает требования к инструментальному обеспечению измерений, процедуру проведения измерений, методы обработки результатов измерений. В декабре 2009 года стандарт был анонсирован и ему присвоен номер ANSI/ASA S12.64—2009/Part 1, «American National Standard, Quantities and Procedures for Description and Measurement of Underwater Sound from Ships-Part 1: General Reguirements».

Стандарт вводит три градации измерений: А — точный метод, В — инженерный метод, С — съемочный метод. Каждой из градаций соответствует своя область применения, методология измерений, инструментальная точность, количество повторных серий измерений и другие характеристики.

Именно по схеме, предлагаемой новым стандартом, проводились испытания американских НИС нового поколения проекта FRV-40 (рис. 2.22). Главным отличием этой схемы от европейского варианта является отсутствие жесткой привязки к полигону с береговой станцией (рис. 2.22) и применение вместо них вспомогательногосудна, например, при испытаниях НИС «Henry В Bigelow» в 2006 году это было T-AG195 «Hayes» (Otis, Bradley, 2007).

Page 60: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

60

Рис. 2.22. Схема динамических испытаний на акустическом полигоне с использованием вспомогательного судна

Испытания состоялись 10—11 апреля 2007 г в Атлантическом центре подводных

испытаний на Багамских островах. Вспомогательное судно было поставлено на якорную бочку примерно в 70 милях к югу от берегового центра. Глубина моря в этом месте была более 4400 футов. Измерения велись с помощью косы гидрофонов расположенных на глубинах 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 и 800 футов. Обработка сигналов проводилась на T-AG195 «Hayes», где имелась вся необходимая аппаратура. Испытываемое НИС 6 раз проходило контрольную дистанцию мимо гидрофонной косы на скорости 11 узлов (которая является критической) и на минимальном расстоянии (CPA) 100 м, 3 раза левым бортом и 3 раза правым. Затем данные усреднялись. На других скоростях, как правило, выполнялось по 4 прохода.

Активную работу по созданию новых стандартов для классификации шумов, излучаемых в воду морскими судами, с описанием методов измерений шумов, форматов отчетных данных по измерениям ведут соответствующие комитеты и рабочие группы Международной морской организации (IMO) и Международной организации по стандартам (ISO). Цель разработки новых международных стандартов в ограничении шумности морских судов для устранения негативного влияния излучаемого в воду шума на морскую среду и ее обитателей.

ГЛАВА 3. ВЗАИМОСВЯЗЬ СУДОВОЙ АРХИТЕКТУРЫ, НАЗНАЧЕНИЯ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ

РЫБОЛОВНЫХ НИС

Практически все научно-рыболовные суда нового поколения имеют кормовую схему траления, что определяет соответствующий архитектурный тип, присущий кормовым траулерам, — с удлиненным баком, переходящим в среднюю надстройку Но в отличие от судов

Page 61: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

61

третьего поколения, новые суда не имеют промыслового прототипа: все они спроектированы практически «с чистого листа».

Характерные особенности формы корпуса, присущие промысловым судам, обеспечивают хорошие мореходные качества. Высокие надводные борта в сочетании с их значительным развалом в носовой оконечности и достаточно наклонным форштевнем значительно снижают заливаемость, а также смягчают килевую качку и улучшают всхожесть судна на волну. От формы подводной части корпуса судна зависят характеристики гидродинамических шумов, причем особое внимание при этом уделяется форме носовой части судна и его днища.

Дело в том, что поверхностный слой вспененной в ветреную погоду воды на ходу судна с плоским днищем обтекает блистеры гидроакустических антенн и отрицательно влияет на эффективность работы этих антенн. Отводу вспененного слоя в стороны способствует V-образная форма корпуса, но, с другой стороны, такая форма не будет оптимальной для работы НИС в дрейфе, особенно в плохую погоду. Одним из компромиссных вариантов является размещение антенн на переходе V-образной носовой части судна к его плоскому днищу.

Другим характерным признаком экспедиционных судов является малая величина отношения их длины к ширине, что повышает маневренность НИС. Увеличение ширины судна также позволяет более удобно разместить рабочие места и необходимое палубное оборудование для ведения забортных работ с зондирующей аппаратурой.

Кроме промыслового вооружения, оборудования для ихтиологических и тех-нологических исследований, а также рыбопоисковой гидроакустической аппаратуры, научно-рыболовные суда оборудованы комплексом технических средств для исследований, охватывающих все звенья трофической цепи и состояние среды обитания промысловых объектов [Левашов, 2003]. Сюда входят зондирующие и буксируемые измерители, проточные анализаторы, устройства отбора проб и другие приборы для оценки характеристик морской воды.

Для проведения работ с погружаемой аппаратурой и планктонными сетями суда имеют рабочие площадки и палубное оборудование: лебедки, устройства вывода троса с оборудованием за борт и т. п. Бортовые блоки измерителей вместе с компьютерными устройствами обработки и представления данных обычно размещаются в специализированных лабораториях. Нужны помещения для хранения забортного оборудования и отобранных проб. Все это вместе является так называемым палубно-лабораторным комплексом (ПАК), состав и расположение которого регламентируют требования к типу и особенностям конструкции судна [Каллио, 1988; Рамазин, Жаворонков, 1988].

Еще на судах третьего поколения впервые появился ряд решений, связанных с оснащением судна и расположением судового научного оборудования. Наиболее удачные решения, связанные с конфигурацией ПЛК [Левашов, 2003], а также подводные конструкции для акустических антенн применены при создании судов нового поколения. Именно эти части ПЛК, требующие особого внимания при проектировании судна, представляют особый интерес и будут рассмотрены далее более подробно.

3.1. Элементы судовой архитектуры и промыслового оснащения Практически все современные НИС для рыболовных исследований выполнены с

кормовой схемой траления. Повсеместное строительство рыбопромысловых судов кормового траления началось в начале 50-х годов прошлого века [Campbell, 1995). Переход на кормовое траление изменил архитектуру траулера, увеличил его оснащенность технологическим оборудованием, поисковыми приборами, упростил орудия лова, значительно увеличил автономность плавания и т.д. [Мельников, Лукашов, 1981].

Page 62: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

62

Таким образом, современные большие рыболовные НИС, предназначенные для автономной работы в отдаленных районах Мирового океана, по своей сути представляют собой рыболовные траулеры со специфическими архитектурно- компоновочными и конструктивными решениями. Для них характерен удлиненный бак, переходящий в П-образную (в плане) надстройку, что позволяет увеличить длину промысловой палубы от сопряжения со слипом вплоть до носовой оконечности судна под палубой бака. Такое решение частично защищает промысловую палубу со стороны бака и с бортов от непогоды. Суда имеют транцевую корму со слипом (для втягивания трала) и объединенную навигационно-промысловую рубку, обеспечивающую круговой обзор. Для этих судов также характерно районирование функциональных зон (промысловой, производственной и жилой), а также простота коммуникаций внутри каждой зоны и между ними.

3.1.1. Классификация судов по размерам

Основными элементами архитектуры, отличающими одно судно от другого, являются

их геометрические характеристики или главные размерения, из которых основными являются длина и ширина судна. Как уже упоминалось, начиная с 1990 г до настоящего времени, за рубежом построено более 200 судов длиной более 25 м, используемых в той или иной степени для рыбопромысловых исследований, и порядка 20 проектов НИС находятся в различной степени реализации. Все эти суда, по их максимальной длине, согласно зарубежной классификации, принятой в США и в европейских странах, подразделяются на 4 основные группы:

Глобальный класс (длиной более 80 м). В его состав в основном входят мно- гофукциональные и экспедиционные НИС обладающие неограниченным районом плавания и автономностью более 60 суток. Рыбопромысловые исследования на этих НИС ведутся как составляющая часть комплексных международных и национальных программ по изучению Мирового океана.

Океанский класс (длиной 55—80 м). Включает, кроме обычных многофунк-циональных НИС, большую группу специализированных рыболовных НИС для исследования запасов океанских промысловых районов и среды обитания ВБР. Район плавания этих судов, как правило, ограничен кромкой полярных льдов, а автономность — не менее 45 суток.

Региональный класс (длиной 35—55 м). Состав судов и задачи аналогичны океанским НИС. Основное отличие — это районы плавания, которые включают моря и прилегающие океанские акватории. Автономность может достигать 40 суток.

Локальный класс (длиной 25—35 м). Суда преимущественно прибрежного плавания. Возможна узкая специализация в области рыбопромысловых исследований. Автономность не более 20 суток.

На рис. 3.1. представлена динамика строительства начиная с 1990 г, большинства зарубежных НИС длиной более 25 м, сгруппированных по указанным размерным группам. Как видно на этом рисунке, в общей сложности, за указанный период ежегодно вступало в строй примерно от 8 до 24 судов, т. е. за 20 лет за рубежом было построено более 200 единиц судов, в той или иной степени предназначенных для рыбопромысловых исследований.

Page 63: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

63

Рис. 3.1. Динамика строительства большинства зарубежных НИС длиной более 25 м

Основные максимумы интенсивности строительства приходятся на периоды 1991 —

1995 гг. и 2001—2007 гг. Спад интенсивности строительства в 1995—1997 гг. вызван публикацией Рекомендаций ИКЕС № 209 и внесением соответствующих корректировок в проекты новых судов. Следует отметить рост в последние годы доли рыболовных НИС глобального и океанского класса, что может служить индикатором повышения интереса к промысловым районам открытого океана. Вместе с тем, это явление может быть объяснено просто отсутствием публикаций о строительстве малых судов, ввиду незначительности таких событий, по сравнению со строительством больших НИС.

На рис. 3.2 представлена построенная по результатам анализа гистограмма рас-пределения общего числа единиц судов, построенных и проектируемых в рассматриваемый период, сгруппированных по их максимальной длине с интервалом через 5 м на фоне размерных групп в соответствии с приведенной выше зарубежной классификацией.

Для сравнения, было бы целесообразно на этом же рисунке отобразить и границы размерных групп принятых в отечественной классификации. Однако, в отличие от зарубежной классификации, в соответствии с российскими нормативными документами, в качестве длины судна подразумевается его длина по перпендикулярам. Таким образом, у нас суда классифицируются по размерным группам как малые (24—34 м), средние (34—65 м), большие (65—100 м) и крупные — суперсуда (более 100 м). В связи с этим, границы указанных размерных групп пришлось ориентировочно привести к максимальной длине судов. На рис. 3.2. эти границы показаны красным цветом.

В принципе не так важно, какое значение длины судна правильнее применить для классификации — по максимуму или по перпендикулярам. Однако, если сравнивать принципы разбивки по группам судов и их размерные границы, можно заметить, что зарубежная классификация в большей степени отображает функциональное назначение и научные качества судов применительно к районам и условиям исследований. Как известно, за рубежом размеры

Page 64: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

64

проектируемых судов задаются будущим судовладельцем исходя из собственных потребностей и условий эксплуатации, т.е. естественным образом, в отличии от отечественного судостроения, где главенствует нормативная документация. Косвенным подтверждением правильности такого вывода служат положения максимумов чисНИС, приходящиеся на середины зарубежных размерных групп, как указано на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Распределение численности построенных и проектируемых НИС по их максимальной

длине за период 1990—2012 гг

В результате анализа, выявилось, что в региональном и океанском классе имеется значительное число судов с учебными функциями. Главным образом это суда японской и корейской постройки, которыми владеют высшие и средние учебные заведения, готовящие специалистов для рыболовных отраслей этих стран. Научное оснащение этих судов и факт координации их деятельности с, например, Японским рыболовным агентством позволяют отнести эти суда также к группе НИС, но с учебными функциями. Целесообразность этой особенности японского и корейского НИФ заключается в том, что практиканты, участвуя на своих судах в процессе исследований по планам агентства, сразу получают представление о значении научного подхода в рыболовстве. При этом в распоряжении руководства рыболовных отраслей этих стран оказываются дополнительные суда для промысловых исследований. Также следует отметить, что эта группа судов, размерами 40—75 м с типичной максимальной длиной 55—60 м, не подчиняется принятой в США и европейских странах классификации и больше соответствует отечественной группе «средних» судов.

Таким образом, если рассматривать рис. 3.2, за вычетом судов с учебными функциями, четко просматривается распределение с судов с максимумами в центре размерных классов, что свидетельствует о правильно выбранных границах в приведенной зарубежной классификации. В связи с этим, далее рассматриваемые характеристики НИС будут привязаны именно к этой классификации.

Page 65: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

65

Для локального (прибрежного) класса, типичная максимальная длина НИС составляет 30—35 м, для регионального класса — 40—45 м, для океанского класса — 65—70 м, и для глобального класса — 90—95 метров. При этом следует отметить, что зарубежные строители не связаны нормативными документами на обязательную привязку проектируемых НИС к границам размерных групп, а руководствуются планируемыми задачами и условиями плавания в заданных акваториях. Т.е. рассматриваемая зарубежная классификация является естественно сформированной в результате отбора наиболее удачных конструкций судов.

3.1.2. Особенности архитектуры рыболовных НИС

Кроме длины судов, для оценки научных качеств судов в части их размерных

характеристик, большое значение имеет ширина судов. Однако обычно рассматривается величина отношения главных размерений — длины судна к его ширине (Д/Ш). Это отношение является одним из основных показателей, характеризующих его эксплуатационные качества — его мореходность, вместимость и обитаемость.

С одной стороны, величина Д/Ш характеризует ходкость судна — чем она больше, тем судно легче на ходу, быстроходнее и, в конечном счете, имеет меньшее потребление топлива на переходах. Однако при этом снижается маневренность и требуется площадь пера руля больших размеров.

С другой стороны, снижение отношения Д/Ш позволяют, кроме улучшения маневренности, более оптимально расположить элементы палубно-лабораторного комплекса и улучшить условия обитаемости.

Рис. 3.3. Распределение средне-годовых величин отношения Д/Ш и соответствующих линий трендов для

построенных и проектируемых судов по годам их ввода в строй в период 1990—2012 гг.

Page 66: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

66

Вместе с тем, как оказалось, за последние 20 лет величины Д/Ш зарубежных НИС претерпели значительные изменения. Для анализа характера их изменения были выбраны среднегодовые величины Д/Ш судов регионального и океанского класса, причем они были дополнительно разделены на НИС западной постройки (США и Европа) и НИС восточной постройки (Япония, Корея и др.). В отдельные группы выделены суда с учебными функциями (УТС), которые в основном являются судами восточной постройки. Отобранные данные для всех выбранных групп судов нанесены в виде соответствующих маркеров на графике, представленном на рис. 3.3. Данные по глобальному и локальному классам судов в анализе не использовались, так как для больших оказалось недостаточно данных, а малым НИС присуще большая вариабельность размерений в связи с их разнообразной специализацией.

В результате регрессионного анализа были выявлены тенденции (см. линии тренда на рис. 3.3.) изменения величин Д/Ш для вышеупомянутых групп судов.

По приведенным на графике величинам достоверности квадратичной аппроксимации, наиболее надежной можно считать тенденцию снижения величины Д/Ш для НИС океанского класса западной постройки (R2 = 0,6685), которая находится на границе от заметной до значительной. Аналогичная тенденция, но со слабой достоверностью (Л2 = 0,1591), наблюдается также для западных судов регионального класса. Для восточных НИС обоих классов также наблюдается тенденция от умеренной (Я2 = 0,3319) до заметной (Л2 = 0,5881), но с более заметными квадратичным характером кривой. Ее средний выгиб вверх объясняется традиционной консервативностью японской школы при принятии новых конструкторских решений с некоторым запозданием.

Что касается УТС, то тенденция большего роста величины отношения Д/Ш океанского класса (с умеренной достоверностью) по отношения к региональному, свидетельствует о прагматическом подходе японских судостроителей к проектам океанских УТС. Т. е. для увеличения вместимости судов в корпус региональных УТС добавляют дополнительную вставку при неизменной ширине судна. Такое предположение получило свое подтверждение и при оценке палубных планов нескольких пар японских УТС обоих классов.

Таким образом, с достаточной степенью достоверности можно считать, что вы-явленные тенденции свидетельствуют о почти равномерном снижении величины отношения Д/Ш в период с 1990 г. по 2012 г. для океанских (от 5,3 до 4,4) и региональных (от 4,6 до 4,2) НИС западной постройки. Для НИС восточной постройки характер изменения другой —величина Д/Ш в среднем для обоих классов растет от 4,7 с плавным перегибом в 2000 гг (5,7), и затем спадает до 4,4. При этом в настоящее время значения всех рассмотренных групп НИС колеблются 4,4—4,6. Суда восточной постройки с учебными функциями (УТС), как выяснилось, в силу своей специфики, не отображают общемировых тенденций, и далее рассматриваться не будут.

Итак, для новых НИС зарубежной постройки величина отношения длины судов к их ширине варьирует от 4,2 до 4,7, что повышает их маневренность. Однако большее значение имеет то, что относительное увеличение ширины судна позволяет более удобно разместить рабочие места и необходимое палубное оборудование для ведения забортных работ с зондирующей аппаратурой. Учитывая, что практически на всех новых судах дымовая труба расположена по левому борту, куда сдвинута и большая часть средней надстройки, рабочая зона для забортных значительно увеличивается.

Таким образом, для проведения исследований, кроме кормовой части траловой палубы, используется рабочая зона, выделенная по правому борту в центральной части главной палубы или немного ближе к корме. Вокруг рабочей площадки для забортных работ располагаются лаборатории и вспомогательные помещения.

Применение нестандартного архитектурного решения с асимметричным рас-положением дымовой трубы и средней надстройки позволяет получить следующие преимущества:

Page 67: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

67

- рабочие места на траловой палубе и вдоль правого борта хорошо защищены от ветра и заливания с носа и с противоположного борта;

- ширина рабочей площадки по правому борту увеличивается за счет ликвидации прохода и рабочих площадок по левому борту;

- работы с погружаемой аппаратурой ведутся в «чистой воде», так как все отверстия сливных систем можно вывести на нерабочий борт;

- упрощаются коммуникации между рабочими местами на палубе и общая орга-низация проведения работ;

- улучшается наблюдение с командных постов и мостика за работами с погружаемой аппаратурой;

- для научного состава и штурманской службы работа по правому борту является более естественной и привычной, а смена правого борта на левый потенциально грозит аварийными ситуациями (например, неправильный выбор наветренного борта может вызвать потерю зонда при его выборке);

- существующие методики и наставления по работе на станциях в основном ори-ентированы на правый борт.

Впервые такое архитектурное решение появилось на научно-рыболовных судах третьего поколения [Юльхяйнен, 1988; Рамазин, Жаворонков, 1988; Каллио, 1988). Оно хотя первоначально и вызвало нарекания со стороны некоторых проектировщиков, оказалось очень удачным, и теперь большинство современных экспедиционных судов выполнены «кособокими».

3.1.3. Промысловое оборудование Промысловое оборудование (лебедки и краны) для тралового лова, как правило,

располагается в районе промысловой палубы. При этом особое значение имеет увеличенная длина этой палубы, которая на современных кормовых траулерах делится на две или три продольных части, что обеспечивает возможность работы тралами по схеме дубль или трипль (попеременно двумя или тремя тралами), а также возможность работы спаренными или строенными тралами. Пространственно, добывающее оборудование имеет ярусное размещение и, в соответствии со своим назначением, располагаются в трех зонах:

В корме находятся специализированные главные траловые (или ваерные) лебедки. В зависимости от их числа и используемой промысловой схемы, эти лебедки обычно размещаются на уровне траловой палубы или палубой выше, в некоторых случаях — под траловой палубой.

В носовой части траловой палубы (на промысловых судах типа Стеркодер она продолжается вплоть до носовой оконечности под палубой бака) размещаются кабельно-вытяжные лебедки (по две на трал), которые могут быть как раздельные, так и совмещенные.

В районе открытых участков кормовой части верхней палубы располагаются вспомогательные промысловые лебедки (джильсоновые, подтягивания кутка, спуска трала и пр.), а также краны для промыслово-грузовых работ.

Чтобы снизить трудоемкость работы с тралом и требования к размерам промысловой палубы, сначала на малотоннажных, а затем и на крупнотоннажных траулерах стали применять кабельно-сетные барабаны (лебедки) для выборки и намотки кабелей и передней части трала, а также подсушки улова. Известны кабельно-сетные барабаны, разделенные на две секции, для отдельной намотки двух разных тралов. На крупных судах лучшей считают схему с двумя кабельно- сетными барабанами для работы по системе «Дубль». Барабаны обычно устанав-ливают ближе к миделю или к носовой части судна, освобождая большую часть палубы для работы с тралом (Мельников, 1991].

Page 68: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

68

Практически на всех современных траулерах, а следовательно и на НИС с кормовым тралением в качестве добывающего оборудования, как уже упоминалось выше, используются специализированные главные траловые лебедки (они же ваерные), сетные барабаны, кабельно-вытяжные лебедки, а также, в зависимости от модификаций траловой схемы, ряд вспомогательных лебедок (джильсоновые, подтягивания кутка, спуска трала и пр.). Все эти лебедки имеют гидравлический или электрический привод, и именно это различие является одним из важнейших факторов для оценки необходимой энерговооруженности рыболовных НИС.

При выборе системы привода (двигателя) для любых добывающих лебедок во внимание принимается целый ряд разнообразных и в то же время местами связанных между собой факторов. Например, чтобы определить величину подводимой к лебедке мощности, необходимо также оценить КПД, используемых в них двигателей. Потери для электродвигателей составляют 4—5%, в типичных гидравлических приводах — 5—10%, Кроме потерь в двигателях, рассматриваются и потери в других узлах, используемых в лебедке, — потери редуктора составляют 4—5%, потери в контроллере для смены скорости в двигателе — 10%; существуют и другие потери, например, в гидравлическом трубопроводе.

Таким образом, в зависимости от определенной системы двигателя и качества выбранных компонентов, реальные потери в лебедке могут составлять:

23—30% для электрических лебедок с частотным управлением; 29—40% для гидравлических лебедок. В общем, для двигателя электрической лебедки требуемая подводимая мощность

составляет от 1,3 до 1,5 величины кабельной мощности, а для гидравлической лебедки требуемая подводимая мощность в 1,4—1,7 раза превышает кабельную мощность.

Кроме относительно низкого КПД гидравлические лебедки имеют и другие недостатки. Если электрические лебедки могут располагаться в любом подходящем месте, то для гидравлических необходима прокладка трубопроводов высокого давления или рядом необходимо место для гидравлической станции. При питании нескольких гидравлических устройств от одной станции, возможно перераспределение давления при включении или выключении одного из устройств, что сказывается на работе лебедки в виде резкого изменения ее скорости. К минусам гидравлических лебедок также можно отнести высокие эксплуатационные расходы и частоту отказов в работе, которая значительно выше, чем у электрических лебедок.

В месте с тем, гидравлические лебедки, по сравнению с электрическими, имеют ряд преимуществ. Их мощность может достигать высоких значений, в устройствах их управления легко реализуется возможность плавного изменения скорости, они менее шумны, имеют больший срок службы. Среди производителей гидравлических лебедок наиболее известны норвежские фирмы Rapp Hydema и Ulstein Brattvaag, лебедки которых установлены на многих исследовательских судах. Главным образом это потому, что управлять скоростью и тяговым усилием с использованием гидравлического двигателя легче, и лебедки лучше реагируют на движение судна в море, что позволяет обеспечивать постоянную тягу на траловых досках. Это повышает уловистость, особенно в плохую погоду, и снижает возможность повреждения орудий лова.

В последнее время все чаще на судах стали устанавливать промысловые лебедки с электрическим приводом. Стоимость лебедок с электрическим приводом может на 25—30% превышать стоимость лебедок гидравлических. Тоесть, в зависимости от размера лебедок и типа судна электрические лебедки будут на 10—15% дороже гидравлических лебедок среднего или высокого давления и на 25—30% дороже гидравлических лебедок низкого давления. Однако это с лихвой компенсируется низкими затратами на установку лебедок, особенно при модернизации судов. Обычно расходы на установку электрических лебедок составляют лишь

Page 69: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

69

1/3 от расходов на установку гидравлических лебедок. Таким образом, общая экономия со-ставит от 5 до 10% по сравнению с гидравлическими лебедками.

Однако, наибольшая экономия заключена в долговременных эксплуатационных расходах. Электрические лебедки надежны в эксплуатации и недороги в техническом обслуживании, что в значительной степени обусловлено небольшим количеством вращающихся частей. Также, эксплуатационные расходы значительно снижает отсутствие гидравлических насосов и моторов. Так, калькуляция для траулера с двумя 20-тонными лебедками показывает, что в среднем за год при общем количестве времени траления 5000 часов на электрических лебедках экономится около 180000 кВт/час.

Электрические промысловые лебедки также устанавливаются на рыболовных НИС. Наиболее известны лебедки норвежской фирмы Aker Brattvaag Winch, которая раньше занималась преимущественно гидравлическими лебедками. Кстати, хорошим доводом в пользу электропривода говорит то, что фирма Rapp Hydema также начала выпуск электрических лебедок. Испанская фирма Ibercisa производит лебедки, как с гидравлическим приводом, так и с электрическим. Собственно говоря, лебедка одна и та же — просто узел подсоединение привода унифицирован для обоих типов привода. И что интересно, привод может быть поставлен третьей стороной в зависимости от пожеланий заказчика.

Особое значение выбора привода для промысловых лебедок приобретает при проектировании рыболовных НИС нового поколения, которые имеют дизель- электрический пропульсивный комплекс.

В отличие от транспортных судов, основной спецификой промысловых судов, к которым можно отнести и рыболовные НИС, является двойное назначение энергетической установки: обеспечение хода судна и технологических режимов лова и переработки рыбы [Гильмияров, Цветков, 2007]. Например, 90—95% эксплуатационного времени главный двигатель (ГД) транспортов работают на режимах экономичного хода, т.е. на уровнях мощности в 75—85% от номинального значения, в то время, как для судна с траловым видом лова и заморозкой на борту характерны следующие эксплуатационные режимы работы пропульсивного комплекса:

- 78% времени ГД работает на мощности 70—100% от номинала (ход с тралом и переходы на промысел);

- 10% времени ГД работает на мощности 45—50% от номинала (постановка — подъём трала).

- до 7% времени стоянка в море, связанная с работой с транспортами и бункеровкой на промысле, включая время для проведения обслуживания и ремонта ГД;

- до 6% времени ГД работает на мощности 10—20% от номинала (поиск рыбы и работа с транспортами).

Наличие у рыбопромысловых судов нескольких эксплуатационных режимов требует применения валогенераторов и винтов регулируемого шага, достаточно редко используемых на транспортном флоте. Однако, использование электродвижения на рыболовных НИС позволяет решить эту задачу более экономичным способом — использованием ГЭУ с электрической передачей мощности к движителю и единой энергосистемой, где естественным образом осуществляется перераспределение мощности СЭУ между несколькими дизель-генераторами и отбором необходимой мощности на электрические лебедки тралового комплекса.

Таким образом, из изложенного, следует, что при выборе промыслового комплекса лебедок по типу привода — гидравлический и электрический, следует по ряду признаков отдать предпочтение электрическому приводу

Подтверждением этого вывода является приведенная ниже таблица 1, где пред-ставлены основные характеристики добывающего оборудования 8 проектов зарубежных НИС нового поколения максимальной длиной 50—80 м. Из этой таблицы видно, что из НИС, разработанных за последние 10 лет, только в 3-х проектах используется гидравлический привод

Page 70: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

70

для промысловых лебедок. В других пяти используется электрический привод, как более экономичный и надежный в эксплуатации, а также позволяющий более простыми способами интегрировать лебедки в автоматическую систему управления тралом.

Также в указанной таблице, все лебедки тралового комплекса, кроме назначения и типа привода, систематизированы и по ряду других наиболее важных технико-эксплуатационных показателей: мощность привода; емкость барабана; диаметр используемых тросов; расположение на судне. Именно эти показатели определяют основные характеристики лебедок промысловых комплексов при проектировании и оснащении новых НИС.

Таблица 3.1. Основные характеристики добивающего оборудования зарубежных НИС нового поколения

максимальной длиной 50—80 м (по зарубежной классификации — океанский класс)

Page 71: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

71

3.1.4. Судовое измерительное оборудование для обеспечения ихтиологических исследований траловых уловов

ДЛЯ определения численности и биомассы популяций гидробионтов, изучения

особенностей их миграций, поведения и распределения в зависимости от изменений биотических и абиотических факторов в целях разработки для рыбной промышленности рекомендаций, наставлений и прогнозов различной заблаговременности в морских экспедициях собирается биологический материал из траловых уловов.

Планирование работ и сбор биологического материала, включающий в себя массовые измерения длины, неполный биологический анализ (НБА), полный биологический анализ (ПБА), а также сбор количественных материалов по питанию, массовое мечение гидробионтов и другие работы, осуществляются в зависимости от целей и задач исследований, сформулированных в рейсовом задании (Инструкции..., 2001].

Наиболее полный материал по биологии рыб дает сбор возрастных проб. В результате обработки этих проб получают сведения о возрастном и половом составе рыб в уловах, степени зрелости половых продуктов, темпе роста, интенсивности питания, упитанности и качественном составе пищи. Обычно такой анализ включает в себя операции, связанные измерением длины рыбы, определением, как массы самой рыбы, так и ее отдельных органов, а также ряд других определений, причем некоторые связаны с отбором и фиксацией отдельных частей организма рыбы [Инструкции..., 2001]. Но наиболее распространенными операциями являются связанные с измерением размера и массы, для чего используются различные приспособления и измерительное оборудование.

За рубежом уже давно на судах при рыбопромысловых исследованиях используется электронные линейки фирмы Scantrol.

Scantrol FishMeter FM 100.— Этот прибор, разработанный при участии Норвежского института морских исследований и обеспечивающий измерение длины и веса рыбы, а также ввод дополнительных данных (вид, пол и т.д.) оказался первой удачной конструкцией, позволяющей в полуавтоматическом режиме измерять длину рыбы с непосредственным вводом на рабочем месте других данных биоанализа (рис. 3.4). Прибор разработан в тесном контакте с пользователями и удовлетворяет самым жестким требованиям к функциональности и гибкости, как при работе в лабораторных помещениях и рыбцехе, так и непосредственно на траловой палубе.

Основой технического решения является доска, под поверхностью которой имеется линейка с набором магнитоуправляемых контактов, (герконов) расположенных с интервалом 1 или 0,5 см вдоль мерной линии. Герконы срабатывают от магнита в наперстке, одетом на указательный палец оператора. от магнита в наперстке, одетом на указательный палец оператора. По такому же принципу работает и дополнительный ряд функциональных клавиш, расположенный ниже измерительного ряда. Там же имеется измерительная шкала с разреше-нием 1 мм и цифровые клавиши. К внешнему краю доски крепится жидкокристаллический дисплей для отображения вводимой информации.

Рассматриваемая модель прибора позволяет измерять объекты длиной от 1 мм до 2 метров. Т. е. в диапазоне до 100 см непосредственно по линейке с разрешением 0,5 мм (0,5—50 см) и 1 см (50—100). Цифровой вводе разрешением 1 мм используется в диапазоне 0—200 мм и с разрешением 1 см в диапазоне 1—2 м. Кроме того, одновременно можно определять до 100 различных видов рыб, которые могут быть выбраны функциональными клавишами на панели прибора. Для каждого вида рыб, кроме измеренной длины можно записать до 40 дополнительных параметров, которые заранее предусмотрены и программируются с помощью подсоединяемого ПК и придаваемого фирменного ПО. Здесь также можно установить последовательность записей при их вводе при массовом промере рыб и различные кодовые сочетания.

Page 72: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

72

Рис. 3.4. Измерительный комплекс на основе электронной линейки Scantrol FishMeter FM 100,

а также морских весов и ноутбука К прибору можно одновременно подключить двое электронных весов, что позволяет

одновременно записывать как общую массу измеряемой рыбы, так и ее отдельных органов, причем определение массы на весах может входить в заранее выбранную последовательность измерений. В качестве весов в комплексе рекомендуется использовать весы фирмы «Маге1». Внутренняя память прибора позволяет записывать до 10000 измерений. Напряжение питания прибора составляет от 12 до 15 В постоянного тока 0,3—1 А. Размеры 114х25х Ю см, вес 11,5 кг.

Scantrol FishMeter FM 100 USB, как следует из названия, отличается от предыдущей модели возможностью работы с USB портом ПК (USB 1.1). Кроме того, кроме основной модели, выпускаются еще две — на 50 и 120 см, отличающиеся соответственно размерами и весом (таб. 3.2)

Таблица 3.2

Модель Диапазон, см Длина х ширина х высота, см Вес, кг

FM 50 USB 0-50 65x17x7 5,7 FM 100 USB 0-100 120x25x8 10 FM 120 USB 0-120 139x25x8 12

Наиболее малогабаритная модель прибора FM 50 USB получила встроенные

перезаряжаемые батареи, что позволило использовать прибор в бескабельном варианте, хотя и только в режиме с памятью.

Больше возможностей предоставляет новый вариант придаваемого ПО, совместимого с Windows ХР. Прибор теперь может соединяться с подобным и работать совместно в сети Ethernet. Регистрируемая информация может храниться в банках данных, совместимых с Access/SQL.

Scantrol's New Wireless FishMeter. Новый прибор, появившийся в 2007 году, бла-годаря использованию технологии Bluetooth не нуждается в проводах и при этом может работать как с ПК (под Windows ХР), так и с КПК (под Windows Mobile 5,0).

Рис. 3.5. Беспроводная модель электронной линейки Scantrol FishMeter FM 50

Как и предыдущая модель, в новой предусмотрено три размерных модификации — на

50, 100 и 120 см. Четыре перезаряжаемых элемента типа АА допускают 20 часов непрерывной

Page 73: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

73

работы или 30 дней работы в ждущем режиме. Остальные возможности новой электронной измерительной доски соответствуют предыдущей модели.

Судовые весы. Среди наиболее распространенных судовых электронных весов в 1980—2000 гг. широко известна модель СР-9140 Р исландской фирмы «Marel ehf». В ней используется дифференциальный принцип измерения, а ошибки, связанные с качкой судна, компенсируются путем применения комбинации двух весовых устройств. Примерно подобное решение предлагалось в то время и в весах также исландской фирмой «Pols». Однако в весах обоих фирм образцовый груз не имеет связи с грузоприемной платформой, на которой размещается взвешиваемый груз, что приводит к усложнению алгоритма обработки информации [Крылова и др., 2007). Более совершенные морские весы, основанные также на дифференциальном принципе, предложила датская фирма «Scanvaegt». Важной особенностью весов (модель 8406) этой фирмы является применение нового тензометрического датчика, называемого на Западе термином «Singl point», или «Датчик-платформа».

Таким образом, до недавнего времени, в экспедиционных рыбопромысловых исследованиях на судах использовались электронные весы трех ведущих фирм: «Marel», «Pols» и «Scanvaegt». Однако, в 2004 году фирма «Marel» приобретает фирму «Pols», а в 2006 — фирму «Scanvaegt», сохранив бренды и их производственную программу. Но уже в 2007 г. фирма «Маге!» объявила о решении прекратить производство морских весов «Pols», мотивируя это высокими ценами на комплектующие, использующиеся в технологии 15-летней давности. Место этих весов фирмы «Pols», заняли весы Marel моделей Ml 100 и М2200.

В 2008 году фирма «Marel» объединилась с фирмой «Stork Food Systems», ведущим производителем оборудования и систем для птицы, мяса и жидко-пищевой промышленности. Объединенная компания получила название Marel Food Systems и продолжает выпускать наиболее востребованные весы Marel моделей Ml 100 и М2200.

Marel М1100 представляют собой ряд достаточно простых, но водозащитных платформенных весов с максимальным пределом взвешивания от 1,5 до 3000 кг и с размером платформы от 170x250 мм (модель Ml 100 PL1000) до 500x600 мм (модель М1100 PL6050). Компактный терминал (180х 140x62 мм) с клавиатурой и со светодиодным дисплеем (рис. 3.6, а) смонтирован на платформе или над ней на специальных кронштейнах (б). При небольших размерах платформы (настольный вариант) терминал интегрирован в ее фронтальную часть (в). Возможности терминала позволяют запоминать и использовать информацию в 15-и задаваемых разделах с 5-ю иерархическими уровнями.

Рис. 3.6. Варианты комплектации морских весов фирмы «Marel» (пояснения в тексте)

Page 74: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

74

Весы питаются от сети переменного тока напряжением 110—230 В или от источника

постоянного тока 24 В. Время измерений 0,5—1 с, погрешность измерений составляет 0,1% от максимальных пределов весов, минимальный межповерочный интервал составляет 1 год. Весы можно подсоединять к ПК через порт RS-232 или посредством промышленной CAN-сети, используя NS-3 сетевой сервер. Кроме того, для связи с ПК весы имеют ИК-порт.

Marel М2200 представляют собой специализированные морские весы с наиболее современным устройством компенсацией качки, являющиеся приемниками широко распространенны весов Marel М2000.

Основные характеристики, типоразмеры и внешний вид совпадают с соответ-ствующими характеристиками весов серии Ml 100. От них весы М2200 отличаются расширенным интерфейсом, позволяющим подключать к весам такие внешние устройства, как принтеры, считыватели штрих-кодов и маркировочному оборудованию, а также компьютерными сетями. Интерфейс также упрощает управление реле и воздушными клапанами.

Для всех рассмотренных моделей весов в табл. 3.2 приведены величины погрешностей измерений, однако указанные погрешности приводятся без учета качки, так как нигде, не дается однозначного толкования о параметрах качки и вибрации, при которых нормируются метрологические характеристики судовых весов. Таблица 3.3. Сравнительные характеристики тензометрических морских весов

Модель Производитель Предел веса Погрешность, г Коррекция качки

СР-9140Р Marel (Исландия) 40 20 Дифференциальная

8406 SCANVAEGT (Дания) 60 20 Дифференциальная с гибким

параллелограммом Pols Lorrimar Weighing Ltd 30/60 10/20 Дифференциальная

S-210 (Великобритания)

М1100 (PL4000)

Marel (Исландия) 30/60 10/20 нет

M1100е Marel (Исландия) Дифференциальная

PL3200 30 20

PL4200 60 50

М2200 (PL4200)

Marel (Исландия) 30/60 10/20 Дифференциальная с гибким

параллелограммом

3.2. Гидроакустическое оснащение (Раздел написан в соавторстве с С.М. Гончаровым)

Среди судового научного оборудования для выполнения комплексных рыбо-

промысловых исследований значительную часть составляет гидроакустическая аппаратура. По характеру решаемых задач и принципу действия гидроакустические аппаратные средства можно разделить на несколько категорий: рыбопоисковые и научные эхолоты; рыбопоисковые и научные гидролокаторы; приборы контроля орудий лова; навигационные и гидрографические эхолоты; многолучевые и профилирующие эхолоты; доплеровские измерители течений и акустические системы подводного позиционирования.

Для решения ресурсных рыбохозяйственных задач в первую очередь необходимы научные и рыбопоисковые эхолоты и гидролокаторы, а также приборы контроля орудий лова (ПКОЛ), так как именно с этой категорией приборов выполняются гидроакустические и тралово-акустические съемки (ТАС) для количественной оценки гидробионтов. Именно по этой категории приборов представлен наиболее полный обзор различных моделей, установленных на современных рыбохозяйственных НИС. Что касается других категорий приборов, то задачи, решаемыес их помощью, не имеют непосредственного отношения к оценке биомассы и ее

Page 75: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

75

распределения и предназначены для выполнения сопутствующих специализированных работ. Но так как по принципу действия все эти приборы являются акустическими, то и условия эксплуатации, и правила установки комплектующих блоков — аналогичны. Именно с этих позиций составлен перечень оснащения судов нового поколения, предназначенных для рыбопромысловых исследований, представленный в табл. 3.3.

Таблица 3.3. Состав и основные характеристики гидроакустической аппаратуры зарубежных судов нового

поколения, используемых для рыбопромысловых исследований

3.2.1. Научные и рыбопоисковые эхолоты

Page 76: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

76

Одной из главных задач, решаемых современным рыболовным НИС, является проведение гидроакустических (тралово-акустических съемок) для количественной оценки биомасс промысловых видов рыб и их пространственного распределения. Результаты гидроакустических съемок помогают в решении задач прогнозирования и промыслового изъятия. Современные компьютерные системы обработки позволяют по данным гидроакустических съемок строить карты распределения рыбных биомасс для разных видов и возрастных групп. Научные эхолоты являются главным инструментальным средством при проведении гидроакустических съемок.

Необходимыми возможностями обладает целый ряд зарубежных научно- исследовательских эхолотов, но явным лидером среди них являются эхолоты норвежской фирмы Kongsberg Simrad (далее просто Simrad), без которых не проводится ни одна международная гидроакустическая съемка. Все современные рыболовные НИС, как правило, оснащены последним поколением научных эхолотов ЕК60. На НИС, построенных до появления этой модели устанавливалась предыдущая модель ЕК500 (малогабаритные варианты для внутренних водоемов — EY500 и EY60).

На базе этих эхолотов можно реализовать, как одночастотный, так многочастотный варианты научных комплексов. Однако одночастотный вариант на современных НИС практически не используется, так как одновременное использование нескольких частот позволяет реализовать многочастотный метод фильтрации эхосигналов при обработке эхосигналов, в том числе с целью видовой идентификации регистрируемых объектов. Последняя модель эхолота ЕК60 комплектуется только антеннами, изготовленными по технологии расщепленного луча, что позволяет решать задачи определения силы цели (TS) рыб in situ.

Научный эхолот ЕК500 был разработан в результате сотрудничества специалистов фирмы Simrad с учеными Бергенского института морских исследований (БИМИ, Норвегия). ЕК500 -трехчастотный (из ряда 12, 18, 38, 49, 120, 200 кГц) эхолот с прецизионными характеристиками, очень точной приемной системой и независимыми процессорами обработки сигналов в каждом канале частоты. Он может быть укомплектован как однолучевыми антеннами, так и антеннами с расщепленным лучом. Трансивер и процессоры размещены в едином блоке. Комплекс объединяет научный эхолот, эхо-интегратор и, при комплектации эхолота антенной (-ами) с расщепленным лучом, системой расчета силы цели (TS) одиночных объектов.

Приемник эхолота ЕК500 обеспечивает прием эхосигналов в широком динамическом диапазоне. Очень высока точность измерения амплитуд эхосигналов, что в сочетании с низким уровнем собственных шумов гарантирует высокую точность измерений отраженных ультразвуковых сигналов от различных целей (от планктона до скоплений рыб). Встроенные процессоры обеспечивают высокую производительность обработки входной информации. Алгоритмы распознавания сигналов от дна, эхоинтегрирования и определения силы цели высокоэффективны и позволяют с высокой точностью выполнять независимые расчеты в каждом частотном канале.

Эхограммы и дополнительная информация выводятся на дисплей и цветные принтеры. Все необходимые рабочие параметры вводятся пользователем вручную. В эхолоте предусмотрена связь с компьютером посредством сетевой технологии Ethernet с целью сохранения данных в процессе выполнения гидроакустической съемки на твердом диске компьютера. Данные пересылаются по сетевому протоколу TCP/IP. Передача данных возможна только под управлением постпроцессинговой системы (ППС) BI-500, устанавливаемой на компьютере. Для привязки результатов эхоинтегрирования к географическим координатам через последовательный интерфейс RS 232 предусмотрена связь эхолота со спутниковой системой позиционирования GPS.

Page 77: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

77

Информация с эхолота сохраняется в виде бинарных файлов и по завершению съемки могут быть обработаны ППС с целью количественной оценки гидробионтов. В файлах могут быть сохранены результаты обработки (эхоинтегрирования, эхосчета и т.д), выполненные процессорами эхолота или «сырые» эхосигна- лы, неподвергнутые процессорной обработке. В более поздних версиях программного обеспечения эхолота также через интерфейс RS 232 возможен обмен некоторыми данными между ЕК500 и прибором контроля орудия лова 1X1. Например, в процессе траления на эхограмме эхолота будут отображаться в виде линий нижняя и верхняя подборы трала. В заключение следует отметить, что данная модель эхолота больше не выпускается, но на многих исследовательских судах его использование продолжается.

Новый научный эхолот ЕК60, воплотивший новейшие достижения электронных и компьютерных технологий, в начале нового столетия пришел на смену хорошо себя зарекомендовавшему, но морально устаревшему эхолоту ЕК500. Изменилась архитектура эхолота, и расширился ряд рабочих частот — 18, 38, 70, 120, 200, 333 и 710 кГц. Каждой частоте соответствует отдельный электронный блок, в котором смонтирован только приемо-передающий тракт, и, соответственно, имеется своя антенна. Все процессы вычислений переданы персональному компьютеру (ПК), к которому подсоединены электронные блоки всех используемых в данном эхолоте частот посредством локальной компьютерной сети Ethernet через специальный коммутатор. На рис. 3.7., для примера, представлена функциональная схема комплекса ЕК60, установленного на НИС «Oscar Dyson». В комплексах, используемых на неко-торых современных судах, используется одновременно до 6 рабочих частот.

Рис. 3.7. Функциональная схема устройства комплекса ЕК60. установленного на НИС «Oscar Dyson»

Ввод всех рабочих параметров эхолота для каждой из частот осуществляется в меню

программы, установленной на ПК. Обмен данными между электронными блоками и ПК осуществляется по сетевому протоколу TCP/IP. Как и в эхолоте ЕК500 данные могут быть сохранены в виде файлов как в обработанном, так и в «сыром» виде. У этого эхолота в отличие от ЕК-500 процесс калибровки значительно упрощен, так как вычисления параметров эхолота выполняются автоматически, интерфейс программы значительно удобнее, а информация представленная на дисплее более наглядна. Процесс записи эхосигналов на твердый диск компьтера легко контролируется пользователем. Программное обеспечение (ПО) эхолота ЕК-60 работает на платформе операционной системы Windows ХР. Для привязки географических

Page 78: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

78

координат к результатам эхосчета или эхоинтегрирования, как и в ЕК500 предусмотрено через последовательный интерфейс RS-232 подключение приемоиндикатора спутниковой навигационной системы GPS.

Также предусмотрен ввод в эхолот данных от других внешних устройств: датчики килевой и бортовой качки, данных от CTD зонда и ПКОЛ (например, от системы ITI). Данные вводятся вручную (например, данные от CTD зонда) и автоматически через последовательный интерфейс RS-232 (например, параметры качки или данные с ПКОЛ).

Многолучевой научный эхолот МЕ70 разработан фирмой Simrad совместно со специалистами французского научного центра IFREMER в начале 2000-х годов и предназначен для проведения широкомасштабных гидроакустических съемок биоресурсов, а также определения параметров и изучения поведения рыбных скоплений [Mayer et al., 2002].

Первые образцы многолучевого эхолота МЕ70 предполагалось установить на французском НИС «Thalassa» и норвежском НИС «G.O. Sars». Однако в 2005 году эхолот МЕ70 был установлен только на борту НИС «Thalassa». Норвежское же судно получило прибор позже, причем это уже был многолучевой гидролокатор MS70, созданный совместно специалистами Simrad и БИМИ на базе технологий, используемых в эхолоте МЕ70.

В эхолоте МЕ70 применена новая технология, позволяющая обеспечить формирование широкого веера стабилизированных и калиброванных акустических лучей числом от 3 до 45 в диапазоне частот от 70 до 120 кГц с возможностью изменения конфигурации веера в широких пределах. Любой акустический луч веера может быть сформирован как в виде обычного конуса, так и в виде расщепленного луча. Направление каждого акустического луча, его ширина и частота заполнения зондирующего импульса могут изменяться в широких пределах независимо от значений этих параметров в других лучах. Низкий уровень боковых лепестков и короткие длительности зондирующих импульсов позволяют повысить при использовании расщепленных лучей точность оценки биомассы в непосредственной близости от донной поверхности.

Возможность регулировки угла отклонения центральной оси веера акустических лучей в поперечной плоскости судна, дает возможность регистрировать рыбные скопления, расположенные в районе подводных хребтов и склонов. В составе ПО эхолота МЕ70 предусмотрена программа калибровки трактов приемопередатчика. С помощью эталонной цели, располагаемой под судном, можно выполнить калибровку любого акустического луча. Все акустические лучи можно сконфигурировать как расщепленные. В эхолоте имеется возможность передачи данных от всех акустических лучей в другие устройства. Обмен данными между эхолотом и другими судовыми устройствами осуществляется посредством компьютерной сети Ethernet.

Многолучевой научный эхолот МЕ70 был предусмотрен еще при постройке НИС «Miguel Oliver». Ими также оснащаются американские НИС проекта FRV40 (см. раздел 5.1.2). Кроме того, их установка предусмотрена на двух новых 46-метровых испанских рыболовных НИС, планируемых к вводу в строй в 2010—2011 годах.

Помимо научных эхолотов, на судах, используемых для рыбопромысловых ис-следований, иногда применяются в научных целях и рыбопоисковые эхолоты фирмы Simrad типа ES400, ES500 и ES60, а также некоторые типы эхолотов японских фирм. Они не удовлетворяют в полном объеме требованиям ТАС. Однако большинство современных рыбопоисковых эхолотов имеют возможность отображать на дисплее размерные гистограммы регистрируемых рыб, что в некоторых случаях позволяет успешно проводить рыбохозяйственные исследования.

Рыбопоисковые эхолоты серии ES60 являются наиболее распространенными современными рыбопромысловыми эхолотами. Эта серия разработана с учетом рекомендаций промысловиков и с использованием последних, современных технологий.

Ключевыми элементами в этой серии эхолотов являются высокая разрешающая способность эхосигнала на любой глубине и легкость дистанционного управления.

Page 79: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

79

Использованный модульный принцип построения (аналогично ЕК60), дает возможность пользователям выбрать конфигурацию эхолота, отвечающую индивидуальным потребностям. Процессор эхолота строится на базе персонального компьютера морскогоисполнения. Пользователь работает в обычной среде Windows, что позволяет быстро освоить работу с эхолотом.

Одновременно в эхолоте могут использоваться несколько частотных каналов в диапазоне от 12 кГц до 200 кГц (12, 18, 38, 50, 70, 120 и 200 кГц). Каждый частотный канал содержит свой собственный электронный блок — приемопередатчик и свою антенну. Частотные каналы могут отображаться на экране монитора одновременно, либо по выбору оператора. Поскольку эхолот комплектуется антеннами с расщепленным лучом, то при определенных обстоятельствах на экране могут отображаться размерные распределения регистрируемых рыб.

Рыбопоисковые эхолоты FCV-1200L, выпускаются японской фирмой Furuno. Двухчастотный эхолот оснащен приемопередатчиком мощностью 1, 2 или 3 кВт, в котором используются технологии Furuno Free Synthesizer (FFS — синтезатор со свободным выбором частот), что позволяет выбирать необходимые частоты из широкого диапазона рабочих частот: 15, 28, 38, 50, 88, 107, 200 кГц. Диапазоны дальности зондирования эхолота Furuno FCV-1200L могут варьировать от 5 до 2000 м, а максимальная глубина диапазона фазирования равна 4000 метрам. Также производится автоматическое отслеживание дна. «А-5соре»-осциллограмма дает возможность определения вида рыбы. Два комплекта таких эхолотов с частотами 28/107 кГц установлены на ирландском НИС нового поколения «Celtic Explorer» в добавление к 4-х частотному научному эхолоту ЕК-60.

Рыбопоисковые эхолоты KSE-100 производятся японской фирмой Kaijo Denki. Эхолот также использует 2 частоты — 38 и 70 кГц с мощностью излучения в 3 кВт с расщепленным лучом. Дополнительно можно выбрать частоты в ряду 15, 24, 50, 75 и 200 кГц, но здесь возможно использование пары частот только в обычном режиме с мощностью излучения 2 кВт. Размеры рыб могут определяться и сравниваться с калиброванными на глубинах до 600 м, а максимальная глубина обнаружения дна достигает 3000 м. Такой эхолот установлен на норвежском научно- промысловом судне — кошельковом траулере-сейнере «Libas» в дополнение к 5-и частотному научному эхолоту ЕК60 и к научно-поисковому ES60.

3.2.2. Рыбопоисковые и научные гидролокаторы

Рассмотренные выше рыбопоисковые эхолоты позволяют обнаруживать косяки рыбы

только под днищем судна в пределах угла направленности акустической антенны. Рыбопоисковые гидролокаторы позволяют увеличить площадь поиска косяков рыбы, позволяя определять положение косяка рыбы в горизонтальном и вертикальном направлениях относительно судна. Следует отметить, что при активной реакции рыбных косяков на шумы судна [Гончаров и др., 1991] возникают ситуации, когда рыба уходит в сторону от направления движения судна и в этом случае регистрация рыбных косяков эхолотом невозможна, и только гидролокатор в этом случае сможет обнаружить рыбные скопления и позволит обловить их.

Рыбопоисковые гидролокаторы являются обязательным оборудованием большинства современных научно-исследовательских рыболовных судов. В целом ряде ситуаций они позволяют получать важную информацию при выполнении тралово-акустических съёмок биоресурсов, а также при проведении самых различных рыбохозяйственных исследований. Научные гидролокаторы отличаются от рыбопоисковых тем, что их вычислительные возможности позволяют проводить количественные оценки регистрируемых рыбных концентраций. Далее рассматриваются только указанные в таб. 3.3. гидролокаторы фирмы Симрад, так как гидролокаторы серий KCS и Suzuki, также указанные в таблице, являются

Page 80: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

80

обычными промысловыми гидролокаторами кругового обзора и не имеют каких-либо особенностей по сравнению с вышеуказанными.

Гидролокаторы SR-240 и SD570, установленные на первых НИС нового поколения — британском «Scotia» и испанским «Vizconde de Eza», в настоящее время уже не выпускается. Они является одними из первых представителей электронноска- нирующих гидролокаторов и объединяют преимущества однолучевых, секторных и многолучевых сонаров в одном компактном блоке обработки и отображения акустической информации. Каждый гидролокатор состоит из трех блоков: генераторно-приёмного устройства, устройства управления прибором, а также обработки и отображения принимаемой информации на цветном электроннолучевом дисплее с 50-ли 32-сантиметровым экраном, и поворотно-выдвижного устройства (ПВУ). Для SR-240 использовалась сферическая акустическая антенна, состоящая из 256 акустических преобразователей, для SD570 — антенна цилиндрической формы с шаровым сегментом в нижней части.

Рабочая частота гидролокатора SR-240 — 23,75 кГц, диапазоны отображения и измерения расстояния: максимальный — 6400 м, минимальный — 200 м. Кроме меньших габаритов, основные отличия SD570 заключаются в более высокой рабочей частоте — 57 кГц и соответственно меньшей дальности действия (1700 м по цели с силой цели 0 дБ).

Дополнительно к гидролокаторам может подключаться следующее оборудование: лаг, гирокомпас, аппаратура вертикальной локации, системы ПКОЛ и датчик ветра. Кроме того, может быть предусмотрена возможность электронной стабилизации характеристик направленности.

Рыбопоисковые гидролокаторы Simrad SP60, SP70, SP90, SH40 и SH80 являются гидролокаторами нового поколения, отличающегося применением многоэлементных антенн в сочетании с цифровой обработкой эхо-сигналов на базе стандартных ПК и ПО на платформе Widows. Одна из главных отличительных особенностей гидролокаторов Simrad — круговая диаграмма направленности, позволяющая в поисковом режиме одновременно просматривать окружающую обстановку на 360° вокруг судна, производить захват и сопровождение до 3-х целей одновременно. При этом на экран оператора выводится вектор движения цели и время подхода в заданную точку.

Рассматриваемый ряд гидролокаторов Simrad выделяется на фоне аппаратуры других фирм в результате использования передовых технологий построения гидроакустической аппаратуры и современных способов обработки цифровых сигналов, а именно:

- многоэлементная антенна с цифровым управлением позволяет формировать различные типы диаграммы направленности от кругового обзора до профилиро-вания узким лучом и легко управлять ими;

- процессор с высоким быстродействием управляет работой всей системы, по-зволяет настроить гидролокатор на два различных режима. Независимые настрой-ки каждого режима — рабочая частота, угол наклона луча, диапазон, усиление и фильтр позволяют работать так, как если бы это было два различных гидролока-тора. Информация выводится на дисплей в многооконном режиме;

- приемопередатчик может работать как в обычном режиме, так и в режиме ча-стотной модуляции. Специальные фильтры подавления шума и реверберации об-легчают обнаружение рыбы и увеличивают разрешение на больших диапазонах. Перестройка на другую рабочую частоту позволяет избежать интерференции от работающих неподалеку судов;

- функция стабилизации луча позволяет получать ясную и стабильную картинку даже при сильном волнении;

- имеется 15 модификаций настройки экрана, в том числе и в многооконном ре-жиме.

Page 81: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

81

Кроме того, имеется множество и других полезных функций, облегчающих об-наружение рыбы на дальних дистанциях и дающих полную картину поиска и контроля над косяком, как, например:

- профилирование на 60 или 90 градусов; - оценка косяка во время слежения за другими целями (объем, площадь, расчетный

вес); - сопряжение с другими рыбопоисковыми и навигационными приборами, и т. п.;

информация о трале (положение, улов). Управление работой гидролокаторов осуществляется с клавиатурного пульта кнопками

прямого доступа либо с помощью трекбола. Некоторые основные характеристики и различия рассматриваемого ряда гидролокаторов представлены в табл. 3.4.

Таблица 3.4 Основные характеристики гидролокаторов, используемых на судах для рыбопромысловых исследований нового поколения

Page 82: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

82

Гидролокатор SX90 является последней разработкой рыбопоисковых гидролокаторов

фирмы Симрад. Это низкочастотная аппаратура с высокой разрешающей способностью на всех дистанциях обнаружения. Его установка предусмотрена в проекте ST-367 НИС (для Чили). В SX90 предусмотрено многообразие режимов отображения акустической и другой информации, рассмотренных при анализе предыдущих моделей гидролокаторов, однако имеется и ряд особенностей. Это от носится к режиму «вертикальный разрез» с привязкой к носу судна. В этом случае вертикальный разрез реализуется наклоняемым и посредством выбора 60-градус-

Page 83: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

83

ного угла наклона (или менее) обеспечивается полное 180-градусное перекрытие. Угол наклона регулируется от 10 до 90°. Фирма полагает, что данный режим является идеальным при тралениях на больших глубинах. В SX90 предусмотрена возможность выбора из 11-ти рабочих частот в диапазоне от 20 до 30 кГц для предотвращения влияния интерференционных помех от других, работающих вблизи, гидролокаторов. Длительности излучаемых импульсов — изменяемые от 1 до 85 мс. Остальные основные характеристики приведены в табл. 3.4.

Режимы передачи — с синусоидальным одночастотным заполнением или с ги-перболической частотной модуляцией. В гидролокаторе имеется возможность использования при излучении зондирующих импульсов гиперболической частотной модуляции, инвариантной к влиянию эффекта Доплера. При этом обеспечивается более высокая дальность обнаружения быстро движущихся скоплений рыб, подобных скумбрии и тунцам, по сравнению с излучением одночастотных импульсов лоцирования. При использовании гиперболической ЧМ гидролокатор излучает импульс большой длительности с непрерывно изменяющейся частотой заполнения. Приёмный тракт принимает эхосигналы с той же самой вариацией частоты заполнения. Уровень эхо, с отличающимися частотными признаками, при обработке в тракте приёма существенно ослабляется. Фактически это приводит к усилению эхосигналов от рыбы и облегчает их выделение. Фирма указывает, что использование гиперболической ЧМ также позволило получить 30-кратное повышение разрешающей способностью гидролокатора по дистанции по сравнению с одночастотным заполнением зондирующих импульсов.

В районах с «жёсткими» грунтами наличие большой дальности обнаружения, объединённой с узкой характеристикой направленности (ХН) в вертикальной плоскости при излучении и специально разработанной узкой приёмной характеристикой способствует устранению (или снижению уровня) большинства «донных» эхо- сигналов (возникающих за счёт боковых лучей), являющихся в данном случае помехами (по сравнению с другими моделями рыбопоисковых гидролокаторов). Более широкий динамический диапазон облегчает идентификацию косяков с различными плотностями, позволяет отличать разреженные скопления от более плотных, улучшать различение жёстких и мягких грунтов, легче оценивать ровность дна. Возможность выбора различной ширины ХН при излучении и приёме позволяет получать более качественные отображения эхосигналов. Однако при узких ХН имеется необходимость постоянно управлять углом наклона характеристик направленности для удержания косяка в её пределах. Предусмотренная в SX90 возможность автоматического выбора двух более широких ХН в стадии облова, облегчает работу в режиме слежения за рыбой, делая его менее зависимым от угла наклона характеристик. В режиме отображения Dual Beam на экране дисплея воспроизводятся одновременно два изображения информации кругового обзора при работе гидролокатора на разных частотах заполнения зондирующих импульсов, при различных установках рабочих параметров аппаратуры: фильтров, режимов излучения, длительностей импульсов посылок и др.. В результате облегчается выбор более оптимальных параметров гидролокатора для конкретных условий его использования.

3.2.3. Приборы контроля орудий лова - ПКОЛ Важнейшим элементом при проведении тралово-акустических и траловых съемок

является применение гидроакустических систем дистанционного контроля параметров и положения траловых и других орудий лова. К ним относятся траловые эхолотные устройства, траловые гидролокаторы, измерители расстояния между траловыми досками, горизонта хода трала, температуры воды в районе трала, индикаторы степени наполнения трала и др., а также комплексы таких систем контроля. Последние представляются наиболее целесообразными для установки и использования на рыболовных НИС. Данная категория гидроакустических

Page 84: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

84

устройств обеспечивает судоводителя необходимой информацией для эффективного лова: глубина хода трала от поверхности воды, расстояние трала от грунта, раскрытие устья трала, температура воды в районе трала, заполнение кутка трала рыбой, правильность постановки и хода трала.

Приборы контроля орудия лова подразделяются на кабельные и бескабельные (с акустическим каналом связи). Каждый тип канала связи имеет свои достоинства и свои недостатки. Использование кабеля требует кабельной лебедки. При акустическом канале необходимо использовать буксируемые или стационарно установленные в днище судна антенны. Системы с кабельной линией связи боятся тяжелых льдов, но позволяют обеспечивать бесперебойную передачу больших объемов информации и не требуют автономных источников питания. В то же время ни одна из существующих систем с кабельной линией связи не может получать информацию о положении траловых досок (крен, дифферент, глубина хода). В общем, каждый владелец рыболовных судов сам решает вопрос о выборе системы — в зависимости от условий промысла. На рыболовных НИС обычно имеются системы с обоими типами передачи информации, так как исследования могут проводиться в совершенно различных условиях.

Сегодня, фирма Simrad может предоставить три различных системы мониторинга, которые могут предоставить информацию о параметрах трала и попадании рыбы в трал в процессе траления. Это бескабельные системы Simrad ITI и Simrad PI, а также кабельная система Simrad FS, отличающаяся наличием в своем составе гидролокаторов и возможностью совместной работы с отдельными датчиками вышеперечисленных бескабельных систем.

Системы ПКОЛ, кроме фирмы Simrad, выпускает и ряд других компаний, например, норвежская фирма Scanmar, которая в свое время выделилась из фирмы Simrad. Фирма Scanmar в настоящее время изготавливает наиболее широкий набор датчиков дистанционного контроля и измерения характеристик рыболовных орудий с гидроакустической линией связи, причем некоторые устройства имеют более высокие характеристики, чем подобные датчики фирмы Simrad. Новые рыболовные НИС (см. табл. 3.3.) имеют системы ПКОЛ одновременно обеих фирм.

Бескабельная система Simrad ITI (Integrated Trawl Instrumentation) является мо-дульной системой дистанционного измерения и контроля положения трала в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также параметров трала и степени наполнения его рыбой. В состав системы ITI входят ряд акустических датчиков (рис. 3.8, а): измерения расстояния между траловыми досками или крыльями трала (1), вертикальной акустической локации рыбы в устье трала с одновременным измерением вертикального раскрытия и расстояния от нижней подборы трала до грунта — «траловый глаз» (2), измерения глубины хода трала и температуры воды (3), а также три датчика контроля степени наполнения трала (4).

Информация всех указанных датчиков передается на судно по гидроакустической линии связи. Передача данных осуществляется по запросу с судна. Это позволяет оператору в зависимости от конкретной ситуации траления определять и задавать очередность получения наиболее важной в данное время информации с трала и, кроме того, экономить энергию автономных источников электропитания датчиков. Предусмотрена возможность подключения к системе ITI навигационных и рыбопоисковых приборов: лага, гирокомпаса, гидролокатора, аппаратуры вертикальной локации и др.

Устройство отображения — цветной 45-сантиметровый дисплей высокого разрешения. Максимальный диапазон действия системы связи — 4000 м. Он зависит от установки акустической антенны, уровня помех, рефракции акустических лучей и колебаний положения датчиков. Точность измерения расстояния обычно ± 5 м.

Модульные датчики имеют максимальную рабочую глубину 2000 м, частотный диапазон 27—33 кГц, массу в воде 3 кГ, минимальное время между зарядкой батарей составляет примерно 15 часов: датчик глубины имеет диапазон измерения 2—2000 м, точность

Page 85: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

85

±0,1 % полной шкалы, датчик температуры имеет диапазон измерения от —5° до +30°, точность — ± 0,2 °С.

Акустический измеритель расстояния между траловыми досками позволяет определять максимальное расстояние между излучателем и приемником, равное 300 м, точность измерения ± 35 см, возможна работа с двумя комплектами таких датчиков. Датчик вертикальной акустической локации — «траловый глаз», работа ет на частоте 120 кГц, выходная мощность 10 Вт, ширина характеристики направленности 20°х30°, диапазоны измерения 5, 10, 20, 50, 100 и 150 м.

Рис. 3.8. Схема расстановки датчиков системы ITI на трале (о, пояснения в тексте) и схема расстановки датчиков системы PI в комплексе с кабельной системой FS70 на трале (б):

I — траловый блок FS70; 2 — зона покрытия тралового гидролокатора; 3 — зона действия тралового эхолота; 4 — датчики улова; 5 — дополнительный датчик глубины; 6 — датчик контакта с грунтом;

7 — датчики раскрытия; 8 — кабельная линия связи Бескабельная система Simrad PI также обеспечивает получение информации о

глубине нахождения орудия лова, температуре воды в месте его нахождения, о контакте орудия лова с дном и степени наполнения трала рыбой. Система отличается тем, что данные передаются по односторонней акустической линии связи на судно, но обновление данных осуществляется очень быстро. Акустические приемные антенны могут быть установлены в корпусе судна или на буксируемом устройстве. Предусмотрено кодирование информации для

Page 86: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

86

предотвращения влияния акустических сигналов с других работающих поблизости судов. После получения и обработки, данные выводятся на дисплей. В настоящее время система имеет три разновидности: PI32 PI44 и PI54.

Система PI32 может принимать информацию с орудия лова одновременно от трёх датчиков, содержит двухчастотный (50/200 кГц) эхолот общей мощностью 600 Вт, размер цветного ЖК-дисплея 6 дюймов.

Система PI44 может принимать информацию с орудия лова одновременно от шести датчиков, содержит трехчастотный (38/50/200 кГц, но работает только с двумя частотами одновременно) эхолот мощностью 1 кВт на канал, размер цветного ЖК-дисплея 10 дюймов.

Система PI54 отличается от системы PI44 только размером ЖК-дисплея, который в этом случае равен 15 дюймам.

Некоторые дополнительные варианты использования датчиков системы PI представлены далее, при описании кабельной системы FS70 с которой датчики могут работать совместно.

Кабельные системы серии Simrad FS, отличаются использованием гидролокатора, устанавливаемого в устье трала, что позволяет оператору контролировать в реальном времени процесс постановки трала и вести эффективное траление. На экранах судовых мониторов отображается геометрия раскрытия, расстояние до грунта, заход рыбы в трал, а при увеличении диапазона — положение рыбных скоплений вокруг трала.

Основным достоинством кабельных систем является устойчивая непрерывная связь без потери контакта с траловым гидролокатором при любых погодных условиях и при любых изменениях курса судна.

Система Simrad FS 20/25 является третьим поколением кабельных систем для пелагического и донного траления. Это усовершенствованный вариант широко распространенной системы FS903/925, которой оснащались первые НИС нового поколения «Scotia» и «Vizconde de Eza». Система FS 20/25 обеспечивает отображение на дисплее текущей информации от гидролокатора и датчиков, устанавливаемых на трале, в реальном масштабе времени, в результате повышая качество улова и сокращая время траления.

Существуют две разновидности системы: FS20 (вертикального сканирования) и FS20/25 (горизонтального и вертикального сканирования).

Вертикальный гидролокатор FS20 позволяет оператору контролировать открытие и геометрию трала, заход рыбы в трал, положение косяков рыбы относительно трала, положение нижней подборы и морского дна. Ширина характеристики направленности при рабочей частоте 330 кГц — 9°х 20°. Габариты блока — 517 мм (длина.), 394 мм (ширина) и 200 мм (толщина), вес в воздухе — 24 кг и глубина погружения до 1800 м. Предусмотрена возможность комплектации траловым эхолотом, работающим на частоте 200 кГц, который позволяет еще больше поднять качество контроля над заходом рыбы в трал и положением нижней подборы относительно грунта.

Горизонтальный гидролокатор FS25 обеспечивает обзор 360° в горизонтальной плоскости, предоставляя информацию о позиционировании траловых досок, позиции косяков рыбы перед заходом в трал, и наполнении кутка рыбой. Применение горизонтального гидролокатора также помогает оператору избежать зацепов и повреждения трала, заблаговременно обнаруживая подводные препятствия. Тракт горизонтального акустического сканирования имеет рабочую частоту 90 кГц. Излучаемая мощность 1 кВт. Габариты блока — 1143 мм (длина), 482 мм (ширина), 375 мм (толщина), вес в воздухе 48 кг, глубина погружения —до 1800 м.

Имеющиеся функции автопоиска и наклона характеристики направленности до 90° обеспечивают максимальный контроль траления. Возможность компенсации продольного и поперечного движения (качки) реализована в системе как опция.

Page 87: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

87

Дополнительно, может использоваться блок датчиков, который предоставляет оператору информацию о глубине погружения трала, температуре воды, а также может принимать и передавать на судно информацию о состоянии четырех датчиков улова, устанавливаемых на трале и индицирующих о наполнении трала рыбой.

Бортовая аппаратура системы FS20/25, устанавливаемая на мостике, является модульной. В ее состав, кроме приемного блока, входит стандартный персональный компьютер морского исполнения, а управление осуществляется мышью и клавиатурой через систему дружественных меню.

Система Simrad FS70 является новым поколением кабельных систем контроля трала и построена на базе хорошо зарекомендовавших себя систем серии FS (FS900, FS20/25). Вместе с тем, система FS70 обладает способностью поддерживать надежную акустическую беспроводную связь как с отдельными датчиками, которые можно устанавливать на трале, так и с бескабельными системами контроля трала (серия PI).

Траловый блок FS70 крепится на верхней подборе трала и выполняет вертикальное сканирование в плоскости устья трала на частоте 120 или 330 кГц. При этом контролируется геометрия раскрытия трала, заход рыбы в трал и обстановка вокруг трала. Одновременно встроенный эхолот на частоте 200 кГц позволяет дополнительно контролировать нижнюю подбору, расстояние до грунта и заход рыбы в трал, повышая достоверность и надежность информации о состоянии траления. Система FS70 имеет встроенные датчики глубины и температуры. Она проста в использовании, имеет меньшие габариты и вес, чем предшествующая FS20/25. При ее создании особое внимание уделялось разработке нового легкого и удобного корпуса для эксплуатации в тяжелейших условиях.

Система FS70 может использоваться совместно с бескабельной системой контроля трала Simrad PI44/54. При этом оператору становится доступной информация от дополнительных беспроводных датчиков, установленных на трале, например датчиков раскрытия, устанавливаемых на досках или датчиков контакта с грунтом. Это повышает живучесть системы и позволяет более гибко использовать ее в разных условиях траления. На рис. 3.8, б представлен один из вариантов такого комплекса.

Совместно с системой FS70 могут применяться два типа датчиков улова: датчики серии PI (связь на частоте 40 кГц) и датчики улова серии FA (70 кГц). Одновременно на трале может быть установлено не более 4-х датчиков.

3.2.4. Навигационные и гидрографические эхолоты

Навигационные и гидрографические промерные эхолоты существенно отличаются от

рыбопоисковых эхолотов более узкой диаграммой направленности антенны, более высокой (и обязательно оговоренной производителем в технических характеристиках и подтвержденной сертификатом) точностью определения глубины.

Навигационный эхолот, предназначен для непрерывного автоматического измерения глубин по курсу движения судна. Он предназначен для надежного измерения, наглядного представления, регистрации и передачи другим системам данных о глубине под килем судна. Эхолот должен функционировать на всех скоростях переднего хода судна от 0 до 30 узлов, в условиях сильной аэрации воды, ледяной и снежной шуги, колотого и битого льда, в районах с резко меняющимся рельефом дна, скалистым, песчаным или илистым грунтом. Этот класс приборов должен обеспечивать безопасность мореплавания и присутствует не только на НИС, но и на любом ином классе судов.

Навигационный эхолот Simrad EN250 является одним из наиболее распростра-ненных эхолотов этого типа, он установлен на большинстве рыболовных НИС нового поколения. Рабочие частоты из перечня 38/50/200 кГц. На частоте 50 кГц мощность излучения 500 Вт, на остальных — 1 кВт. Диапазоны выбираются от 0—10 м до 0—1600 м. Имеются

Page 88: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

88

последовательный интерфейс RS232, позволяющий принимать данные в протоколе NMEA0183 параллельный интерфейс для работы с принтером. Кроме того имеется возможность присоединения персонального компьютера.

Навигационный эхолот LAZ 4420 фирмы ELAC Nautik установлен на НИС «Ami Fridriksson» и относится к классу универсальных эхолотов. Кроме решения навигационных задач этот двухчастотный эхолот может использоваться как поисковый, в том числе при пелагическом и донном тралении. Рабочие частоты выбираются из ряда 12/30/50/200 кГц, причем в рыбопоисковом режиме можно работать одновременно на двух частотах. Более того, имеется режим «А-5соре»-осциллограмма, который дает возможность определения вида рыбы. Имеется 10 диапазонов: от 0—5 м до 0—5000 м, причем возможен сдвиг границ диапазонов с шагом в 1 м. Выходная мощность 1 кВт (8 кВт в импульсе). Остальные характеристики соответ-ствуют обычному навигационному эхолоту.

Гидрографические эхолоты представляют собой профессиональное оборудование, предназначенное для промера глубин, отображения профиля и примерной структуры дна, построения батиметрических карт и 3-мерных карт дна, поиска различных объектов на дне, а также использования в навигационных целях. Некоторые из этих приборов позволяют не только с большой точностью определять текущую глубину, но и оценивать тип и плотность донного грунта.

Гидрографический эхолот Simrad ЕА500 является достаточно старой моделью и в настоящее время уже не выпускается, но им оборудованы многие НИС, в том числе и первые НИС нового поколения «Scotia» и «Vizconde de Eza». В российской технической литературе этот эхолот часто именуется глубоководным, так как работает до глубины 10000 метров. Эхолот однолучевой, одночастотный, причем рабочая частота может выбираться из ряда частот. По отдельным заказам выпускалась двухчастотная модель эхолота — ЕА502. Наиболее часто на максимальные глубины используются частоты от 10 до 18 кГц, на средних и малых глубинах — частоты от 38 до 200 кГц, где он обладает наибольшей точностью. Излучаемая мощность 2 кВт, динамический диапазон 160 дБ. Разрешающая способность при этом — 1 см. Его выпуск был начат в 1989 году, и с тех пор было выпущено в общей сложности более 400 систем на его основе, пока эхолот не был снят с производства в 2000 году и заменен более совершенным эхолотом ЕА600.

Гидрографический эхолот Simrad ЕА600 является эхолотом нового поколения и установлен на всех НИС (кроме тех на которых уже имеется ЕА500). Эхолот однолучевой, но в состав комплекса может входить до четырех приемоизлучающих блоков (одновременно работают на одной или двух частотах), которые для повышения эффективности устанавливаются неподалеку от акустических антенн. Используемые частоты в ряду от 12 до 710 кГц позволяют работать эхолоту с максимальной точностью в любом диапазоне глубин — от мелководья до максимальных в 11 тысяч метров. Выходная мощность в диапазоне частот от 12 до 50 кГц - 4 кВт, в диапазоне от 70 до 210 кГц — 1 кВт, а 710 кГц — 100 Вт. С учетом коррекции значений скорости звука точность измерений составляет 20 см на частоте 12 кГц, 5 см на частоте 38 кГц, 2,5 см на частоте 50 кГц и 1 см на частотах от 120 до 710 кГц. Разрешение на всех частотах составляет 1 см.

Сердце ЕА600 — высокопроизводительный процессорный блок, для которого не требуется дополнительное место, т.к. он полностью интегрирован в плоский ЖК-дисплей (15—18 дюймов). ПО эхолота ЕА600 работает на платформе операционной системы Windows ХР. Процесс записи эхосигналов на твердый диск компьютера легко контролируется пользователем. Имеется порт USB на передней панели, к которому может быть подключено устройство чтения/записи компакт-дисков или DVD. Предусмотрено подключение спутниковой навигационной системы GPS через последовательный интерфейс RS-232. Также предусмотрен ввод в эхолот данных от других внешних устройств: датчиков килевой и бортовой качки,

Page 89: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

89

данных от CTD зонда. Данные вводятся вручную (например, данные от СТД зонда) и автоматически через последовательный интерфейс RS-232 (например, параметры качки).

В качестве опции, имеется глубоководная версия с электронной стабилизацией луча, а также двухдисплейный вариант с конфигурацией master-slave, предусмотрена возможность классификации грунтов и интеграции результатов промера в навигационные карты в системе ECDIS.

3.2.5. Многолучевые эхолоты

В конце 70-х гг. появились многолучевые эхолоты, которые открыли новые

возможности для детального изучения и картирования подводного рельефа. Многолучевые эхолоты отличаются тем, что в глубину посылается не один акустический луч, а сотни. Лучи, сформированные антенной решеткой и/или электронным способом, веером расходятся от излучателя в плоскости, перпендикулярной направлению движения судна и позволяют производить батиметрическую съемку дна широкой полосой (рис. 3.9). Ширина полосы сканирования достигает от 70% глубины до 3-х и более глубин — т. е. при глубине 5000 м может сканироваться полоса шириной в 15000 м.

С учетом параметров движения судна (курс, крен, дифферент, вертикальные перемещения) и распределения скорости звука по глубине обследуемой акватории, вводимых в гидроакустическую систему, в результате каждого сканирования получается набор данных по глубинам акватории по линии, перпендикулярной траектории движения судна.

Следует отметить, что одним из важнейших обязательных дополнений к

многолучевому эхолоту, являются гидрологический СТД-зонд, так как он позволяет определять температуру и соленость воды на требуемых глубинах, что в свою очередь позволяет вычислять скорость звука. Разница в скорости звука на разных глубинах может быть достаточна велика, поэтому для каждого конкретного района перед съемкой дна необходимо проводить специальные измерения, которые дают кривую изменения скорости звука в воде, что позволяет вносить соответствующие поправки. Как правило, стоимость дополнительного оборудования составляет значительную часть стоимости самого многолучевого эхолота.

Применение многолучевых эхолотов в океанографических исследованиях на больших и средних глубинах началось достаточно давно (с середины 80-х годов). Применение данной технологии на мелководных водоемах стало возможным только после существенного увеличения производительности вычислительных комплексов. Это связано с тем, что при работах на малых глубинах для обеспечения полного покрытия дна акватории требуется

Риг. 3.9. Сравнительные схемы промера обычным (а) и многолучевым (б) эхолотами

Page 90: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

90

существенное увеличение числа посылок в единицу времени, что, в свою очередь, вызывает значительное увеличение объема обрабатываемой информации.

Использование данной категории гидроакустических приборов в рыбохозяй- ственных исследованиях связано с тем, что распределение многих донных и придонных промысловых объектов (не только рыб) связано с характером донного рельефа. Кроме того, совершенно очевидно, что экономическая целесообразность использования многолучевых эхолотов на рыболовных НИС, кроме их применения в рыбопромысловых исследованиях, хорошо согласуется и с возможностью попутного улучшения навигационно-гидрографического обеспечения как в новых, так и в известных важных и сложных для судоходства районов. На рыболовных НИС в большей степени распространены эхолоты фирмы Kongsberg. Их программно- аппаратная унификация с рыбопоисковым оборудованием этой фирмы позволяет достаточно просто организовывать интегрированные судовые гидроакустические комплексы. В месте с тем, на исследовательских судах не связанных впрямую с рыбопромысловыми исследованиями — они ведутся на них попутно, применяются многолучевые эхолоты и других известных фирм. Например, на НИС «Sarmiento de Gamboa», где отсутствует акустическое рыбопоисковое оборудование, установлены многолучевые эхолоты DS-2 и MD-3 германской фирмы Atlas Hydrographic. На многофункциональных НИС также широко распространены эхолоты датской фирмы Reson A/S. В таблице 3.5 представлены сравнительные характеристики последних моделей многолучевых эхолотов фирмы Kongsberg, установленных на ряде НИС нового поколения, причем они. как правило, являются модернизированными вариантами предыдущих моделей, охватывая, таким образом, почти все суда перечисленные в таблице 3.3.

Выбор того или иного многолучевого эхолота определяется, прежде всего, диапазоном измеряемых глубин и основными характеристиками рельефа дна. Глубины же и точность обследования дна в свою очередь зависят от частоты, от которой в свою очередь зависят геометрические размеры передающей и приемной антенн. Эти размеры, как и сама конструкция антенного комплекса, имеют большое значение для выбора мест и вариантов его размещения на днище судна.

Таблица 3.5. Сравнительные характеристики многолучевых эхолотов

Как правило, антенный комплекс многолучевого эхолота представляет собой так

называемый «Крест Миллса» [Urick, 1983], который состоит из двух одномерных антенн, смонтированных в виде креста на днище судна. Передающая антенна располагается вдоль продольной оси судна, а приемная — поперек ее. Наиболее простой вариант — две линейки-решетки излучателей расположенные в виде плоских панелей Т-образной конфигурации. В некоторых случаях используются кои струкции, где линейки-решетки выполнены в виде поверхностей параболических цилиндров с общей осью — именно такие конструкции чаще всего именуются Крестом Миллса.

Page 91: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

91

Многолучевой эхолот ЕМ3002 фирмы Kongsberg в 2004 году пришел на смену хорошо известному эхолоту ЕМ3000 (установлен на НИС «CEFAS Endeavour») и предназначен для детальной съемки рельефа дна и обследования акваторий с глубинами от 0,5 до 150 метров. Система ЕМ3002 использует одну из трех возможных частот 293, 300 и 307 кГц. Это идеальный диапазон частот для мелководных участков, так как достаточно высокая частота обеспечивает узкие лучи при малых физических размерах излучателей. В то же время, частота в 300 кГц гарантирует большую наклонную дальность в условиях наличия большого количества взвешенных частиц в воде и позволяет осуществлять картографирование биомасс в водной толще. Максимально возможная измеряемая глубина значительно зависит от температуры и солености воды и может достигать 300 метров.

Эхолот характеризуется высокой разрешающей способностью. Благодаря электронной системе стабилизации и компенсации излучения, как по килевой, так и по бортовой качке, производительность системы остается стабильной даже при плохих погодных условиях. Углы между лучами устанавливаются либо постоянным (большая плотность глубин у центральных лучей), либо переменными (равномерное распределение глубин по дну). При этом расстояния между измеренными глубинами (пятнами акустических контактов) становятся практически одинаковыми, что приводит к равномерной плотности глубин по всей ширине полосы съемки. Динамическая фокусировка всех принимаемых лучей оптимизирует производительность и качество съемки при работах на минимальных дистанциях от подводного объекта, например, при подводной инспекции объекта с подводного аппарата.

Гидроакустическая антенна выполнена в виде «креста Миллса» и размещается в цилиндрическом корпусе из титана, ее небольшие размеры позволяют монтировать даже в носовой части, что особо актуально для малых судов. При установке двух антенн под углом 40 градусов, что предусмотрено в модели эхолота EM3002D, ширина угла покрытия составляет 200 градусов. Такой вариант позволяет инспектировать подводные конструкции вплоть до поверхности воды и также выполнять промер рек, каналов и прибрежной полосы вплоть до уреза воды. Такой эхолот установлен на новом испанском 30-метровом НИС «Emma Bardan».

Многолучевой эхолот ЕМ710 в производственной программе фирмы Kongsberg появился недавно и, являясь одной из последних разработок, призван заменить ряд многолучевых эхолотов прошлого поколения с рабочими частотами в районе 95 кГц — ЕМ950 (НИС «Scotia»), а также ЕМ 1000 и ЕМ 1002 (НИС «Celtic Explorer», «G.O. Sars»).

Многолучевой гидрографический эхолот ЕМ710 — это высокоточная с большой разрешающей способностью система картографирования морского дна, соответствующая всем действующим стандартам IHO (International Hydrographic Organization). Конфигурация эхолота может быть построена в соответствии с задачами пользователя и допускает выбрать систему, как по ширине луча, так и по режиму излучения.

Система ЕМ710 работает в диапазоне частот от 70 кГц до 100 кГц. Излучаемый веерный импульс разделен по частотам на три сектора, что позволяет увеличить диапазон измерения глубин, а также подавлять помехи, возникающие в результате многократного отражения сигнала от морского дна или других целей. В пределах каждого импульса три частотных сектора излучаются последовательно, а каждый сектор характеризуется индивидуальными частотами или формой волны. Имеется три основные версии системы:

ЕМ710 — полная версия, дальность обнаружения цели — около 2000 метров, используются одночастотные (CW) и частотно модулируемые (FM) импульсы;

EM710S — мелководная версия, дальность обнаружения цели — около 1000 метров, используются CW импульсы различной длины;

EM710RD — упрощенная версия, дальность обнаружения цели — около 600 метров, используются CW импульсы различной длины.

Page 92: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

92

Гидроакустические антенны изготовлены из композитной керамики, полностью водонепроницаемы и могут эксплуатироваться в безаварийном режиме в течение длительного срока.

Многолучевой эхолот ЕМ302 — разработан фирмой Kongsberg для замены эхолота ЕМ300, появившегося в 1996 году (более 20 систем ЕМ300 еще эксплуатируются, в том числе и на НИС «Ami Fridriksson», «Vizconde de Eza» и «G.O. Sars»), и предназначен для картографирования морского дна практически от береговой черты до окончания континентального склона. Он установлен на НИС нового поколения «Miguel Oliver».

По сравнению с многолучевыми эхолотами типа ЕМ122, способными измерять любые океанские глубины, эхолот ЕМ302 не такой дорогой т. к. имеет вибратор меньшего размера и, следовательно, более легкую в установке антенну. Вибратор ЕМ302 — это линейная антенная Т-образная решетка, имеющая отдельную приемную и излучающую части. Передающая часть имеет длину 1,5 метра или 3 метра в диаметральной плоскости судна с 432 или 864 индивидуальными элементами. Приемная часть может иметь длину 0,8, 1,6 или 3.3 метра в поперечной плоскости судна с 32, 64 или 128 элементами. Длина антенной решетки может быть изменена в соответствии со специфическими требованиями к установке. Антенная решет-ка разделена на съемные модули. Трансивер поставляется в настенном варианте (1392 мм высотой) и состоит из всей приемной и передающей электроники, формирователя лучей и процессора детектирования дна, а также всех интерфейсов для подключения датчиков реального времени таких как компенсатор качки, гирокомпас, систему позиционирования, часы и пр.

Многолучевой эхолот ЕМ122 предназначен для картирования морского дна до полной глубины океана с непревзойденным разрешением, охватом и точностью. Конструкция эхолота базируется на широко известном и заслуженном эхолоте Simrad ЕМ 12, появившемся в 1990 году, а также последующих моделях ЕМ121 и ЕМ120 (НИС «James Cook»), из которых порядка 40 систем остаются в строю до сих пор.

Гидроакустическая антенна эхолота ЕМ 122 является модульной и по конфигурации представляет собой «крест Миллса» с раздельными передающими и принимающими массивами элементов. Передающий массив элементов может быть выполнен с шириной луча 0.5°, 1°, 2° или 4° градуса, в то время как принимающий 1°, 2° или 4° градуса. Принимающая часть гидроакустической антенны ЕМ 122 является широкополосной, что в комбинации с дополнительной низкочастотной передающей гидроакустической антенной предоставляет возможность их совместного использования для профилографа с очень узким лучом Simrad SBP 120, как и сделано на НИС «James Cook».

Эхолот ЕМ122 может поставляться в двух или трех частотном исполнении, что позволяет его легко интегрировать с другими эхолотами ЕМ-серии с частотами 30, 100 или 300 кГц. Следует отметить, что этот эхолот обладает уникальной специальной функцией для уменьшения мощности излучаемого сигнала с целью предотвращения нанесения вреда морским млекопитающим, если они находятся рядом.

Многолучевой эхолот SM2000 (последняя модификация — SM20) занимает от-дельное место в общем ряду эхолотов под маркой Simrad, так как он разработан и выпускается канадским отделением Simrad-Mesotech. Этот эхолот позиционируется как «изображающий» и сразу разрабатывался с учетом его использования и в рыбопромысловых целях. Хотя в его исполнении предусматриваются частоты в 90 или 200 кГц, на рыболовных НИС («Scotia», «G.O. Sars» и американских судах проекта FRV40) в основном используются 200-килогерцовый вариант, что и отражено в табл. 3.5.

Гидроакустическая антенна эхолота SM2000 выполнена в виде креста Миллса и имеет три варианта исполнения с секторами обзора в 60°, 120° и 180°, что обеспечивают приемные части антенны, выполненные в виде поверхностей параболических цилиндров соответствующих размеров.

Page 93: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

93

3.2.6. Профилирующие эхолоты Известно, что распределение донных и придонных гидробионтов довольно часто

коррелирует не только с глубиной, но и с типом донного грунта (ил, песок, галька и т.д.). Используя специальные программные средства для анализа донных сигналов, поступающих, например, с эхолота в компьютер, с целью определения характера грунта, можно существенно повысить поисковые возможности гидроакустической техники и результативность лова промысловых объектов [Гончаров, Теслер, 1999]. Но более точные данные о структуре грунта могут быть получены при использовании параметрического профилирующего эхолота, построенного на принципах нелинейной акустики. Параметрические антенны кардинально решили проблему широкополосного направленного излучения на большие расстояния в гидроакустике. Традиционными (линейными) методами эта проблема не всегда решается. Обычные излучающие гидроакустические антенны резонансные, а поэтому узкополосные, к тому же на низких частотах — крупногабаритные и тяжелые. Нелинейная гидроакустика имеет дело с так называемой антенной накачки. На неё подается не один, а два сигнала с частотами f1 и f2, которые появляются в воде в виде пучка волн с теми же частотами f1 и f2. От квадратичной нелинейности (при возведении в квадрат суммы двух синусов) в каждой точке водной среды появляются сигналы с частотами 2f1, 2 f2, (f1 + f2) и, главное, возникает сигнал низкой разностной частоты F= (f1 — f2). Все ультразвуковые волны накачки (удвоенные частоты либо сумма частот) быстро затухают с расстоянием, но волна разностной частоты F = (f1 — f2) в силу малости затухания на низких частотах распространяется на большие расстояния. На этом принципе построены все параметрические эхолоты для исследования профиля донных отложений — профилографы.

Фирма Kongsberg выпускает такие профилографы под названием «TOPAS» (Topographic Parametric Sonar) [Technical Description..., 1994; Dybedal, 1992], где используется излучатель на основе эффекта нелинейного взаимодействия волн для получения высокой направленности низкочастотного луча антенной небольших размеров. Разработаны две модификации прибора с частотами накачки в районе 15 кГц и 42 кГц.

Параметрический эхолот TOPAS-PS-18 — это низкочастотный параметрический профилограф, предназначенный для глубин от 20 м до максимальных глубин встречающихся в Мировом океане. Он работает на разностных частотах 0,5—6,0 кГц при ширине характеристики направленности в режиме излучения 5° и на частоте второй гармоники 30 кГц при ширине характеристики направленности 3° на уровне минус 3 дБ. Глубина проникновения в грунт обычно не менее 100 м. Излучаемая акустическая мощность составляет 32 кВт. Вес антенны составляет 512 кг, площадь 1,1x1,1 м. Профилограф установлен на ряде НИС нового поколения: «G.O. Sars», «Miguel Oliver», «Vizconde de Eza».

Параметрический эхолот TOPAS-PS-40 — это среднечастотный параметрический профилограф для профилирования морского дна с высокой разрешающей способностью в диапазоне глубин менее чем 5 метров и до 1000 метров. Он работает на разностных частотах 1—10 кГц, имеет диаграмму направленности шириной 3x5°, а на частоте второй гармоники 84 кГц ширина характеристики направленности равна 3°. Излучаемая электрическая мощность со-ставляет 12 кВт. Вес антенны составляет 70 кг, площадь 0,8 х 0,5 м. Вертикальное разрешение не хуже 0,1 м, глубина проникновения в грунт обычно не менее 60 м, но сильно зависит от глубины, внешнего шума и типа грунта. На малошумящих судах возможно использование профилографа TOPAS-PS-40 на скоростях до 12-ти узлов. Такой профилограф установлен на новом 30-метровом испанском рыболовном НИС «Emma Bardan».

Параметрический эхолот ATLAS PARASOUND Р35 германской фирмы Atlas Hydrographic является наиболее специализированным и мощным из рассматриваемых здесь нелинейных профилографов. Возможность его проникновения в грунт доходит до 150 м при рабочих глубинах до 11000 м. Выходная мощность равна 35 кВт, частоты накачки — 18—27

Page 94: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

94

кГц, рабочие частоты — 0,5—6 кГц. Этот профилограф установлен на НИС «Sarmiento de Gamboa». Критерии выбора эхолота именно этой фирмы такие же, как и указанные в разделе для многолучевых эхолотов.

Кроме параметрических эхолотов, выпускаются профилографы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). В принципе такие профилографы представляют собой практически тот же эхолот, но с очень низкой частотой излучаемого сигнала — менее 12 кГц. За счет физических особенностей проникновения низкочастотных звуковых волн в твёрдых средах и большой мощности сигналов акустический сигнал проникает в донный грунт на значительную глубину, чем меньше частота сигнала, тем больше проникающая способность.

По способу размещения антенн акустических профилографов различают буксируемые (например, на НИС «Celtic Explorer» используется буксируемая антенна ЛЧМ-профилографа SES Probe 5000S фирмы Innomar) и стационарные — когда антенна размещается в днище судна. Очень часто на одном буксируемом аппарате совмещается антенна гидролокатора бокового обзора и антенна профилографа дна.

Профилирующий эхолот SBP120 с линейной частотной модуляцией, очень узким лучом и частотой излучения в 3—7 кГц является факультативным дополнением к многолучевому эхолоту серии ЕМ 120/122. Глубина проникновения зависит от характера грунта и в среднем составляет 40—50 м. Передающая антенна эхолота SBP120, как правило, имеет те же размеры, что и у многолучевого эхолота (длина 8, 4 или 2 м, ширина 0,8 м) и располагается рядом параллельно. В качестве приемной используется штатная приемная антенна многолучевого эхолота. Более того, для усиления, фильтрации и регистрации сигналов используется весь приемный тракт многолучевого эхолота. Эхолот SBP120 вместе с многолучевым эхолотом ЕМ 120 установлен на НИС «James Cook».

3.2.7. Доплеровские измерители течений (ADCP)

При проведении научных гидрологических станций и контрольных тралений необходима информация по скорости, глубине и направлению морских течений, для получения которой в настоящее время повсеместно на судах используются акустические доплеровские измерители течений (Acoustic Doppler Current Profiler — ADCP). Эти приборы предназначены для измерения профиля течения в водной толще, основанного на доплеровском эффекте.

Прибор периодически излучает акустический сигнал определённой частоты, который

отражается от звукорассеивающих элементов водной среды (планктон, мелкие пузырьки).

Рис. 3.10. Сравнительные размеры излучателей TRDI Ocean Surveyor с фазированными

решетками на 150 (а) и 75 кГц (в) с традиционным излучателем на 150 кГц (б)

Page 95: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

95

Обычно применяют не один, а четыре излучателя. Измеряя смещение частоты отражённых сигналов и время их прихода относительно параметров базового сигнала можно получить вдоль пути распространения акустического луча на дистанции уверенного приема отраженного сигнала весь профиль оценок скорости и направления течения.

Несомненным лидером производства таких приборов являлась американская фирма TRDI (Teledyne RD Instruments, бывшая RDI), а наиболее распространенным прибором измеритель Ocean Surveyor, который в различных модификациях установлен практически на каждом НИС нового поколения. В этом измерителе, вместо блока из 4-х излучателей используется 4-х лучевая фазированная решетка (патент RDI), причем ее размеры значительно меньше традиционного варианта. Более того, фирма с целью модернизации своего оборудования, специально выпускает антенны с фазированной решеткой на 75 кГц, которые имеют посадочные размеры соответствующие размерам 150-килогерцовой антенны традиционного типа (рис. 3.10).

Измерители TRDI Ocean Surveyor в настоящее время выпускаются на три рабочие

частоты с основными характеристиками, указанными для скорости от 1 до 5 уз, представленными в таблице 3.6. Выходная мощность излучателя 1 кВт. Измерители имеют встроенный датчик температуры с погрешностью измерения 0,1° в диапазоне от —5 до +45° и разрешением 0,03°. Связной интерфейс RS232 или RS422, формат ASCII, двоичный или 16-ричный формат, скорость обмена 1200—115200 бод.

При выборе места на днище судна для установки излучателей следует обратить особое внимание на недопустимость его нахождения во вспененном слое воды во избежание появления сбоев в измерениях.

3.2.8. Системы подводного позиционирования (HiPAP, USBL Spar)

Гидроакустические системы подводного позиционирования (ГСПП) на судне

предназначены определения точных координат подводных объектов — телеуправляемых и

Таблица 3.6. Основные характеристики измерителей TRDI Ocean Surveyor

Page 96: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

96

автономных подводных аппаратов, буксируемых устройств, водолазных носителей и непосредственно самих водолазов, а также отслеживания траекторий их передвижений относительно судна-носителя в реальном масштабе времени. Принцип работы ГСПП заключается в определении положения маяка-ответчика (transponder), установленного на подводном объекте, относительно судна-носителя. Для этого судно оборудуется одной или несколькими приемо-передающими гидроакустическими антеннами, принимающими сигналы от маяков-ответчиков. По параметрам этих сигналов надводный блок обработки, построенный на базе персонального компьютера, определяет пеленг и дистанцию до маяка-ответчика. При использовании системы GPS возможно позиционирования в абсолютных географических координатах.

Есть различные методы акустического позиционирования подводных объектов, однако наиболее широкое распространение на НИС получила система с ультракороткой базой (USBL). Примером такой USBL-системы является широко распространенная система HiPAP фирмы Kongsberg.

USBL-система HiPAP 500 является на сегодняшний день наиболее совершенной в ряду систем HiPAP и именно этой системой оборудовано большинство НИС нового поколения. В основе построения USBL-систем (в некоторых источниках эта система именуется как SSBL) лежит принцип определения координат маяка- ответчика по дистанции и углу. Система состоит из ПВУ, антенны, блока обработки, блока компенсации влияния качки и ПК (рис. 3.11). Антенна позволяет формировать акустические лучи шириной 10 градусов в любом направлении — горизонтально или от поверхности воды (рис. 3.11, а) и содержит 241 приёмо-передающих элементов, расположенных в виде сферы (рис. 3.11, б). Дальность действия этой системы доходит до 4000 м. Степень точности зависит от положения маяка-ответчика относительно приемника и выражается в процентах от дистанции и угла. Обычно, при работах до 1000 м, точность определения расстояния не хуже 0,2 м, а точность определения направления не хуже 0,12 градуса при соотношении уровня сигнал/шум 20 дБ. Антенна выдвигается из шахты диаметром порядка 500 мм, врезанной в днище судна (3.11, в).

Рис. 3.11. USBL-система HiPAP 500 (пояснения в тексте)

Page 97: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

97

В настоящее время это, пожалуй, наиболее распространённые ГСПП, которая

используется для решения задач позиционирования при выполнении широкого спектра подводно-технических работ. С весны 2007 года, когда эта система появилась на рынке, более 500 комплектов таких систем были поставлены в различные организации для обеспечения позиционирования подводных объектов. За рубежом практически каждое судно, предназначенное для обеспечения подводно- технических работ, имеет USBL-систему позиционирования типа HiPAP.

3.2.9. Размещение акустических антенн и выдвижные кили

Важнейшими элементами всех гидроакустических средств являются их антенны, которые обычно устанавливаются на днище судна. Учитывая, что шумы гребного винта являются источником наиболее сильных помех в диапазоне работы гидроакустических средств, желательна установка антенн в наибольшем удалении от винтов, т.е. в носовой части днища судна.

Однако здесь существует большой риск их повреждения в результате эффекта «слеминга» (slamming). Чаще всего слеминг происходит по причине излишней всхожести корпуса на волну, отчего при падении носовой оконечности с высокого гребня одной волны происходит сильнейший удар днищем о ее плоскую подошву с последующим глубоким зарыванием корпуса под новый гребень штормовой волны. Одновременно повышается вероятность попадания антенн в слой вспененной воды. Удачным компромиссом считается размещение антенн на одной трети длины судна от его носовой части в специальном блистере, выступающем из днища судна примерно на 0,5 м.

Однако, учитывая возросшую интенсивность акустических съемок, в том числе и на высоких скоростях при ветреной погоде, что увеличивает толщину вспененного слоя воды, с целью повышения эффективности гидроакустических средств акустические антенны пытались устанавливать в выдвижных килях. Первые конструкции оказались недостаточно надежными и вызывали ограничения на скорость судна. Впервые работоспособный и удачный вариант такого решения был применен на НИС «Miller Freeman» (США), где антенны эхолота ЕК500 было ре-шено установить в нижней части выдвижного киля первоначально предназначавшегося для стабилизации динамической остойчивости и снижения дрейфа судна (Опа, Тгаупог, 1990). Сочетание акустических антенн исследовательского эхолота с прочной и надежной конструкцией киля, выдвигаемого посредством гидравлического привода на 4 м ниже днища судна и предназначенного для работы в любых погодных условиях с максимальной скоростью хода, оказалось настолько удачным, что этот комплекс на НИС «Miller Freeman» продолжает эксплуатироваться и по настоящее время.

Похожая конструкция выдвижного киля была в 1997 году устроена на старом норвежском НИС «G. О. Sars». В днище судна было сделано отверстие с герметизированным отсеком-шахтой высотой около 5 м, где размещались выдвижной киль (2,7 м) и спуско-подъемное устройство. Такая конструкция была использована и при модернизации другого норвежского НИС — «Haakon Mosby». Примененное решение было обусловлено невозможностью более серьезной перепланировки внутреннего устройства судна и организации выгородки вертикальной шахты, проходящей через все палубы. Главным недостатком такого технического решения является необходимость проведения доковых работ для обслуживания антенн.

Более удачная конструкция была разработана в начале 90-х годов фирмой Skipsteknisk A/S при оборудовании НИС «Jan Мауеп» (Andrae, 1993). В отличие от других устройств подобного рода, требующих сложных систем со спускоподъ- емными гидравлическими устройствами с многочисленными уплотнениями, эта конструкция значительно проще. Шахта

Page 98: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

98

проходит сквозь весь корпус от днища до уровня верхней палубы, а выдвижение и подъем киля происходит по направляющим, подобно кабине лифта в лифтовой шахте. В результате акустические антенны могут погружаться на глубину 3—4 м ниже уровня днища судна. Так как верхний край шахты киля значительно превышает уровень ватерлинии судна, отпадает необходимость в полной герметизации самой шахты и не требуется специального спуско-подъемного оборудования, в качестве которого появилась возможность использования разновидности обычной лебедки. На переходах киль вдвигается обратно в корпус для снижения лобового сопротивления судна. Размеры и конструкция киля позволяют персоналу проникать внутрь для ремонта и обслуживания акустических преобразователей изнутри судна без использования дорогостоящих доковых или водолазных работ. Сам киль имеет каплевидное сечение, а высота его примерно в два раза превышает ту длину, на которую он выдвигается из днища. Обычно в нижней части киля устанавливаются антенны для эхолотов ЕК500 или ЕК60, а также доплеровского лага и другой акустической аппаратуры. На рис 3.12 представлен пример эхолотных записей при выдвинутом и поднятом киле.

Рис. 3.12. Пример эхолотных записей при выдвинутом (слева) и поднятом (справа) киле

Первым судном, на котором по инициативе Норвежского института морских

исследований (I\1R) прямо при проектировании судна был предусмотрен выдвижной киль подобной конструкции (причем специально предназначенный для размещения акустических антенн, стабилизирующий эффект при этом имел более низкий приоритет), было НИС «Dr. Fridtjof Nansen», построенное в 1993 году. В последующие годы на всех действующих НИС, принадлежащих IMR, также были смонтированы аналогичные устройства.

Из судов нового поколения, на которых были установлены подобные устройства, первым стало НИС «Scotia», а затем эта конструкция стала применяться на других судах европейских проектов. На НИС «Vizconde de Eza» вместо ЕК 500 уже установлен новый эхолот ЕК 60, а усовершенствованный киль выдвигает акустические антенны ниже днища на 4 м (рис. 3.13, а). Аналогичные кили (рис. 3.13, б, в) установлены на всех рыболовных НИС нового поколения, в том числе и на судах американского проекта FRV-40. Более того, установку выдвижных килей начали предусматривать и на университетских НИС, например на НИС «Gunnerus» и «Hugh R. Sharp», а также устанавливать на рыболовных судах, привлекаемых к научно- промысловым исследованиям, например на сейнер-траулерах «Libas» и «Eros».

Рассмотрим более подробно схемы размещения гидроакустических антенн в нижней части опускаемых килей, используемых на судах для рыбопромысловых исследований. Для примера возьмем траулер «Libas», оборудованный опускаемым килем (рис 3.14), который выдвигается на 2 м ниже днища судна.

Page 99: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

99

Рис. 3.13. Вид сверху на шахту с килем на НИС «Vizconde de Eza» (а), на НИС «Celtic Explorer» (б)и на НИС «CEFAS Endeavour» (в)

Рис. 3.14. Вид сверху на выдвижной киль в шахте (а) и расположение (б) акустических антенн научного эхолота Simrad ЕК60, а также другого оборудования в нижней части киля (пояснения в тексте)

В носовой и средней части киля смонтированы акустические антенны научного эхолота

Simrad ЕК60 на 6 частот: 18 кГц (1), 38 кГц (2), 70 кГц (3), 120 кГц (4), 200 кГц (5) и заглушка вместо антенны на 400 кГц (6). В кормовой части киля установлены антенна измерителя скорости течения (7) и выдвижное устройство гидролокатора кругового обзора Simrad SH80 (8).

Рис. 3.15. Вид внутри шахт сдвоенных килей на НИС: «G. О. Sars» (а — в процессе строительства), «James Cook» (б — снизу), «Sarmiento de Gamboa» (г — сверху)

Page 100: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

100

Рис. 3.16. Вид со стороны днища судна на места расположения акустических антенн НИС «JamesCook» (пояснения в тексте)

На больших НИС «G.O. Sars», «Sarmiento de Gamboa» и «James Cook» в одной шахте

установлено сразу по два выдвижных киля для многочастотных акустических антенн (рис. 3.15). Такое решение позволяет идентифицировать и определять размерный состав рыбных скоплений с одновременной стратификацией их распределения по глубине.

Рассмотрим расположение антенн на двух килях на примере НИС «James Cook», где они сгруппированы по местам своего расположения — в выдвижных килях и непосредственно на днище, как указано на рис. 3.J6.

В левом выдвижном киле (а) смонтированы антенны высокочастотного многолучевого эхолота для картирования дна ЕМ710 (1), гидрографического эхолота ЕА600 (2) и измерителей скорости течения ADCP (3). Правый киль (б) содержит все антенны научно-рыболовного эхолота ЕК60: 1—18 кГц, 2—38 кГц, 3—70 кГц, 4—120 кГц, 5—200 кГц, На днище (в) располагаются раздельные матричные антенны низкочастотного многолучевого эхолота дли картирования дна ЕМ120 (1) и низкочастотного донного профилометра SBP120 (2), приемная матричная антенна (3) у них общая.

Рис. 3.17. Вид на перевернутую модель корпуса судна с гондолой (слева) в опытовом бассейне и схема (справа) расположения на ней антенн (пояснения в тексте)

Как и НИС «James Cook», испанское судно «Sarmiento de Gamboa» имеет 2 выдвижных

киля для акустических антенн, опускаемых на 3,5 м ниже днища судна, однако

Page 101: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

101

крупногабаритные антенны многолучевых эхолотов и параметрического про- филографа, во избежание влияния поверхностного аэрированного слоя воды, решено монтировать в специальной гондоле крыловидной формы (рис. 3.17). Обтекаемость этой гондолы, расположенной в носовой части днища, моделировались и исследовались в экспериментальном гидродинамическом канале Министерства обороны (СЕНІPAR — Canal de Experiencias Hidrodin6micas de el Pardo).

В первую очередь на нижней поверхности крыла размещаются крупногабаритные антенны многолучевых эхолотов Hydrosweep MD-3 (1) и Hydrosweep DS-3 (2). а также параметрического профилографа Parasound Р35 (3). Кроме того, здесь располагаются и антенны другого оборудования — промерного эхолота ЕА600 (4—12 кГц, 5—200 кГц), навигационного эхолота Furuno (6—50 кГц, 7—200 кГц) и доплеровского лага (8).

Рис. 3.18. Внешний вид блистера для акустических антенн (слева) и схема (справа) их расположения на нижней поверхности блистера НИС «Miguel Oliver» (пояснения в тексте)

Другой подход к размещению акустических антенн использован r конструкции

испанского рыболовного НИС нового поколения «Miguel Oliver». С целью минимизации расходов, для акустических антенн вместо выдвижных килей и крыловидной гондолы, в носовой части судна жестко установлен специальный блистер (рис. 3.18) размером 9x3 м и выступающий на 1 м ниже днища (предполагается, что антенны будут находиться уже вне аэрированного слоя). На нижней поверхнпгти этого блистера в центре располагались наиболее крупные антенны — многолучевого эхолота ЕМ302 (1) и TOPAS PS18 (2). Ближе к корме располагались антенны научных эхолотов ЕК60 (3—18 кГц, 4—38 кГц, 5—120 кГц, 6—200 кГц) и МЕ70 (7); последними установлены гидрофоны IT1 (8). Со стороны носа судна смонтированы антенны промерного эхолота ЕА600 (9—12 кГц, 10—38 кГц), а также рыбопоискового ES60 (11—50 кГц) и навигационного EN250 (12—50 кГц) эхолотов

3.3. Инструментальные методы и судовые технические средства

оценки промыслово-значимых факторов среды В настоящее время, в связи с сокращением запасов в традиционных районах промысла

и необходимостью поиска новых, все большее значение приобретает техника экспедиционных исследований среды. Здесь значение слова «техника» охватывает технические средства, инструментальные методики и технологию ведения исследований для поиска запасов промысловых гидробионтов по косвенным признакам.

Page 102: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

102

В данном разделе, в первую очередь, в качестве введения в существо вопроса, рассматриваются отдельные элементы методических основ океанологического обеспечения промысла. Затем идет перечисление с кратким описанием наиболее распространенных погружаемых на станциях измерителей, пробоотборников и орудий лова, которые позволяют достоверно оценивать такие факторы водной среды, влияющие на поиск и прогноз рыбных скоплений, как температура, динамика вод, световой режим, а также параметры, по которым оценивается кормовая база. Далее рассматриваются научные системы, используемые на ходу судна. В заключение предлагаются варианты расположения, конфигурации и состава палубно-лабораторных комплексов (ПЛК), куда входят лебедки, спускоподъемные устройства для погружаемых измерительных комплексов, ангары для них и прочие элементы центров забортных работ.

3.3.1. Отдельные элементы методических основ океанологического

обеспечения промысла Основной причиной неравномерности распределения в Мировом океане промысловых

скоплений рыб и колебаний промысловых уловов считается изменчивость состояния окружающей среды. В связи с этим, одним из важнейших путей увеличения производительности поиска и промысла рыбы, а также сохранения биоресурсов является применение промысловых прогнозов. В зависимости от сроков заблаговременности они делятся на:

- краткосрочные (оперативные) прогнозы сроком от суток до квартала; - сезонные — на срок от месяца до года; - долгосрочные (тактические) — со сроком от квартала до года; - сверхдолгосрочные (стратегические) промысловые прогнозы — с заблаговременностью от одного года до нескольких лет.

Все эти прогнозы должны отвечать на четыре важнейших вопроса практики: что? где? когда? сколько можно ловить? [Захаров, 1998]. Вместе с тем, все эти прогнозы еще объединяет то, что они, основываются на знании зависимости распределения и поведения рыбы от состояния основных факторов водной среды и их изменчивости.

Например, одним из важнейших абиотических факторов, непосредственно влияющих на пространственно-временное распределение отдельных видов рыб, а также их поведение является температура морской воды. Практически, для каждого вида рыб существует интервал оптимальных температур, при этом для различных стадий роста рыб требования к температуре окружающей среды варьируют в пределах этого диапазона. Собственная температура большинства рыб отличается от температуры воды примерно на 1 °С, а их чувствительность к градиентам температур велика, причем, многие из них способны различать изменение темпе-ратуры на 0,03 °С (Юдович, 1974).

Являясь основным регулятором скорости метаболизма и скорости пищеварения, а иногда и скорости развития организма, температура часто оказывается естественным раздражителем, определяющим начало миграций, нереста и других жизненных процессов. Например, с повышением температуры рыба перемещается к местам нагула со скоростью, соответствующей продвижению границы теплых вод. При понижении температуры поверхностных вод рыбы могут уходить на глубину, где температурные условия постоянны, причем там они могут оставаться на зимовку, иногда прекращая питание.

Некоторые рыбы не опускаются ниже слоя температурного скачка, а в других случаях, подход холодных вод приводит к отрыву от грунта промысловых скоплений. В ряде случаев определяющим фактором для оптимального выбора района лова является температура поверхностного слоя воды. Классическим примером являются результаты исследования

Page 103: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

103

горизонтальных градиентов температуры поверхностного слоя и улова (рис. 3.19), проведенные с 9 по 17 марта 1966 г. в юго- западной части банки Джорджес [Вялов, 1969].

Рис. 3.19. Колебания горизонтальных градиентов температуры

(1)— dt/dl (°С / миля) поверхностных слоев воды и улова (2) в тоннах за час траления Эти графики не следует рассматривать как априорную зависимость уловов от

градиента температуры поверхностного слоя воды. В каждом отдельно взятом районе и даже в одном районе, но в разное время года или при различном физиологическом состоянии промысловых объектов, такие зависимости будут существенно различаться, но, тем не менее, они будут неизменно наблюдаться [Унгерман, Губер, 1973].

Методы промыслового прогнозирования, основанные на зависимости концентраций и выхода промысловых скоплений от температуры морской воды, находят широкое применение на промысловых судах. Однако необходимо учитывать, что изменению температуры воды, как правило, сопутствуют изменения других факторов, и в первую очередь,— течений, которые определяют физические свойства водных масс. Течения переносят икру и мальков из районов нереста в области их развития и далее в район откорма, определяют направление миграции взрослых рыб. Тем самым, течения непосредственно влияют на численность и географическое распределение видов рыб. Одновременно, динамические процессы, сопровождающие течения, подъем вод, их опускание, меандрирование и вихреобразование, могут определять вертикальное распределение рыб как непосредственно, так и косвенно, обуславливая распределение кормовой базы рыбных скоплений, а, следовательно, и самих скоплений.

Из биотических факторов формирования рыбопромысловых скоплений важнейшим является их обеспеченность пищей. По характеру питания около 80% общего вылова рыб Мирового океана относится к планктонофагам, большую часть которых составляют такие важнейшие промысловые рыбы, как сельдевые, анчоусовые, макрелещуковые, ставридовые, скорпеновые и некоторые скумбриевые [Марти, 1980; Моисеев, 1985]. Остальные 20% рыб, являясь хищниками, в свою очередь, питаются также и планктонофагами. В любом случае, в трофической цепи, заканчиваемой промысловыми рыбами, одним из предыдущих трофических уровней является фито- или зоопланктон, причем для рыб не так важен видовой состав пищи, как его размер. Дело в том, что состав пищи, поедаемой рыбами, главным образом, зависит от строения их рта, глотки и жаберного аппарата [Антипова и др., 1985; Горелова, 1978; Дробышева, Тюлева, 1971; Никольский, 1974). Кроме размеров планктона, для оценки пищевой

Page 104: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

104

базы рыбопромысловых скоплений, необходимо знать его концентрацию и пространственное распределение [Марти, 1980].

Влияние факторов среды на промысловые объекты и кормовую базу далеко не всегда носит прямой характер и укладывается в достаточно очевидную последовательную схему причинно-следственных отношений. В наибольшей мере прямые связи наблюдаются для освещенности, биогенных элементов, температуры. солености, кислородного режима, подвижности вод, донного осадка. Однако и эти факторы могут воздействовать не только непосредственно, но и косвенно, в силу того, что они взаимозависимы и могут существенно сказываться друг через друга [Гершанович, Муромцев, 1982]. Все это затрудняет выбор доминирующих промыслово-значимых факторов среды, причем их приоритеты в частных задачах поисковых работ и промысловой океанологии часто могут различаться.

Для решения конкретных задач прогнозирования из множества характеристик среды, влияющих на распределение и поведение рыб, как правило, выбираются такие промыслово-значимые параметры, которые в течение проводимого времени наблюдений и анализа данных могут регулярно регистрироваться инструментальными методами на исследуемой акватории со значительной степенью достоверности. Эти методы основываются как на прямых измерениях интересующего параметра непосредственно (например, температуры воды), так и на косвенных оценках нужного параметра по данным ряда других характеристик среды, определяемых прямыми измерениями (например, соленость воды по ее электропроводности или распределение фитопланктона через флюоресценцию хлорофилла). Измерительные приборы для оценки всех этих характеристик должны отвечать соответствующим точностным требованиям к поставленным задачам исследований, а цена получаемой при этом единицы информации должна быть экономически оправдана. Более подробно такие приборы рассмотрены в специальных работах [Левашов, 2003], а здесь мы коротко рассмотрим некоторые моменты, которые могут влиять на конкретные конструктивные особенности судовой архитектуры, в частности ПЛК, связанные с эксплуатацией погружаемых измерителей в судовых условиях.

3.3.2. Зондирующее и другое погружаемое оборудование

для работ на станциях Измерения требуемого набора параметров среды обитания промысловых объектов, как

правило, производится на дрейфовых и якорных станциях путем погружения измерительной аппаратуры на тросе или кабель-тросе до требуемых глубин. Сами измерения осуществляются циклически в течение всего времени погружения с необходимым разрешением по глубине, а получаемые данные либо передаются на борт судна в реальном времени по кабель-тросу, либо запоминаются во внутренней памяти погружаемого устройства (ПУ) для последующего считывания после его подъема на борт судна. Таким образом, исследователь получает набор профилей распределения измеряемых параметров по глубине. Весь этот процесс погружения и измерения параметров морской среды принято назвать зондированием, а погружаемый измерительный прибор — зондом

В практике промыслово-океанологических исследований и поисковых работ наиболее распространены и являются практически незаменимыми так называемые СТД-зонды, позволяющие получать в процессе зондирования профили вертикального распределения температуры и электропроводности (по ней вычисляется соленость). Первоначально свое название (CTD) эти зонды получили по аббревиатуре наименований группы измеряемых параметров на английском языке — Conductivity (электропроводность), Temperature (температура), Depth (глубина). Но так как измеренная электропроводность используется для вычисления солености и фактически измеряется не глубина, а гидростатическое давление, то получилось, что аббревиатуры на английском и русском языках совпадают в написании,

Page 105: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

105

поэтому такое наименование этой группы параметров было признано и в отечественной литературе.

Как правило, в таком зонде датчики всех СТД-параметров вместе с устройствами сбора информации размещены в едином прочном корпусе, позволяющем опускать зонд до необходимых глубин. Иногда в комплектацию зондов входят датчики и измерители других параметров (например, датчик кислорода, флюориметр, измеритель подводной освещенности и т. п.), а также дополнительное служебное оборудование (например, датчик касания дна, альтиметр и т. п.). Кроме параметров измеряемых СТД-зондами и сопутствующими датчиками, имеются и другие характеристики водной среды, которые пока невозможно измерить непосредственно в водной толще в процессе зондирования или такие измерения не соответствуют необходимым требованиям. Для этих целей существуют автоматические пробоотборники (кассеты батометров), которые позволяют отбирать проб воды определенного объема с требуемых глубин. Как правило, такие пробоотборники объединяются с СТД-зондами и другими измерителями в общий зондирующий комплекс, состав которого определяется задачами исследований.

Для планктонных исследований на станциях для отбора проб используются одиночные батометры большого объема, а также планктонные сети или автоматические планктонособиратели. Чем больше размеры исследуемого планктона, тем больший объем воды процеживается из батометрической пробы или непосредственно в водной толще. В связи с этим для сбора крупного планктона используются большие планктонные сети, а в некоторых случаях для увеличения объемов процеженной воды проводят так называемые «косые» ловы. В подобном случае, подъем сети с заданного горизонта производится при медленной циркуляции вокруг точки станции на малом ходу судна (2—3 уз).

СТД-зонды. По эксплуатационным качествам все СТД-зонды можно разделить на две группы: зонды, работающие на кабель-тросе, и автономные зонды, для использования которых достаточно обычного троса [Левашов, 2003].

Главным достоинством кабельных зондов является возможность наблюдения за изменением измеряемых величин в реальном масштабе времени. В особенности это важно для совместной работы зонда с кассетой батометров, где требуется выбор горизонтов отбора проб непосредственно во время зондирования. Другой важной областью, где это качество также необходимо, является использование зонда на буксируемом носителе или в системе прокачки забортной воды для оперативной оценки характеристик водных масс, например, для поиска фронтальных зон.

Автономные зонды получают электропитание от внутренних аккумуляторов или батарей, а результаты измерений регистрируются в запоминающем устройстве для последующего считывания на борту судна. В связи с развитием цифровой техники и созданием недорогих твердотельных устройств памяти большого объема, этот тип зондов в последнее время получил широкое распространение. Но тут следует заметить, что в автономном режиме могут работать и многие модификации кабельных зондов, имеющих встроенные или подсоединяемые к ним внутреннюю память и собственный источник питания. Некоторые фирмы специально выпускают так называемые логгеры (Logger) — отдельные блоки в прочном корпусе, которые могут подключаться к кабельным зондам и позволяют их использовать в качестве автономных.

Обычные тросовые лебедки значительно дешевле кабель—тросовых как по своей стоимости, так и в эксплуатации. В связи с этим способность зондирования на обычном тросе делает автономные зонды очень привлекательными для использования на судах, не предназначенных для научных исследований. Выгодным моментом является то, что в морских условиях автономные зонды практически не нуждаются в специальном обслуживании, поэтому некоторые фирмы изготавливают СТД-зонды, допускающие их эксплуатацию персоналом с минимальной квалификацией. Особенно популярными такие зонды стали на судах, используе-

Page 106: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

106

мых для попутных исследований, позволяя любому члену экипажа или прикомандированному научному сотруднику работать с зондом в одиночку и практически с «любой веревки». На научно-исследовательских судах такие СТД-зонды с памятью обычно используются в качестве резервных для работ в свежую погоду, когда на качке сложно манипулировать громоздким и тяжелым зондирующим комплексом с кассетой батометров, или используются в случае приборного отказа основного зондирующего комплекса.

В обеих группах могут быть зонды различных метрологических качеств и, со-ответственно, имеющие разный уровень сложности. Среди производителей СТД- зондов имеется несколько компаний-лидеров, разрабатывающих и выпускающих СТД-зонды, которые отличаются наиболее высокими метрологическими характеристиками. Конечно, в производственную программу таких компаний входят и другие разновидности зондов, как правило, меньшей сложности. Из них наиболее известны американские фирмы «Sea-Bird Electronics, Inc.» (SBE) и «Falmouth Scientific, Inc.» (FSI)\ а также итальянская фирма «IDRONAUT S. г.І.» (IDR). He так давно к ним присоединилась канадская фирма «Richard Brancker Research Ltd» (RBR), представившая аппаратуру, которая по своим характеристикам может составить конкуренцию известным фирмам.

Кроме фирм, специализирующихся на разработке и производстве СТД-зондов, ряд компаний (например, «SA1V A/S»} в числе другого оборудования тоже выпускает СТД-зонды, но меньшей точности. Как правило, они отличаются более низкими ценами, и среди них имеются модели, которые успешно используются при ведении исследований в попутном режиме. Отдельные фирмы (Chelsea Technology Group — CTG) предлагают СТД-зонды, в комбинации с другими измерителями (течений, флуоресценции и т. п.), причем такие комплексы приборов обычно предназначены для специальных областей применения, например, для использования в составе буксируемой или проточной аппаратуры. Основные характеристики наиболее распространенных зондов в соответствии с их классом и масштабом исследуемых процессов приведены в табл. 3.7.

Следует отметить, что приведенные требования не являются официальным стандартом, а сложились на данный период из практики экспедиционных исследований и могут со временем измениться. Иногда при очередной модернизации зонда, он начинает соответствовать по своим параметрам требованиям уже более высокого класса. Все основные характеристики современных СТД-зондов наиболее известных фирм-производителей представлены в табл. 3.8.

Таблица 3.7. Требования к основным характеристикам СТД-зондов

Page 107: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

107

Таблица 3.8. Основные характеристики современных СТД-зондов наиболее известных фирм-производителей

Батометры. Кроме получения информации с зондирующих измерительных систем,

значительная часть забортных работ в экспедициях приходится на отбор проб с помощью батометров для проведения лабораторных анализов с целью оценки тех параметров, которые нельзя измерить in situ. В современной океанологической практике наиболее распространены два типа батометров, которые изготавливаются из PVC—пластика серого цвета, имеют варианты для установки рамок с термометрами и могут крепиться как на обычном тросе, так и на раме в составе батометрических кассет (рис. 3.20).

Рис. 3.20. Внешний вид «батометра Нискина», закрепленного на тросе (о), посыльного грузика

перед пуском (б) и снаряженной кассеты перед зондированием (в)

Page 108: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

108

В случае крепления на тросе их закрытие на заданных горизонтах производится с помощью посыльных грузиков (см. рис. 3.20, б). Батометры объемом до 12 л могут крепиться на тросах диаметром до 6,4 мм, а крепления батометров большего объема рассчитаны на диаметр троса до 8 мм. Для измерения температуры пробы в точке отбора батометры могут быть оборудованы рамами с опрокидывающимися тремя или четырьмя термометрами.

Наибольшее распространение получили так называемые «батометры Нискина» (Niskin) или, по классификации фирмы GO, типа 1010, которые работают по принципу «открыто — закрыто» (рис. 3.21, а, б). Батометры выпускаются емкостью от 1,2 до 30 л в соответствии с размерным рядом, приведенным в таблице на рис. 3.21, в

.

Рис. 3.21. Внешний вид «батометра Нискина» с рамой для термометров (а), его узла с крышкой (б) и таблица-

схема размерений батометров разного объема

Другим типом батометров, часто использующихся в распространенных кассетах, является батометр типа GO-FLO или, по классификации фирмы GO, типа 1080, который представляет собой жесткий пластиковый цилиндр с шаровыми клапанами, работающими по принципу «закрыто — открыто — закрыто» (рис. 3.22, а, б). Этот тип батометра обеспечивает взятие более «чистых» проб, что требуется при работе на акваториях с загрязненной водной поверхностью.

Рис. 3.22. Внешний вид батометра типа GO-FLO (а), его шарового клапана (б) и таблица-схема размерений

батометров разного объема (в)

Page 109: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

109

Специальные поворачивающиеся клапаны, сопряженные со срабатывающим от давления поворотным механизмом, позволяют погружать батометр в воду в закрытом состоянии, чем обеспечивается защита его емкости от загрязнения при прохождении поверхностного слоя воды (рис. 3.22, б). Батометр автоматически открывается за счет гидростата на глубине примерно 10 м. Закрытие батометров на заданных горизонтах производится с помощью посыльных грузиков, направляемых по тросу. Отсутствие внутренних тяг также предотвращает попадание в пробу посторонних частиц. Данный батометр целесообразно применять при отборе проб в районах с сильно загрязненным поверхностным слоем воды, а также при проведении специальных гидробиологических и гидрохимических исследований.

Батометры типа GO-FLO из-за относительно малого проходного отверстия шарового клапана обладают худшей промываемостью по сравнению с батометрами Нискина, поэтому они требуют большей задержки на выбранном горизонте перед отбором проб. Однако именно благодаря использованию шарового клапана размерный ряд этих батометров простирается до 100 л. Для батометров Нискина с обычными крышками и внутренними резиновыми тягами такие объемы недостижимы из-за опасности подсоса воды с других горизонтов в результате возможного инерционного приоткрывания крышек во время процесса поднятия батометра. Полный размерный ряд батометров приведен в таблице на рис. 3.22, в.

Батометрические кассеты, или кассеты батометров (оба названия равнозначны), могут быть как встроенные в СТД-зонд (они называются зонд—батометр), так и в виде отдельного устройства, предназначенного для комплектации определенного типа или нескольких типов зондов. В настоящее время наиболее распространены кассеты в виде отдельных устройств, предназначенных для комплектации стандартных СТД-зондов.

Несомненным лидером в производстве таких кассет является фирма General Oceanic (GO), которая и начала первой выпускать подобные кассеты — модель ROSETTE. Ведущие производители зондов (SBE, FSI) также предлагают кассеты близких габаритов и функционально их повторяющие. Внешне они очень похожи, а отличаются в основном конструкцией систем срабатывания батометров. Вместе с тем, почти все батометры, используемые в этих кассетах, как по конструкции, так и по размерному ряду, практически идентичны и полностью взаимозаменяемы, причем аналогичные батометры предлагают и другие фирмы.

Среди кассет фирмы GO первоначально наиболее распространена была кассета батометров типа ROSETTE модели 1015, которая изготавливается двух типов: 1015-12 и 1015-24 (рис. 4.11, а), отличающиеся количеством батометров — 12 и 24. В обоих случаях могут применяться батометры Нискина или GO-FLO. Кассета, первоначально разработанная для комплектации СТД-зонда Mark-IIIB (Левашов, 2003], может работать практически с любым СТД-зондом или в автономном режиме.

В зависимости от числа и объема батометров кассеты типа 1015 имеют наибольший диаметр клети или основания, равный 76 см, 101,6 см, 122 см и 152,4 см. Специально для установки СТД-зондов разных типов и другого измерительного или дополнительного оборудования фирма может поставлять дополнительные клети. Они имеют аналогичный диаметр, могут быть высотой от 25,4 до 116,8 см и крепятся к основной клети или основанию кассеты посредством U—образных болтов.

В настоящее время большее распространение получили так называемые «умные» кассеты 1016-12 и 1016-24 (Intelligent Rosette). В них механизм срабатывания батометров позволяет закрывать их в любом порядке. Кроме того, возможно управление срабатыванием батометров непосредственно от зонда — как по достижению требуемой глубины, так и по изменению величин тех или иных гидрологических параметров (температуры, солености и т.д.). Во всем остальном — габаритах, а также по количеству и типу применяемых батометров — она полностью аналогична кассетам 1015-12 и 1015-24. Имеется также вариант кассеты 1016-36, который рассчитан на 36 батометров объемом не более 12 л, причем для уменьшения общего диаметра кассеты батометры расположены по ее окружности в шахматном порядке.

Page 110: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

110

Кроме трех вариантов кассеты 1016 у фирмы имеется малогабаритный вариант новой кассеты — тип 1014-Mini-Rosette (рис. 4.4, в). Кассета рассчитана только на 12 батометров, причем хотя для нее разработан ряд новых малообъемных батометров, на нее можно устанавливать и обычные батометры объемом до 5 л. Совместно с этой кассетой обычно используются СТД-зонды фирмы IDRONAUT, в том числе и в автономном варианте с дополнительным источником питания.

Кассеты SureFire фирмы FSI отличаются от изделий фирмы GO только конструкцией исполнительного устройства, которое может закрывать батометры в любой последовательности, выборочно и даже закрывать несколько разных батометров одновременно. Кассеты SureFire выпускаются в вариантах на 12 и 24 батометра емкостью от 1,7 до 30 л, а установочные места для них и габаритные размеры кассет не отличаются от соответствующих устройств фирмы GO.

Другим широко распространенным типом кассеты является модель SBE32 CAROUSEL, предлагаемая фирмой SBE (рис. 3.23). Главным ее отличием от других кассет является конструкция механизма освобождения поводка срабатывания, выполненная на основе одиночных герметизированных электромагнитов. Преимущество такой конструкции заключаются в ее повышенной надежности благодаря отсутствию сальников движущихся валов, которые могут заклиниваться при низких температурах или под повышенным давлением. Другим достоинством является возможность срабатывания каждого электромагнита в любой последовательности. И, наконец, модульная конструкция отдельных узлов облегчает эксплуатацию электронно-механического блока.

Базовая конструкция кассеты Carousel SBE32 предназначена для использования вместе с СТД-зондом SBE911+. Ее основой служит клеть-ограждение цилиндрической формы, собранная из трубчатых конструкций, размеры которой рассчитаны на установку 12, 24, или 36 батометров объемом от 1,7 до 30 л в различных сочетаниях. В центре клети, вдоль ее оси, располагается цилиндрический корпус электронно-механического блока управления батометрами. К элементам клети блок управления крепится посредством двух фланцев с установочными местами для батометров.

Для размещения CTD—зонда и других измерителей в стандартной модели кассеты SBE32 имеется дополнительная цилиндрическая рама, закрепленная U-образными стяжками под основной клетью. В зависимости от комплектации общая высота кассеты варьирует от 1176 до 1880 мм при диаметре 991—2134 мм и массе 68—341 кг. На рис. 3.23, а показана такая система с 12-ю 5-литровыми батометрами и установленным зондом SBE911+.

Две следующие модели кассет со значительно уменьшенной высотой и чуть меньшим диаметром предлагаются для использования на малотоннажных судах, где возможно ограничение по высоте кранбалки при выводе кассеты за борт.

Рис. 3.23. Устройство различных кассет батометров фирмы SBE: стандартной кассеты Carousel SBE32 с клетью —расширением для СТД-зонда |о), компактной кассеты SBE32C (б), субкомпактной

SBE32SC (в) и новой модели SBE55ECO Компактная модель кассеты Carousel SBE32C предназначена для установки не более

12 батометров объемом до 8 л и СТД-зонда SBE911+ в горизонтальном положении внутри

Page 111: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

111

круга батометров без дополнительной СТД-рамы (рис. 3.23, б). Посадочные места для батометров расположены близко друг от друга по двум дугам, оставляя свободными два просвета между концами дуг для обеспечения беспрепятственного движения воды около зонда. Эти просветы допускают также монтаж зонда SBE19, а также другого оборудования в вертикальном положении, с использованием предусмотренных крепежных приспособлений.

Субкомпактная кассета Carousel SBE32SC также предназначена для установки не более 12 батометров, но только объемом 1,7 или 2,5 л (рис. 3.23, в). Ее размеры допускают установку СТД-зонда SBE19 или другого, подобного, но тоже малогабаритного. При соответствующей комплектации, возможна работа кассеты и в автономном варианте.

Погружное устройство кассет SBE32 изготавливается в вариантах до глубин в 7000 и 10500 м. В качестве конструкционных материалов используется анодированный алюминий, нержавеющая сталь и титан. Эти кассеты совместимы с большинством типов СТД-зондов, в том числе и других фирм. Они могут работать на одножильном кабель-тросе длиной до 10000 м (сопротивление проводника до 350 Ом), при этом не прерывается сбор данных или подача питания на зонд.

Недавно фирма SBE выпустила новую малогабаритную кассету батометров модели SBE55ECO для экологического мониторинга прибрежных районов моря и больших озер (рис. 3.2, г). Возможна конфигурация из 3 или 6 батометров емкостью 4 литра. Пробоотборник может работать как в автономном режиме с питанием от встроенных батарей и программным устройством для обеспечения срабатывания на нужном горизонте, так и в совместном варианте с различными модификациями СТД-зондов SBE 19 с питанием и управлением по кабель-тросу. Максимальная глубина погружения — 600 метров.

3.3.3. Судовое лабораторно-аналитическое оборудование для обеспечения

гидрохимического анализа проб морской воды Как и зондирующая аппаратура, применяемая на ходу судна или на дрейфовых

станциях для оценки характеристик среды, судовое лабораторное оборудование, применяемое для анализа состава батометрических проб, не имеет четкой привязки к конкретному типу судна. Некоторые модели приборов имеют долгий срок службы и морально не устаревают в течение десятилетий, у других же смена моделей происходит гораздо чаще. В связи с этим, здесь перечислены и описаны наиболее важные типы и модели приборов, используемые в различной комплектации практически на всех зарубежных судах, используемых для рыбохозяйствен- ных исследований и находящихся в строю в последние два десятка лет.

В перечень обязательных гидрохимических анализов, входящих в методики промысловых экспедиционных исследований и выполняющихся в судовых лабораториях, включены определения биогенных элементов, данные по которым главным образом нужны для оценки первичной продукции. В этот перечень входят нитраты, фосфаты, силикаты и некоторые другие соединения.

Что касается определения солености морской воды и содержания в ней растворенного кислорода, что также делается в судовых лабораториях, то результаты таких анализов сравниваются с результатами измерения соответствующих параметров с помощью зондирующих комплексов и необходимы для внесения возможных поправок при морской калибровке зондов.

Анализаторы биогенов. Практически во всех лабораторных скоростных проточных анализаторах биогенов, широко используемых на судах, применяется классическая схема определения элементов колориметрическим методом, [Агатова и др., 1991]. Отобранные пробы воды исследуются в фотометрическом устройстве после подачи в них соответствующих реагентов. Вся система имеет микропроцессорное управление операциями забора и анализа воды, возможность интеграции с вычислительной аппаратурой. В результате, за счет применения наиболее распространенных скоростных проточных автоанализаторов, таких

Page 112: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

112

компаний как «Technicon Corporation», «Alpkem» и «Вгап+Luebbe», значительно возросла точность и скорость экспедиционного определения основных биогенных элементов.

Анализатор AutoAnalyzer, которой на границе 60—70-х гг. прошлого века был разработан компанией Technicon Corporation, является родоначальником проточных анализаторов. Этот прибор глубоко изменили характер химических лабораторных исследований, позволяя значительно увеличить число проб, которые могут быть обработаны. Принцип действия прибора основан на разделении непрерывного потока с анализируемой жидкостью воздушными пузырьками, что позволило устранить значительное число ошибок, присущих медленным ручным методам анализа. Этот инструмент изменил всю концепцию лабораторной обработки проб, доведя их возможное количество до сотни или даже тысячи тестов в день. Однако для экспедиционных судовых условий оказалось более важным не боль-шая производительность этих систем, а возможность бесперебойной работы в судовых условиях даже при большой качке.

Анализатор Autoanalyzer II (AAII) является представителем второго поколения проточных анализаторов, которые компания Technicon Corporation начала выпускать в начале семидесятых годов. В этом приборе для анализируемого потока используется стеклянные трубки с внутренним диаметром 2 мм и насосы реагентов, обеспечивающих скорость потока 2—3 мл/мин. Типичная пропускная скорость для AAII составляла 30—60 проб в час.

Анализатор Alpkem Series 300 Rapid Flow Analyzer (RFA 300) представляет собой уже третье поколение проточных анализаторов. Выпуск прибора был начат в 1984 г фирмой Alpkem. Насосы этого прибора обеспечивали проток жидкости со скоростью не менее 1 мм/мин через стеклянные спирали из трубок с внутренним диаметром 1 мм. Пропускная способность прибора достигает 360 проб в час, но в среднем эксплуатационная скорость составляет порядка 90 проб в час.

В 1986 г. похожая модель с микропотоком была разработана и фирмой Technicon (TRAACS-800 system), однако уже 1987 г. производство проточных анализаторов этой фирмой было прекращено, а права на них переданы компании Bran + Luebbe. Эта компания продолжила производство моделей AutoAnalyzer II и TRAACS (рис 3.24), которые позже были заменены на модели следующего поколения AutoAnalyzer 3 (1995 г) и QuAAtro в (2004 г). В 2006 компания Bran + Luebbe передала производство этих анализаторов фирме SEAL Analytical, которая и производит их по настоящее время.

Что касается фирмы Alpkem, то она несколько раз переходила из рук в руки и настоящее время принадлежит компании OI Analytical, которая продолжает выпуск подобного анализатора, но с полимерными проточными трубками. Однако при участии бывших владельцев фирмы Alpkem в 1990 г была основана компания Astoria-Pacific International, которая разработала и выпускает в настоящее время несколько моделей проточных анализаторов, из которых наиболее успешным является SPOTCHECK Analyzer.

Рис. 3.24. Внешний вид приборного комплекса AutoAnalyzer II фирмы Bran+Luebbe

Page 113: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

113

Почти все проточные анализаторы, упомянутые выше, продолжают использоваться

на многих научно-исследовательских судах различной принадлежности. Ниже приведены основные характеристики и краткое описание наиболее распространенных современных приборов такого рода.

Анализатор AutoAnalyzer 3 (Seal ААЗ), выпускаемый фирмой SEAL Analytical, является дальнейшим шагом (рис. 3.25) в совершенствовании наиболее известной модели AAII. При этом в нем использованы самые успешные конструктивные решения компаний Technicon и Bran + Luebbe, а сам прибор аппаратно-программно совместим с предыдущими моделями.

Рис. 3.25. Внешний вид приборного комплекса AutoAnalyzer 3 фирмы SEAL Analytical Приборный комплекс включает: пробоотборник (40 ячеек для проб по 2, 4 и 5 мл),

перистальтический насос, химический модуль с двумя аналитическими лотками, фотоколориметр (двухканальный), а также компьютер с программным обеспечением ААСЕ, управляющий сбором и анализом данных. Автоматически определяются концентрации N02, N03, NH3, Si02, CI, P04 — ионов и общее содержание фосфора в морских пробах. Диапазоны измеряемых концентраций зависят от условий анализа и располагаются в пределах от 0,1 до 50 мкМ.

Исследуемые образцы загружают одновременно в пробоотборник, а затем с помощью насоса направляются в аналитический блок. Аналитический модуль предварительно загружают необходимыми реактивами в форме специальных лег- козаменяемых кассет. Скорость обработки — от 40 до 100 проб в час. Обработка данных ведется фирменным программным обеспечением, функционирующим в среде Windows. В компьютере, которым управляется прибор и в котором хранится информация о проводимых анализов, обязательно наличие двух сот-портов. Весь приборный комплекс состоит из б-и блоков общей занимаемой на столах площадью 2500x70 см. Общий вес 50 кг.

Seal QuAAtro относится к семейству микропоточных анализаторов. Здесь ис-пользуется проток жидкости со скоростью не менее 1 мм/мин через стеклянные спирали из трубок с внутренним диаметром 1 мм, что снижает расход реагентов и увеличение пропускной способности. При этом скорость потока может составлять порядка 100—120 проб час. Оптимальная частота пузырьков для каждого раза программируется бесшумными воздушными клапанами, что значительно улучшает устойчивость течения. Прибор имеет от 1 до 4 аналитических каналов, с возможностью расширения максимально до 8 каналов.

Page 114: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

114

Имеется два варианта пробоотборника: на 180 и на 270 проб. Прецизионный перистальтический насос, благодаря использованию игольчатых подшипников обеспечивает неизменность скорости прокачки с погрешностью не более 1 % на трех скоростях. В качестве источника освещения используется, в зависимости от длины волны, криптоновая лампа накаливания с вольфрамовой спиралью или светодиоды. Напряжение питания 100—240 В частотой 50/60 Гц, максимально потребляемая мощность 260 Вт. Габариты 567 х 394 х 715 мм, вес 35—40 кГ в зависимости от комплектации.

ТОС-анализаторы. Последнее время все чаще для оценки состава морской воды используются показатели «общий органический углерод» и «общий неорганический углерод», измерения по которым выполняются на анализаторах общего углерода, часто именуемых как ТОС-анализаторы (по английской аббревиатуре Total Organic Carbon). Данные по растворенным органическим формам, полученные на высокотемпературных анализаторах этого типа по точности значительно превосходят данные всех предыдущих анализов традиционными методиками.

Наибольшее распространение для судового лабораторного анализа проб воды получили анализаторы общего углерода фирмы Шимадзу (Shimadzu). Первые серии, первоначально назывались ТОС500, затем появились ТОС5000, и, наконец, в настоящее время — ТОС V (рис. 3.26).

Анализатор общего углерода ТОС—Vcph является современным, высокоэффек-

тивным и высокочувствительным прибором, использующим метод прямого определения концентрации общего углерода путём высокотемпературного каталитического сожжения. Диапазон измеряемых концентраций углерода от 4 мкг/л до 4 г/л. Анализатор позволяет получать результаты измерения по следующим показателям:

- общий углерод (ТС) - общий азот (TN) - общий органический углерод (ТОС) - общий неорганический углерод (1С) - общий нелетучий углерод (NPOC) - общий летучий углерод (РОС). Приборный комплекс управляются компьютером, и выдает данные во внутреннем

формате, конвертируемом в ASCII-коды. Комплекс состоит из трех блоков, занимающих на лабораторных столах общую площадь 1500 x650 см, их общий вес 50 кг.

Спектрофотометры Shimadzu. Большое число гидрохимических измерений в судовых лабораториях выполняется с помощью сканирующих спектрофотометров в диапазоне света от ультрафиолетового (UV) до ближнего инфракрасного (IR). В экспедиционной практике наиболее распространены несколько моделей приборов указанного типа фирмы Shimadzu (рис. 3.27).

Широко известный в 80-е годы спектрофотометр UV-1600 позже был заменен моделью 1700, которая внешне почти не отличалась от предыдущей модели. В настоящее время уже выпускается модель UV-1800 с диапазоном длин волн 190—1050 им и у которой фотометрический диапазон достигает до 4 единиц оптической плотности. Фиксированная

Рис. 3.26. Внешний вид приборных комплексов TOC5000 (слева) и ТОС V (справа)

Page 115: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

115

величина спектральной полосы пропускания 1 нм при гарантированном значении уровня шума не более 0,00005 единицы оптической плотности обеспечивает возможность высокочувствительного анализа проб в стандартных кюветах с длиной оптического пути 1 см. Размер кювет — 1,2, 3, 5 см. Габариты прибора 70x50x40. Вес 30 кг. Прибор имеет интерфейс для связи с компьютером.

Лабораторные солемеры. Как и СТД-зонды (см. раздел 3.3.2), солемеры измеряют

электропроводность морской воды, которая затем пересчитывается в соленость. Основное различие заключается в том, что перед измерениями солемер калибруется посредством так называемой, специально приготовленной «нормальной воды», которая является эталоном по отношению к морской воде из батометрической пробы. Калибровка и последующие измерения производятся при строго постоянной температуре и давлении, что позволяет определять соленость с высокой точностью.

По типу используемых датчиков солемеры, как и СТД-зонды делятся на два основных класса — кондуктивные, где датчики имеют непосредственный электрохимический контакт со средой, и индуктивные, где датчики имеют только электромагнитный контакт со средой. Также солемеры подразделяются по типу термокомпенсации: на солемеры с использованием термокомпенсирующей схемы, и солемеры с термостабилизацией измерительной ячейки.

Наиболее известными и используемыми приборами этого типа являются ла-бораторные стационарные солемеры канадской фирмы «Guildline Instruments» — Autosal моделей 8400, 8400А и последняя модель — 8400В, а также переносной вариант — Portasal 8410А.

Autosal 8400В, как лабораторный солемер (рис. 3.28, а), является образцовым средством измерения для калибровки датчиков электропроводности СТД-зондов практически во всех международных и отечественных метрологических лабораториях. Прибор обычно используется в береговой или судовой лаборатории, для определения величин солености в пробах морской воды путем измерения соотношения эквивалентных удельных проводимостей пробы и стандартной морской воды. После проведения измерений величины относительной электропроводности она может использоваться для определения солености с помощью таблицы пересчета или математического уравнения. Все средства управления, индикаторы, и регулируемый штатив для пузырьков с пробами, смотровое окно ячейки проводимости и внешние соединения системы трубок расположены на передней панели.

Прибор размещается в алюминиевом корпусе, имеющем следующие габариты 68x53x55 см. Объем термостабилизирующего бака 18 л. Максимальный полный вес при заполненном баке — приблизительно 70 кг (50 кГ при пустом баке). Прибор питается от сети переменного напряжения 115/230 В, потребляемая мощность не более 400 Вт.

Рис. 3.27. Внешний вид лабораторных спектрофотометров моделей UV-1700 (слева) и UV-1800 (справа) фирмы Shimadzu

Page 116: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

116

Portasal 8410А (рис. 3.28, б) является переносным полуавтоматическим прибором.

Он, в основном, используется в судовой лаборатории, для определения величин солености в пробах морской воды подобно солемеру Autosal 8400 В. От старшей модели этот солемер отличается меньшими размерами и метрологическими характеристиками, которые примерно в полтора раза ниже. В основном это связано с соответственно уменьшенным объемом термостабилизирующего бака — 9 л. Габариты прибора — 52x45x42 см. Максимальный полный вес без бака — приблизительно 20 кг. Прибор питается от сети переменного напряжения 115/230 В, потребляемая мощность не более 200 Вт. Для подключения к компьютеру имеются интерфейсы RS232C и IEEE488.

Солемер MS-310 (рис. 3.28, в) выпускается канадской фирмой RBR Ltd. Он разра-ботан бывшим сотрудником Морского гидрофизического института АН Украины (МГИ, Севастополь) и, при метрологических характеристиках мало отличающихся от солемеров фирмы «Guildline Instruments», обладает сравнительно небольшими размерами и ценой, а также позволяет работать в помещении, не требующем специальных условий по температуре.

В отличие от солемеров фирмы «Guildline Instruments», где используется одна- единственная измерительная ячейка, в основу солемера MS-310 положены две идентичные кондуктивные ячейки Т. Dauphinee [1972], помещенные в резервуар, заполненный минеральным маслом. Одна ячейка содержит стандартную морскую воду, во вторую помещается исследуемая проба морской воды. Одинаковые температурные условия ячеек обеспечиваются путем постоянного перемешивания минерального масла в резервуаре с помощью специальной мешалки с крыльчаткой расположенной между ячейками. В результате для солемера не требуется специальное термостатированное помещение на судне или в лаборатории. Солемер может поддерживать свои точностные характеристики в диапазоне температур от +15 °С до +30 °С. Анализируемая вода подается в проточную измерительную ячейку посредством перистальтического насоса.

Прибор питается напряжением переменного тока 115/230 В или постоянного тока 12 В, потребляемая мощность 10 Вт. Информация записывается во внутренней памяти объемом 8 Мбайт (800000 проб), откуда считывается (или информация подается напрямую) на компьютер через порт RS232 (возможно использование USB- подсоединения).

Габариты всей установки 28 х 28 х 18 см, вес 3 кГ без масляного резервуара и 5 кГ с резервуаром. Объем масляного резервуара 2 л. Объем измерительной ячейки 20 мл, типичный объем пробы — менее 100 мл. В диапазоне от 2 до 42 епс погрешность определения солености составляет ±0,002 епс. при разрешении 0,0002 епс.

Анализатор растворенного кислорода (автоматический титратор). Существует довольно много химических способов определить концентрацию кислорода, однако наиболее популярным в этом отношении является метод Винклера, где растворенный кислород количественно реагирует со свежеосажденной гидроокисью марганца. При подкислении соединения марганца более высокой валентности высвобождает йод из раствора иодида в

Рис. 3.28. Внешний вид лабораторных солемеров Autosal 8400В (a), Portasal 8410А (б) фирмы Guildline Instruments и MS-310 (в) фирмы RBR Ltd.

Page 117: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

117

эквивалентных кислороду количествах. Высвобожденный йод далее определяется титрованием тиосульфатом натрия с крахмалом, в качестве индикатора. Т.е. подразумевается проведение определенных химических реакций: реакция кислорода с гидроокисью марганца и йодоме- трическое титрование, благодаря которым представляется возможным определить количества вещества кислорода в единице объема.

Метод Винклера включен в стандартный набор химических методов анализа растворов, но, тем не менее, результаты анализа одной и той же пробы воды при работе разных, хотя и очень квалифицированных, специалистов могут расходиться, потому что конечная точка титрования определяется на глаз. Современная же тенденция к усилению международного сотрудничества и участия в совместных программах приносит с собой потребность в большей сопоставимости результатов измерений. Заполнить этот пробел смог полуавтоматический анализатор кислорода, разработанный немецкой фирмой «SiS Sensoren Instrumente Systeme GmbH» и получивший распространение в судовых экспедиционных исследованиях. Он не требует очень высокой квалификации персонала и позволяет получать сопоставимые результаты анализа благодаря использованию фотометрического метода титрования с автоматическим дозированием титранта под управлением компьютера.

DOA Dissolved Oxygen Analyser SiS (рис. 3.29) представляет собой приборный комплекс из состоящий из следующих основных частей: автоматический цифровой дозатор (Dosimat 765) со сменным блоком (806 Exchange Unit), магнитная мешалка для склянки с пробой, фотометрическая ячейка в виде насадки на склянку и интерфейсный блок с источником питания.

Прибор имеет встроенную память для хранения параметров и характеристик различных методов титрования, что в значительной мере облегчает подготовку титратора к работе и непосредственно его эксплуатацию. Специальное программное обеспечение позволяет контролировать процесс титрования и при необходимости корректировать результаты.

Все основные части комплекса смонтированы внутри переносного бокса размером 43 х 54 х 41 см и весом 20 кг таким образом, что при откидывании передней стенки бокса сразу получается готовое рабочее место. К компьютеру комплекс подключается через интерфейс RS 232С (возможно через переходник USB). Напряжение питания 120 или 240 В (50/60 Гц), мощность потребления 20 Вт.

Рис. 3.29. Внешний вид лабораторного анализатора растворенного кислорода DOA SiS

Page 118: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

118

3.4. Технические средства исследований характеристик морской среды на ходу судна

Повсеместное стремление к сокращению продолжительности, а, соответственно, и

стоимости, научно-исследовательских экспедиций с одновременным повышением их эффективности, обусловило появление разнообразных систем, позволяющих вести исследования на ходу судна.

Наиболее распространена установка океанологических измерителей на специальных буксируемых носителях, что позволяет вести практически непрерывные наблюдения на ходу судна и получать пространственное распределение исследуемых параметров вдоль маршрута судна. Также распространены обрывные и возвращаемые свободно падающие зонды, которые позволяют проводить одиночные зондирования на ходу судна, получая профили вертикального распределения значений характеристик морской воды в выбранных точках. Использование разнообразных устройств в корпусе судна, допускающих непосредственный контакт с обтекающей судно водой позволяет исследовать поверхностный слой воды на ходу судна.

3.4.1. Системы с буксируемыми носителями научного оборудования

Системы с буксируемыми носителями делятся на две группы: пассивные

буксируемые системы, которые буксируются в поверхностных и глубинных водах на заранее выбранной глубине, и буксируемые гирлянды измерителей, часто именуемые как «коса»;

активные буксируемые системы с возможностью управления траекторией движения носителя по глубине, наиболее распространенной разновидностью которых являются так называемые ондуляторы — носители, обычно буксируемые по синусоидальной траектории.

Для пассивных буксируемых систем на конце буксирного троса необходим специальный заглубитель. Для активных систем роль заглубителя играет само тело носителя измерителей, причем оно должно иметь несущие поверхности с возможностью их управления для изменения траектории буксировки по глубине. По принципу действия заглубители можно подразделить на три типа: гравитационные заглубители, которые представляют собой просто груз, выполненный в обтекаемой форме, например, камбаловидный заглубитель, работающий при скоростях буксировки до 10 узлов, часто используют для заглубления регистраторов планктона и других приборов (рис. 3.30, а);

гидродинамические заглубители, выполненные в виде решеток с несущими поверхностями, причем благодаря изменению размеров и симметричности строп подвески, они также могут использоваться в качестве отводителей для буксировки в поверхностных слоях (рис. 3.30, б);

гравитационно-гидродинамические заглубители являются комбинацией первых двух типов, они наиболее распространены, например V-Fin (рис. 3.30, в).

Заглубитель V-Fin получил за рубежом широкое распространение и может служить носителем различной аппаратуры (океанологические измерители, акустические антенны, видеокамера и т. п.). Фирмой YSI выпускается более десятка разновидностей этого заглубителя, различающиеся размерами (длина от 0,6 до 1,8 м), весом (13—195 кг в воздухе) и полезным объемом, однако все они имеют одинаковую конструкцию и технологию изготовления. Корпус выполнен из стеклопластика и резиноподобного полиэстера. Заглубитель имеет треугольное крыло обратной V— образной формы с одним хвостовым килем. В передней части каплеобразного тела размещается груз, величину которого можно изменять в зависимости от веса установленной на заглубителе аппаратуры.

Другой, не менее важной частью буксируемой системы, является буксир или бук-сирный трос. В некоторых случаях он также должен осуществлять электрическую связь между погружным и бортовым блоками измерителей, а иногда может содержать и шланг для подачи

Page 119: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

119

забортной воды с глубины на борт судна. По своим механическим характеристикам буксир должен обладать достаточной прочностью на разрыв.

Рис. 3.30. Основные типы заглубителей: а) гравитационный; б) гидродинамический; в) гравитационно-гидродинамический V-Fin типа 317: 1 — высота; 2 — длина; 3 — ширина; 4 — полезный объем

При создании буксируемых систем всегда стремятся получить максимальное

заглубление при минимальной длине буксирной линии. Не менее важно снизить вибрации, которые не только влияют на погрешность измерений, но и способны быстро разрушить кабельные соединения. С увеличением скорости буксировки вследствие увеличения подъемной силы буксира снижается заглубление носителя и возникают дополнительные напряжения буксирной линии. Во всех случаях необходимо снижение гидродинамического сопротивления (Сд.) буксира.

Этот параметр определяется экспериментально и для обычных тросов составляет 0,9—1,9. Одним из наиболее распространенных решений является применение для буксира специальных обтекателей, которые при этом практически полностью ликвидируют эффект вибрации. Наиболее дешевыми и допускающими использование обычных лебедок являются обтекатели волосяного типа, которые представляют собой надеваемую на трос «чулок-плетенку», вдоль которой расположена бахрома из синтетических волокон (рис. 3.31, а). Эти обтекатели снижают лобовое со противление кабеля вдвое. Вместо волосяных обтекателей иногда используют ленточные обтекатели, имеющие сходные гидродинамические характеристики. Лента современных обтекателей имеет надрезы в виде бахромы, а в качестве зажимов используют застежки типа «липучки» (VelCro), что позволяет производить замену поврежденных обтекателей очень быстро (рис. 3.31, б). При необходимости, такой трос можно «раздевать» перед долгим хранением и затем одевать снова.

Page 120: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

120

Однако, как показывает опыт, наибольший заглубляющий эффект позволяют

получить съемные обтекатели жесткого типа надеваемых на кабель-буксир, подобно бусам (рис. 3.31, в), но, в тоже время, они являются наиболее дорогостоящими и требуют ручной постановки и снятия или очень сложной и дорогой системы спуско-подъемных устройств.

Пассивные буксируемые системы подразделяются на отдельные буксируемые комплексы и на буксируемые гирлянды измерителей. Все эти системы достаточно известны [Левашов, 2003), и за последние 20—30 лет они претерпели мало изменений.

Рис. 3.32. Буксируемая гирлянда (а) миниатюрных зондов CTD-fin (в): 1 — датчик глубины; 2 — датчик температуры; 3 — датчик электропроводности; 4 — плата с электроникой;

5 — кабель-трос; 6 — индуктивный токосъемник

Рис. 3.31. Основные типы тросовых обтекателей: а — волосяной; б — съемный ленточный

типа VELCRO; в — съемные жесткого типа

Page 121: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

121

Из простых систем в настоящее время наиболее широко, в основном, используются только измерительные комплексы и планктонные сети, буксируемые в поверхностном слое. Что касается буксировки в глубинных слоях, то сейчас простые буксируемые измерительные комплексы практически вытеснены ондуляторами, а пассивной буксировке подвергаются преимущественно измерительные системы, совмещенные с устройствами шлангового отбора глубинных проб воды на ходу судна или устройства для сбора и регистрации планктона.

Современную систему с гирляндами измерителей выпускает фирма «ADM- Elektronik GmbH» (ФРГ). Гирлянда из 25 миниатюрных зондов CTD-fin, выполненных в виде кабель-тросовых обтекателей и нанизанных на одножильный кабель- трос через 10—20 метров, позволяет на ходу судна получать в реальном масштабе времени непрерывные разрезы по температуре и электропроводности (солености) с точностью 0,01 (°С и мСм-см1) и разрешением 0,001 (рис. 3.32, а).

Отдельные зонды могут располагаться вдоль кабеля любым образом, так как последовательная передача информации с зондов, а также подача команд и питания на них производятся индуктивным бесконтактным способом. В качестве буксира применен стальной трос с пластиковым изолирующим покрытием и общим диаметром около 10 мм. Электроды для создания токовой петли через трос и морскую воду расположены на поверхностном поплавке и на конце троса — на гравитационно-гидродинамическом заглубителе типа V-Fin. К сожалению, область применения этой интересной системы ограничивается измерением только СТД-параметров и у нее, как и у всех других буксируемых гирлянд пока не решен очень существенный недостаток — необходимость применения специальных спуско-подъемных устройств.

Активные буксируемые системы в настоящее время представлены так называемыми ондуляторами (Undulator) — носителями океанологических датчиков, буксируемых по волнообразной (синусоидальной) траектории (табл. 3.9). Заглубление и всплытие такого носителя обеспечивается изменением угла атаки несущей поверхности отдельно или совместно с корпусом носителя за счет поворота горизонтального руля. Периодически всплывая к поверхности и погружаясь до максимальных глубин в 100—400 м, комплекс океанологических датчиков, установленных на ондуляторах, позволяет получать на ходу судна практически непрерывные разрезы по соответствующим параметрам.

Рис. 3.33. Разрез вертикального распределения температуры, построенный поданным, которые получены с помощью ондулятора Aquashuttle Mk III

Page 122: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

122

Как правило, на ондуляторы устанавливаются СТД-зонды и другие измерители, но иногда на ондуляторы дополнительно ставится и иное оборудование, например, планктон —регистраторы, видеокамеры, акустические антенны и т.п. На рис. 3.33 представлен пример одного из разрезов, полученных по данным среднего ондулятора Aquashuttle МкЗ при выполнении подспутникового эксперимента, причем последовательность точек измерений прекрасно иллюстрирует синусоидальный характер траектории движения ондулятора [Левашов, 2003].

Современные модели зарубежных ондуляторов, как и сделано в таблице 3.9, можно разбить на три основных группы по их рабочим глубинам, что, в значительной мере, определяет их конструкцию, технические характеристики и выполняемые задачи.

Малые ондуляторы в основном предназначены для работы в прибрежной зоне и во внутренних пресноводных акваториях при достаточно спокойной поверхности и невысоких скоростях буксировки (3—10 узлов). Однако имеются примеры использования ондуляторов и в океанских условиях.

Таблица 3.9. Основные характеристики ондуляторов

С другой стороны, есть глубоководные ондуляторы, имеющих большие габариты и

множество выступающих частей, что вызывает определенные эксплуатационные сложности, ограничивая их область применения крупными научно- исследовательскими судами, оборудованных специальными лебедками и кормовыми спуско —подъемными устройствами. Часто такие ондуляторы используют суда антарктических экспедиций на своих переходах.

В промежутке между этими двумя группами располагаются средние ондуляторы. Благодаря сочетанию своей компактности с довольно большим полезным объемом и достаточной рабочей глубине погружения, они получили в настоящее время наибольшее распространение в практике океанологических исследований.

3.4.2. Системы со свободно падающими зондами

Основной недостаток буксируемых измерительных систем заключается в необходимости остановки судна для их постановки и выборки, а также снижении хода судна при проведении измерений, что приводит к возрастанию затрат времени при проведении съемки. Кроме того, большим недостатком буксируемых систем является малая глубина их погружения, которая ограничена горизонтами 80—100 м (при использовании кабель-троса без обтекателей) или 300—500 м (с применением обтекателей). В последнем случае, кроме увеличения стоимости кабель—троса, требуются достаточно сложные и дорогие специальные лебедки и спуско-подъемные устройства. В связи с этим, в океанологической технике по-

Page 123: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

123

лучило развитие направление с использованием специальной техники зондирования на ходу судна. Имеются системы с обрывными (одноразовыми) и с возвращаемыми зондами.

«Обрывные», или «теряемые», зонды получили наибольшее распространение в основном за рубежом, где их называют ХВТ (expendable BathyThermograph). В отечественной литературе эти зонды именуются как обрывные термозонды (ОЗГили ТЗО). Собственно говоря, под этим понятием скрывается целый комплекс — пусковое устройство (как правило, ручное, но имеются и стационарные установки), регистрирующая аппаратура и, наконец, сам зонд, который, действительно, можно считать одноразовыми, в отличие от остального оборудования измерительного комплекса. Это оборудование остается на борту судна и используется многократно [Левашов, 2003).

Удобство работы на ходу судна и эксплуатационные достоинства обрывных зондов в сочетании с ограниченностью их точностных характеристик из-за предельной стоимости привели к созданию аналогичных систем, но уже с возвращаемыми и более точными зондами. Наиболее совершенная реализация этого принципа воплощена в системах с возвращаемым зондом MVP (Moving Vessel Profiler) канадской фирмы «Brooke Ocean Technology Ltd.» (ВОТ).

В состав системы, кроме носителя аппаратуры, входит лебедка, специально сконструированная для работы в таком режиме, Г-образная кран-балка и компьютерная система управления. Принцип действия и типичный состав лебедочной системы с возвращаемым зондом проиллюстрированы на рис. 3.34, а. Так, с поверхности (поз. 1) на свободном ходу лебедки (поз. 2), носитель на кабель—тросе достигает заданной глубины (поз. 3). Затем лебедка автоматически переключается на подъем и носитель по более пологой траектории (поз. 4) выбирается до поверхности.

В отличие от комплексов с обрывными зондами, в этой системе нет особых тре-бований к равномерной скорости погружения и к сложной системе свободной размотки связного кабеля, так как зонд имеет датчик глубины, и нет необходимости вычислять глубину погружения по времени падения зонда. Наоборот, в качестве линии связи используются кабель-трос, разрывное усилие которого должно выдерживать рывок при достижении максимальной глубины, а затем усилие на возврат зонда к поверхности. В соответствии с такими условиями разработан и лебедочный комплекс с Г-образной кран-балкой, позволяющий вести длительное время работы с подобными нагрузками (рис. 3.34, б).

Как и в комплексах с обрывными зондами, основой системы является сам возвра-щаемый зонд. Он является носителем измерительного оборудования и представляет собой тяжелое и прочное обтекаемое тело, предназначенное для погружения с минимальным гидродинамическим сопротивлением в режиме свободного падения.

Рис. 3.34. Принцип действия (а) и состав системы (б) с возвращаемыми зондами: / — зонд; 2 —

датчики; 3 — концевой блок; 4 — блок-счетчик; 5 — кран-балка; б — поворотное устройство кран-балки; 7 — станина; 8 — барабан лебедки

Page 124: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

124

Чем больше вес тела возвращаемого носителя, длиннее кабель—трос и мощнее лебедка, тем больших глубин может достичь возвращаемый зонд. Исходя из этих положений, фирма ВОТ предлагает целый ряд систем MVP с возвращаемыми зондами (рис. 3.35), что позволяет выполнять самый разнообразный круг задач.

Большим достоинством систем с возвращаемыми зондами является то, что зонд, кроме

измерения СТД-параметров, может нести дополнительную аппаратуру. Как правило, дополнительно на носитель устанавливается измеритель скорости звука (MVP30 и MVP100), а также лазерный счетчик планктона и флюориметр (MVP200 и MVP500). Максимально достижимые глубины и характеристики лебедки указаны в табл. 3.10.

Рис. 3.35. Внешний вид лебедочных систем с возвращаемыми зондами MVP

Таблица 3.10. Характеристики систем с возвращаемыми зондами, составляющих производственный ряд фирмы ВОТ Глубина на скорости, м Характеристики лебедки

Тип системы 0 5 12 Вес, Площадь. Мощность. узл узл узл кг m2 л. с.

MVP30 110 52 30 120 1,0x0,5 1

MVP100 300 180 100 500 0,9x0,7 5

MVP200 600 350 200 840 1,2x0,7 20

MVP300-1700 1700 850 300 1600 2.0x1,4 25

MVP300-3400 3400 1450 300 1800 2,0х 1,8 25

MVP500-1700 1700 870 500 н.д. 2,0x1,6 40 MVP500-3400 3400 1450 500 н.д. 2,0x2,0 40

Рис. 3.36. Системы с возвращаемым зондом типа MVP, установленные на главной палубе у кормовой

оконечности левого борта НИС «Parizeau» (слева) и на кормовом мостике НИС «Soyo Маги» (два фото справа)

Page 125: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

125

На рис. 3.36 представлены примеры установки лебедочных систем с возвращаемым зондом типа MVP на зарубежных рыболовных НИС.

3.4.3. Судовые устройства для непосредственного контакта

с обтекающей судно морской водой

Обсуждая вопросы оценки параметров водной среды на ходу судна нельзя не упомянуть о характеристиках поверхностного слоя морской воды, измеряемых непосредственно судовыми измерителями. В первую очередь это измерения температуры.

Строго говоря, под температурой поверхностного слоя моря (ТПСМ) понимается температура верхнего слоя морской воды толщиной не более 1 м в месте измерения, принимаемая за среднюю величину в этом слое и условно распространяемая на ближайшую акваторию. Но практически, применяя этот термин, считают поверхностным тот слой воды, в котором происходит интенсивное ветровое и волновое перемешивание, в результате чего температуру по всей толщине этого слоя с известным приближением можно считать одинаковой. Для океана толщина такого слоя, где практически отсутствуют вертикальные градиенты температуры, обычно бывает не менее 2—3 м и часто принимается на всю глубину осадки судна. Такой слой следует отличать от самой поверхности воды (поверхностной пленки) толщиной от нескольких микрон до 1—2 см. При этом температура поверхности моря (ТПМ) в результате теплообмена с атмосферой может отличаться на 1—2 °С от значений ТПСМ.

Для получения достоверной и точной информации о параметрах поверхностного слоя, а особенно о его температуре, решающее значение имеет правильный выбор типа измерителей, мест их установки, а также оптимальной методики измерений. Ранее существовало два основных способа установки датчиков температуры поверхности воды — в корпусе судна и вблизи кингстона в системе охлаждения главной машины. Сейчас уже непосредственно при постройке экспедиционных судов для этой цели предусматривают в их подводной части специальные устройства.

Системы с прокачкой забортной воды. В состав судового оборудования прак-тически всех экспедиционных судов входит одна или несколько систем подачи забортной воды для научных целей. Отверстия для забора воды обычно располагаются в носовой части судна, примерно на 2 м ниже ватерлинии и/или в центральной части, ближе к днищу судна. Забор осуществляется специальными насосами, которые изготовлены из нержавеющих материалов. Далее забортная вода поступает в лаборатории. Трубопроводы выполняются трубами из нетоксичного пластика и прокладываются по кратчайшему пути, но без резких поворотов. Производительность систем обычно составляет 25—100 л/мин, в зависимости от типа и назначения экспедиционного судна.

Наиболее распространенными проточными измерителями являются термосоле- нографы (Thermosalinograph) — TSG, которые предназначены для измерения температуры и солености (электропроводности) забортной воды и могут использоваться в системах прокачки практически любого типа. Кроме TSG, в системы прокачки часто ставятся датчики гидрохимических анализаторов, а также измерители флюоресценции, биолюминесценции и других биологических параметров. Это оборудование требует периодического обслуживания и обычно устанавливается в гидрологической или «мокрой» лаборатории, имеющих подвод забортной воды. Однако некоторые фирмы предлагают проточные измерители, которые не требуют частого обслуживания и позволяют размещать их неподалеку от мест забора воды, что желательно для снижения погрешностей измерений. Такими местами могут быть, например, трюмные и машинные отсеки, а также и другие судовые помещения, имеющие воз-можность подвода забортной воды. Здесь могут устанавливаться не только некоторые модели TSG, но и другое проточное оборудование вплоть до специальных комплексов для одновременного измерения 5—7 и более параметров.

Page 126: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

126

TSG SBE-21 — это один из наиболее распространенных TSG (рис. 3.37, а-б). Он выпускается фирмой SBE и предназначен для непрерывной регистрации температуры и солености морской воды в режиме реального времени во время движения судна.

Измерительная часть TSG использована от известного СТД-зонда SBE19 (см. раздел

3.3.2) и имеет аналогичные характеристики. Забортная вода подается насосом к приемному патрубку прибора, установленного в гидрологической лаборатории. Требуемый расход воды составляет примерно 30 лмин', а размер штуцеров для подсоединения трубопроводов из PVC-пластика соответствует стандарту в 1 дюйм. Для коррекции тепловых наводок от корпуса судна и нагрева воды в трубопроводе и насосе TSG имеет дополнительный датчик температуры SBE3—01/S, устанавливаемый вблизи отверстия для забора воды. Информация по специальному кабелю передается на компьютер, который выполняет первичную обработку, расчеты солености и плотности (IPPS-78 и EOS-80), построение графиков, статистическую обработку и т.д.

MicroTSG SBE-45 (рис. 3.37, в) был разработан с использованием схемотехнических решений и датчиков СТД-зонда SBE37 [Левашов, 2003], в связи с чем, обладает аналогичными высокими характеристиками. При его создании особое внимание было уделено стабильности датчиков, например, типичная величина дрейфа термодатчика не превышает 0,002 °С в год. MicroTSG отличается малыми размерами и имеет штуцеры для подсоединения гибких шлангов диаметром всего 3/8 дюйма, а расход воды составляет 0,6—1,8 л/мин.

Следует учесть, что датчики электропроводности, используемые в измерителях фирмы SBE, достаточно критичны к концентрации в воде планктона и наличию в ней пузырьков. При использовании TSG этой фирмы в конструкции трубопровода необходимо предусмотреть фильтры и возможность их периодической смены, а конструкция насоса не должна допускать образования пузырьков (или в состав трубопровода должен входить буферный ресивер). Кроме того, надо иметь в виду, что узкий внутренний канал датчика вследствие продолжительного характера его работы подвергается значительному биологическому обрастанию. Для сохранения метрологических качеств прибора требуется периодическая обработка внутреннего канала датчика специальным составом — антифоулянтом (Anti- fouling), также поставляемым фирмой SBE.

FSI-TSG, производства фирмы FSI представляет собой два измерительных модуля, вставленных в пластиковую трубу длиной 12 дюймов с двумя фланцами, которая благодаря своим стандартным размерам (4 дюйма внешний диаметр и 2,25 — внутренний) может устанавливаться как «врезка» в любом месте судового трубопровода, вплоть до места рядом с отверстием забора воды (рис. 3.38, а-б). Как и оборудование фирмы SBE, измерительные модули этого TSG изготовлены на основе электронно-измерительных узлов, применяемых в СТД-зондах фирмы FSI. Аналогичным образом передается информация на устройства обработки данных на основе персонального компьютера.

Page 127: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

127

Конструкция датчиков электропроводности фирмы FSI в связи с их сравнительно

большим проточным отверстием мало чувствительна к планктону и пузырькам, а также к эффекту обрастания. Кроме того, у FSI-TSG отсутствуют граничные требования к объемам необходимого расхода воды, т.е. практически, измерительную часть этого прибора можно отнести к классу необслуживаемой аппаратуры.

FSI Excell® Thermosalinograph (ETSG) — это СТД-зонд нового поколения, назы-ваемого Excell® (FSI), который в результате применения новейшей элементной базы отличается чрезвычайно низким энергопотреблением (<70 мкВт) и высокими ме-трологическими характеристиками (18 бит на канал). Однако его главным отличием является применение нового индуктивного датчика без внешнего поля NXIC — Non-external Field Inductive Conductivity. Этот датчик, позволяет использовать прибор не только в трубах большого диаметра, но и в лабораторных системах прокачки по типу SBE21 и SBE45. При этом сохраняются все эксплуатационные преимущества, характерные для предыдущих индуктивных датчиков. Измерительная часть выполнена в виде закрытого пластмассового блока с двумя штуцерами размером 3/4 дюйма для подключения шлангов системы прокачки воды. В настоящее время существует два основных подхода к конструкции измерительной части судовой проточной системы. В первом случае используется один бак достаточно большого объема, в который измерители либо погружены целиком, либо утоплены только их датчики. Во втором случае для каждого измерители имеется своя проточная камера, а все такие камеры соединены последовательно посредством гибких шлангов. Такие системы сейчас получают преимущественное развитие.

Рис. 3.38. Внешний вид термосалннографа FSI-TSG (а), его устройство (б) и внешний вид

термосалинографа FSI-ETSG (в) 1 — поток воды; 2— измеритель температуры; 3— измеритель электропроводности

Рис. 3.39. Интегрированный комплекс измерителей фирмы 4-H-JENA (а) и распределенная система измерителей на НИС «Okeanos Explorer» (б) для использования в составе судовой системы прокачки

забортной воды

Page 128: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

128

Здесь также существует два подхода. Некоторые компании выпускают готовые интегральные конструкции, представляющие каркас, внутри которого крепятся все измерители соединенные проточными трубками. Такая конструкция имеет только входной и выходной патрубки для подключения судовой системы прокачки забортной воды (рис. 3.39,а).

Другой подход заключается в распределенной системе, отдельные измерители которой, соединенные шлангами могут крепиться по месту например, на переборке гидрохимической лаборатории. Обычно такая система строится по месту специально для данного судна (рис. 3.39, б). Ее большим преимуществом является возможность быстрой перекомпоновке и дополнения других измерителей и прочих необходимых устройств.

Вместе с тем, для получения максимально достоверных результатов при работе СТД- и других измерителей в проточных ячейках или резервуарах необходимо выявить и, по возможности, заранее исключить источники методических погрешностей измерений в таком режиме.

Прежде всего, следует отметить, что даже малая разность температур между датчиками температуры и электропроводности при недостаточно быстром перемешивании воды в баке или пространственном разнесении их в трубопроводе приводит к ошибкам рассчитанных значений солености до 0,1 %0 (это похоже на динамическую погрешность при разном быстродействии датчиков температуры и электропроводности).

Другой источник погрешностей — это возможное наличие в воде пузырьков, вызывающих ошибку в расчете солености до 0,02—0,05%о в результате искажения данных по электропроводности.

Оба вида погрешностей достаточно просто минимизируются при направлении потока воды одновременно на датчик температуры и в отверстие датчика электропроводности, а также исключением источников образования пузырьков (резкие перепады сечений, крутые повороты и т. п.) по всей трассе забора и подачи воды. Здесь следует отметить, что для наблюдения за этим везде, где возможно используются прозрачные гибкие шланги. Необходимо заметить, что образование пузырьков является нежелательным эффектом и при измерении других параметров водной среды, а особенно при измерениях, связанных с исследованиями характеристик планктона или растворенных в воде газов. В подобных случаях используются дополнительные ресиверы-деаэраторы, причем при оценке разрешающей способности всей системы учитываются и величины их объема. В общем случае руководствуются тем, что расход воды, необходимый для обеспечения достаточной скорости обмена и перемешивания в баке, примерно соответствует величине общего объема бака и ресивера-деаэратора в минуту. В системе обязательно ставятся счетчики расхода воды, что особенно необходимо в системах с оценкой концентрации планктона.

И, наконец, для продления срока службы измерителей, особо тщательно подходят к коррозионной стойкости всех элементов трубопровода системы — от заборного отверстия в борту судна до системы слива. Обычно используется пластик, титан и нерж. сталь. Для уменьшения возможного загрязнения, при кратковременных отключениях работы системы, трубопровод, проточные камеры и баки должны остаться заполненными водой. В этом случае при повторном включении не потребуется предварительная промывка. При отключении системы на длительное время в конструкции системы предусматривается возможность слива воды из всех узлов и промывки их пресной водой, а также защита чувствительных элементов электрохимических датчиков.

Несмотря на наличие на судах систем прокачки со встроенными измерителями, гидрометеостанций и гидроакустической аппаратуры с собственными датчиками температуры, ряд фирм производит датчики, специально предназначенные для определения температуры забортной воды с более высокой точностью, а также для измерения ряда других параметров. Список приборов, описываемых далее, не исчерпывается этим перечнем, просто это — примеры наиболее характерных типов и распространенных моделей аппаратуры, устанавливаемой на современных экспедиционных судах

Page 129: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

129

FSI Thru-Hull С-Т Sensor разработан фирмой FS1 на основе СТД-зонда MCTD-3 [Левашов, 2003] с датчиком электропроводности индуктивного типа и платиновым термометром сопротивления и практически не отличается от прототипа, за исключением специально разработанной для него обоймы-клапана, используемой совместно с новым корпусом прибора (рис. 3.40).

Рис. 3.40. Внешний вид измерителя температуры и электропроводности забортной воды FSI Thru- Hull С-Т

Sensor (а), обоймы-клапана (б) и схема их установки (в) Зонд крепится по типу поршня с кольцевыми радиальными уплотнениями внутри

обоймы-клапана, который устанавливается в отверстии подводной ча сти бортовой обшивки судна таким образом, чтобы блок датчиков, защищенный прочным ограждением, оказался снаружи, в набегающем потоке забортной воды. Обойма-клапан служит для терморазвязки датчиков от корпуса судна, а также позволяет при необходимости снимать прибор для замены и регламентного обслуживания без попадания воды внутрь судна. Высокая точность прибора и развитое программное обеспечение позволяют, кроме температуры и солености, дополни-тельно определять в реальном масштабе времени и скорость звука в воде в соответствии с рекомендациями международной рабочей группы 51 по выработке океанографических таблиц и стандартов при ЮНЕСКО [Fofonoff, Millard, 1983].

Рис. 3.41. Внешний вид станции океанографического мониторинга SUBpack

Page 130: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

130

Станция океанографического мониторинга SUBpack — это одна из наиболее рас-пространенных за рубежом судовых станций (рис. 3.41), которая, кроме температуры морской воды, измеряет электропроводность, давление, а также оценивает биолюминесценцию планктона и имеет три флюориметра, реагирующие на хлорофилл, «желтое вещество» и ги-дрокарбоны. Сначала станция разрабатывалась фирмой Chelsea Instruments Ltd. по заказу ВМФ Великобритании как система TOMS для установки на подводные лодки и надводные корабли (Dantzler et al., 1993]. В настоящее время станция разрешена к свободному примене-нию и ставится на гражданские экспедиционные суда. В основу электронно-измерительной части станции положены аналогичные узлы зонда AQUApack (см. раздел 3.3.2), устанавли-ваемого на буксируемые носители типа Shuttle этой же фирмы. Подводный блок станции выполнен в прочном корпусе из титана и крепится в кинг стоне или на подводной части корпуса судна в удобном месте, причем конструкция блока позволяет в этом случае вести монтаж водолазами без установки судна в док. Бортовой блок и устройства регистрации с персональным компьютером располагаются в штурманской рубке или лабораториях. Станция полностью автоматизирована, отличается чрезвычайно высокой надежностью и не требует квалифицированного обслуживания в течение экспедиции.

Рис. 3.42. Внешний вид люка в шахту типа moonpools на НИС «Amundsen» (a). HHC»Callista» и «Western Flyer»

(б. в. погружение ROV), а также НИС «Manta» (г) Moonpools — специальные шахты для спуска-подъема научного оборудования. На

некоторых зарубежных НИС устраивают вертикальные шахты в корпусе судна для выполнения работ с применением как стандартной погружаемой научной аппаратуры (СТД-зондов, телеуправляемых подводных аппаратов и т. п.), так и экспериментальных устройств с целью их испытаний. Из судов нового поколения подобная шахта диаметром 1,2 метра смонтирована на НИС «Cefas Endeavour», но чаще такие шахты устраиваются на судах работающих во льдах для СТД-зондирований, а также на прибрежных НИС. Так, подобная шахта (рис. 3.42, а) встроена в состав центра забортных работ канадского ледокольно-экспедиционного судна «Amundsen» (см. раздел 3.7).

Page 131: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

131

На рис. 3.42, б показана шахта сечением 1 кв. метр для спуска-подъема океа-нографических приборов, ROV и взятия проб грунта, устроенная на корме британского НИС-катамарана «Callista» (макс, длина 20 м), построенного в 2005 г. Следует заметить, что на катамаранах такие шахты пользуются особенным успехом. Например, они имеются на американских НИС-катамаранах «Western Flyer» и «Manta» (рис. 3.42, в, г).

3.5. Оборудование для исследований планктона, бентоса и грунта

В современной практике промысловой океанологии для сбора проб сетного планктона используется целый ряд конструкций сетей. Основой практически любой сети является фильтрующий сетной конус из мельничного шелкового сита или синтетического газа, закрепленного на входном кольце или, иногда, раме иной формы. Сети с большим отверстием и малой фильтрующей поверхностью называют качественными — они дают представление о составе планктона, но не годятся для определения его количества. У количественных сетей делают входное отверстие меньшего сечения, иногда с надставкой, а саму сеть делают значительно более длинной. Именно количественные сети в основном используются в рыбопромысловых исследованиях.

Для сбора планктона сетями производят горизонтальные и вертикальные ловы. На станциях обычно выполняют вертикальные послойные или тотальные ловы. Сеть на тросе опускают до определенного горизонта (глубины), а затем поднимают со скоростью 0,5—1 м/с, чтобы обловить тот или иной слой, например с 500 м до 200 м глубины. Подняв сеть до следующего горизонта, аналогично методике отбора батометрической пробы, по тросу вниз пускают гидрологический грузик, который ударяет по замыкающему устройству, заставляющему сеть закрыться. При тотальном лове замыкающее устройство не обязательно, так как лов ведется от необходимой глубины до поверхности воды.

В табл. 3.11 приведены основные характеристики наиболее распространенных зарубежных и отечественных конструкций кольцевых замыкающих планктонных сетей.

Page 132: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

132

Рис. 3.43. Устройство и внешний вид в работе кольцевой планктонной сети для вертикальных ловов (a, б) и сетей Бонго (в, г)

Конструкция практически всех современных сетей состоит из нижнего сетного

конуса, изготавливаемого из синтетического газа с фильтрующей ячеей требуемой размерности, и верхней надставки — обратного конуса или цилиндра, предназначенного для повышения уловистости. Верхняя надставка у одних моделей сетей изготавливается из газа, а у других, например у сетей моделей Джеди и БР, из нефильтрующего материала типа тонкого брезента [Тимонин, 1983].

Площадь сечения входного отверстия сети (SOTB) определяется размерами верхнего кольца, к которому крепятся стропы для подвески сети на тросе вместе с устройством замыкания. В кутовой части сетного конуса подсоединяется съемный планктонный стакан для отбираемой пробы, а ниже — гидрологический груз для правильной ориентации сети при ее погружении и подъеме. Устройство и внешний вид такой сети в работе представлены на рис. 3.43, а-б.

При горизонтальном лове сеть буксируют на определённой глубине за судном. При этом буксируемые планктонные сети позволяют производить ловы и отбирать пробы планктона непосредственно на ходу судна. Наиболее распространенными являются сети Бонго (рис 3.43, в, г). Использование спаренных сетей с точкой подвеса между ними позволяет избежать проблем, связанных с отпугиванием объектов лова уздечкой с тросом, которые бы были расположены перед входным отверстием в случае использования одиночной сети. Необходимое заглубление и правильную ориентацию сетей при лове обеспечивает гравитационный заглуби- тель, также подвешивающийся к общей точке подвеса. Вертушка, установленная во входном отверстии одной из сетей, позволяет оценивать объемы профильтрованной при буксировке воды.

Благодаря большим объемам процеженной воды, при использовании буксируемых сетей по сравнению с точечными вертикальными ловами, осредняются и нивелируются горизонтальные неоднородности в распределении планктона. Кроме того, при высокой скорости буксировки сети лучше улавливают более крупные и быстро двигающиеся объекты. Вместе с тем, получить представление о вертикальном распределении планктона, даже с серией подобных ловов не удается.

Удачной альтернативой можно считать проведение косых ловов, особенно с применением пакетных планктонособирателей.

Одним из самых распространенных является планктонособиратель типа MOCNESS (Multiple Opening/Closing Net and Environmental Sampling System), разработанный в Вудсхольском океанографическом институте на базе трала Такера (Tucker, 1951]. Он имеет несколько модификаций как по площади входного отверстия, так и по числу сетей [Wiebe et

Page 133: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

133

al., 1985], но все модели имеют одинаковую конструкцию (рис. 3.44), и выполнены на основе прямоугольной рамы из металлических профилей.

Рис. 3.44. Внешний вид пакетного планктонособирателя MOCNESS (о), его схематическое устройство (б) и вид планктонособирателя BIONESS (в)

Рама в потоке устанавливается с некоторым наклоном верхней части вперед и

эффективное входное сечение сети будет меньше площади отверстия в раме, в связи с чем ее форма выполнена не квадратной, а в виде прямоугольника. В верхней части установлено устройство для смены сетей, а также СТД-зонд фирмы SBE, измеритель количества процеженной воды, датчики крена, тангажа и т.д.

Чаще всего на НИС Национальной службы морского рыболовства США используется планктонособиратель MOCNESS типа МОС-1 с площадью входного отверстия 1 м2 (табл. 3.12). Разновидность этого планктонособирателя типа МОС-1 D, представляет собой горизонтально сдвоенный тип МОС-1 и содержит 18—20 сетей. Мелкий планктон ловят типом МОС-1/4. Для промысловых исследований применяется устройства типа МОС-Ю и МОС-20, причем во избежание отпугивания крупного зоопланктона сети окрашиваются в темно-синий или черный цвет.

В Европе пакетные планктонособиратели выпускает фирма HYDRO-BIOS GmbH, в производственной программе которой имеется три варианта устройств MULTI-Net (см. табл. 3.12), которые могут работать как в режиме буксировки, так и в режиме вертикального лова. Близкую конструкцию имеет планктонособиратель фирмы TSKA, Inc., но это устройство предназначено только для вертикальных ловов.

Широкую известность получил планктонособиратель BIONESS (Bedford Institute of Oceanography, Net Environmental Sampling System), разработанный Бедфордским институтом океанографии (Sameoto et al., 1980] на основе принципов заложенных в конструкции MOCNESS (см. рис. 3.44 в). Основное отличие от классического планктонособирателя заключается в раме коробчатого сечения со встроенным решетчатым гидродинамическим заглубителем типа «антикрыло», благодаря которому входное отверстие сети устанавливается перпендикулярно потоку, а скорость буксировки повышается вплоть до 5 узлов.

Еще одним известным видом устройств для исследований планктона на ходу судна является непрерывный планктон-регистратор Харди — CPR. созданный еще в 30-х годах (Hardy, 1936]. Аппарат для непрерывной регистрации планктона на ходу судна (рис. 3.45) представляет собой буксируемое тело с внутренним проточным каналом и двумя сменными катушками с лентами из планктонного сита.

Планктон, попадая в проточный канал вместе с водой, фильтруется на ленте, сматываемой с одной из катушек и медленно продвигающейся поперек канала.

Page 134: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

134

Рис. 3.45. Непрерывный планктон-регистратор Харди (а), его устройство (б) и внешний вид совре-

менного механизма планктон-регистратора фирмы CTG / — пропеллер; 2 — емкость с формалином; 3 — привод вращения; 4 — буксир; 5 — входное отверстие; 6 — фильтрующая лента; 7— покрывающая лента; 8 —

выходной тоннель Далее эта лента накрывается другой, поступающей со второй катушки, и полученный

таким образом сандвич из двух лент и планктона между ними наматывается на приемную катушку, расположенную в резервуаре с формалином. Продвижение лент обеспечивает пропеллер, расположенный в задней части буксируемого тела.

В настоящее время разработаны унифицированные механизмы отбора проб планктона, которые используются Фондом сэра Алистера Харди (SAHFOS) для продолжения исследований, начатых в 30-х годах. Примером такого устройства является модель РСМ-140, изготовляемая фирмой Valeport Ltd. Аналогичное устройство выпускают многие фирмы. На рис 5.30, в показан механизм планктон- регистратора фирмы CTG. Основным отличием этого механизма является наличие электрического привода перемотки планктонных лент и возможность установки в корпус ондуляторов типа U-Tow или Aquashuttle и др. (см. раздел 3.4.1).

Устройства для сбора проб бентоса и донных отложений также можно подразделить на качественные и количественные. Качественные орудия сбора бентоса — это тралы и драги. Количественные — дночерпатели и грунтовые трубки (рис. 3.46).

Драги и тралы по своей конструкции близки к буксируемым планктонным сетям, но с ячеей в 1—1,5 см и закрепленными на тяжёлой металлической раме, так как они предназначены для волока по дну среди камней и грунта и поднятия на палубу корабля иногда свыше тонны груза. Рамы тралов имеют характер как бы салазок, они только поддерживают мешок над грунтом, а животные и грунт загребаются передним краем нижней стороны мешка, к которому прикреплён отрезок стального троса или цепи.

Page 135: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

135

Рис. 3.46. Устройства для сбора проб бентоса и донных отложений: трал Сигсби, он же трал Агасицы (а), драги с прямоугольной (б) и треугольной (в) рамами, дночерпатель Ван-Вина (г) и грунтовая трубка (д)

Наиболее распространен трал Сигсби, он же трал Агассица, названный так по

фамилиям капитана американского НИС «Альбатрос» (1883—1905 гг) и выдающегося зоолога А. Агасицы (рис. 3.46, а) с шириной захвата от 1 до 2,5 м.

У драг рамы более тяжёлые и снабжены зарывающимися в грунт, подобно плугу, «ножами». По форме рамы различают драги треугольные, четырёхугольные и овальные.

Дночерпатели предназначены главным образом для сбора проб из поверхностных слоев толщиной 35—40 см. Они опускаются на тросе на дно в открытом виде и, становясь на грунт, захватывают площадь в 0,10—0,25 м2. Несмотря на свои относительно небольшие размеры, дночерпатели достаточно тяжелы (их вес — 50—80, иногда достигает 300 кг), и когда они становятся на дно и захлопываются, загребается грунт со всеми находящимися на нём и в нём организмами. Такую пробу называют количественной. Таким образом, дночерпатели дают некоторое представление о площадном распределении бентоса и составе грунтов на поверхности дна.

Грунтовые трубки позволяют получать колонки протяженностью до десятка и более метров (в 1951 г экспедиции на НИС «Витязь» удалось взять колонку длиной 33 м), позволяющие использовать эти данные для выяснения последних этапов геологической истории морских и океанических бассейнов [Авилов, 1968]. В практике рыбопромысловых исследований обычно применяются ударные трубки длиной до 5—6 метров.

3.6. Палубный научно-технический комплекс для работ с погружными устройствами

Именно условия эксплуатации как зондирующих, так и буксируемых устройств

вместе с весогабаритными характеристиками погружаемой аппаратуры — в общем, погружных устройств (ПУ), диктуют требования к конструктивным особенностям и расположению судового спускоподъемного и другого вспомогательного оборудования, предназначенного для совместного использования при выполнении научных работ. Сопутствующим вопросом являются аналогичные требования к подводным аппаратам, которые используются на некоторых НИС.

Page 136: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

136

Погружение и подъем ПУ производится при помощи лебедок, которые различаются как по виду силового привода, так и по своему устройству, что связано с типом используемого троса и характером выполняемых задач. Кроме того, для перемещения погружаемой аппаратуры с палубы судна за борт и обратно, необходимы специальные спускоподъемные устройства типа выстрела, кран-балки и т. п. Для проведения указанных операций, размещения спускоподъемных устройств и хранения ПУ требуется рабочая площадка с укрытием для ПУ. Все это вместе и является тем необходимым набором палубной части НТК для обеспечения забортных работ с ПУ, причем расположение и устройство элементов НТК во многих случаях влияет на конструктивно-архитектурные особенности проектируемых судов.

Структурная схема классификации основных элементов палубного НТК для работ c погружными устройствами представлена на рис. 3.47, а далее рассматриваются особенности этой классификации.

Лебедки, служащие для научных целей являются одним из главных элементов палубного оборудования экспедиционных судов и их можно группировать в зависимости от назначения, характера работ, глубины опускания приборов и длины вытравливаемого троса на котором ПУ опускаются за борт на дрейфовых станциях или буксируются на ходу судна с помощью различного вида тросов. Главная роль тросов заключается в обеспечении гибкой механической связи забортных устройств с судном. Если погружаемая аппаратура нуждается в энергетической и/или информационной связи с бортовыми устройствами, то для этих целей применяются кабель-тросы. В связи с этим в первую очередь лебедки следует подразделить на тросовые и кабель-тросовые. Но современные конструкции практически всех подобных лебедок предусматривают их использование в обоих вариантах, различие заключается только в наличии или отсутствии токосъемника. Поэтому, далее мы будем рассматривать только те лебедки, которые можно использовать с кабель-тросом.

Риг. 3.47. Структурная схема классификации основных элементов палубного НТК для работ с погружными устройствами

Одной из главных частей лебедки является барабан с кабель-тросом, который

закреплен на станине, выполненной, как правило, в виде прочной рамы сварной конструкции. В качестве материала для станины используется сталь, в том числе и нержавеющая, или

Page 137: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

137

алюминиевые сплавы. В последнем случае элементы конструкции могут быть литыми. Для вращения барабана обычно применяется электрический или гидравлический привод. В некоторых случаях применяется комбинированный привод — электрогидравлический. На малых плавсредствах или для работы с легкой аппаратурой, опускаемой до глубин не более 100—200 метров, могут использоваться портативные лебедки с ручным приводом. Обычно в состав лебедки также входят тросоукладчик, тормоз (ручной и/или электромагнитный), токосъемник, пульт управления, а также, дополнительно, могут устанавливаться различные датчики и устройства для оптимизации режимов работы.

В зависимости от назначения лебедки могут подразделяться на буксирные и лебедки, предназначенные для работы на станциях. В первом случае лебедки могут иметь сравнительно малый запас кабель-троса (500—200 м). Одновременно они должны обладать повышенной мощностью для возможности изменения длины вытравленного кабель-троса в процессе буксировки. Кроме того, для большинства буксируемых устройств требуется многожильный кабель-трос, который обычно имеет увеличенный диаметр. Имеются и другие особенности, но буксирные лебедки на рыболовных исследовательских судах устанавливаются, как правило, под конкретное буксируемое устройство. В связи с этим, какие либо другие обобщения для этой группы лебедок сделать сложно, а за рекомендациями для конкретного выбора типа лебедки разработчику проекта судна целесообразно обращаться непосредственно к производителю используемых буксируемых устройств.

Более распространенными на экспедиционных судах являются лебедки, пред-назначенные для работы на станциях. Они различаются по своим тяговым возможностям, что определяется максимальными глубинами работы и весом погружаемых устройств. Однако наиболее важным различием с позиций судостроения является тип привода — гидравлический или электрический. По ряду признаков следует отдать предпочтение электрическому или электрогидравлическому приводу. Подтверждением этому является проведенный анализ оснащения 8 проектов зарубежных НИС нового поколения [Левашов, 2008], который показал, что из НИС, разработанных за последние 10 лет, только в 3-х проектах используется гидравлический привод для научных лебедок. В других пяти используется электрический привод, как более экономичный и надежный в эксплуатации, а также позволяющий более простыми способами интегрировать лебедки с дистанционной системой их управления. Основные характеристики лебедок установленных на этих судах представлены в табл. 3.13.

Вместе с тем, в табл. 3.14 представлен расширенный перечень с основными характеристиками наиболее распространенных лебедок зарубежного производства, выпускаемых в настоящее время и используемых на многих других НИС. Большая часть лебедок, представленных в этой таблице, также имеет электрический или электрогидравлический привод, причем все лебедки научного комплекса, представленные в обеих таблицах, кроме назначения и типа привода, систематизированы и по ряду других наиболее важных технико-эксплуатационных показателей: мощность привода; емкость барабана; диаметр используемых тросов;

Именно эти показатели определяют основные характеристики лебедок гидро-логических комплексов при проектировании и оснащении новых НИС.

За рубежом широко используются лебедки с коллекторными двигателями по-стоянного тока и управлением на основе полупроводниковых силовых преобразователей. В США наиболее распространена лебедка типа DESH-5 фирмы Markey Machinery (рис. 3.48, а). Эта лебедка используется для СТД-комплексов практически на всех судах NOAA и Национальной службы морского рыболовства США, являясь своеобразным стандартом [Dempke, Griffin, 1997].

Однако системы с коллекторным двигателем имеют малый кпд, низкую надежность и требуют частого обслуживания. В последнее время появись мощные приводы с асинхронными двигателями и частотной регулировкой скорости их вращения. Удачным примером их применения являются лебедки с частотным управлением типа СОМ фирмы Markey Machinery,

Page 138: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

138

в механической конструкции которых широко применены алюминиевые сплавы (рис. 3.48, в-г).

Среди европейских производителей гидравлических лебедок наиболее известны испанская фирма Ibercisa и норвежская фирма Rapp Hydema, высококачественные лебедки которых (рис. 3.48, д-е) установлены на многих зарубежных исследовательских судах. Некоторые фирмы, выпускающие электрические лебедки, производят их также в вариантах с гидравлическим приводом. Например, та же лебедка DESH-5 фирмы Markey Machinery выпускается с гидравлическим приводом под названием DUSH-5 (рис. 3.48, б). Она сохранила практически все свои характеристики, но потребляемая мощность возросла до 55 кВт.

Рис. 3.48. Внешний вид океанографических лебедок фирмы Markey Machinery (а — DESH-5, б — DUSH-5. в — СОМ5, г—COM4), а также фирмы Ibercisa (g — МО-Е/100/6000) и Rapp Hydema (е— HW-500)

При установке лебедок на экспедиционные суда обычно соблюдаются некоторые

правила, которые, с одной стороны, помогают продлить их срок службы и облегчить техническую эксплуатацию, а с другой — позволяют более эффективно использовать их мощность и соблюсти положения техники безопасности.

Установка лебедок производится на открытых палубах или в специальных выгородках вблизи бортов судна. При этом положение лебедок на палубе отвечает следующим условиям:

- прочность крепления лебедки к палубе должна превышать максимальную на-грузку на лебедку в десятикратном размере;

- тросовый барабан лебедки своей серединой должен располагаться против центра выносной площадки или среднего положения блока на кран-балке;

- между лебедкой и фальшбортом судна расстояние должно быть не менее 0,6 м, что обеспечивает свободный подход к рабочему месту;

- пульт управления (контроллер, гидравлические клапана и т. п.) должен быть расположен таким образом, чтобы наблюдатель имел в поле зрения забортное про-странство, блок-счетчик лебедки и мог управлять тормозом.

Размещение лебедок на палубах судна выполняется в зависимости от устройства палуб и необходимого числа лебедок для обеспечения работ, для которых предназначено судно. Место расположения лебедок должно быть свободным от перекрытий, тентов, тросовых оттяжек и других палубных устройств. По возможности лебедки устанавливаются ближе к срединной части судна, соблюдая наибольшее возможное удаление от носового и кормового подзоров судна.

Page 139: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

139

Таблица 3.13. Основные характеристики научных лебедок зарубежных НИС нового поколения (по зарубежной классификации — океанский класс)

Page 140: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

140

Таблица 3.13.Продолжение

Таблица 3.14. Основные характеристики выпускаемых в настоящее время лебедок для работы с кабель-тросом

Page 141: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

141

Таблица 3.14.Продолжение

Спуско-подъемные устройства. Для вывода троса с погружаемой аппаратурой за борт судна применяются такие конструкции, как поворотные кран-балки, заваливающиеся рамы и различного типа выстрелы. Кроме этих основных устройств, имеется ряд дополнительных, куда входят различного рода блоки, предназначенные для изменения направления движения троса, измерители характеристик троса (натяжения, длины) и т. п.

Ко времени появления СТД-зондов на рыболовных НИС наиболее распространенным устройством для вывода троса за борт являлись Г-образные поворотные кран-балки (рис. 3.49, слева), именуемые за рубежом «J-frame». С появлением в практике забортных работ крупногабаритных погружаемых систем типа бато- метрических кассет и других комплексов подобных размеров, на большинстве за- рубежных экспедиционных судов практически полностью отказались от применения для этих целей поворотных кран-балок. В основном, область применения подобных устройств теперь ограничена малыми плавсредствами для прибрежных работ (рис. 3.49, справа).

Более удобными оказались

наклоняемые (заваливающиеся) устройства вывода аппаратуры за борт.

Первоначально такие устройства

выполнялись в виде конструкции из двух балок с перекладиной в виде буквы «А». За рубежом такую кран- балку, или раму, так и назвали: «А-frame». На перекладине крепится канифас-блок для подвески кабель-троса с погружаемой аппаратурой, а нижние

Рис. 3.49. Вид Г-образной поворотной кран-балки на НИС «Ак. Книпович» в 80-х годах (слева) и современной малогабаритной Г-образной поворотной кран-балки на прибрежном плавсредстве (справа)

Page 142: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

142

части балок шарнирно крепятся к палубным опорам. Наклон всей конструкции обеспечивает-ся двумя телескопическими штангами с гидравлическим приводом.

Рамы типа «А-frame» к настоящему времени претерпели значительные изменения и в первоначальном виде применяются редко. Наибольшее распространение получили конструкции в виде русской буквы «П», в отечественной литературе принято их именовать как «П-рамы», а за рубежом они продолжают именоваться «A-frame», а иногда именуются как «U-frame» (рис. 3.50). Их преимущества — возможность подвески нескольких канифас-блоков и меньшая высота конструкции, по сравнению с классическими А-рамами, имеющими аналогичные характеристики.

Иногда на экспедиционных судах устанавливаются Г-образные или Т-образные

заваливающиеся кран-балки (рис. 3.51), тоже позволяющие крепить несколько канифас-блоков, но имеющие меньшие нагрузочные способности чем П-рамы. Вместе с тем, одно из достоинств таких конструкций — это сокращение площади на палубе под их установку в результате применения только одного гидравлического привода. Вертикальная часть таких рам часто выполняется расширенной или сдвоенной (рис. 3.51, а-б). При этом повышается прочность рамы на кручение и надежность шарнирного узла поворота рамы.

Рис. 3.50. Вид П-образных заваливакмцися кран-балок различных модификаций, в том числе: в работе с кассетой батометров (а) и грунтовой трубкой (б), а также кормовая и бортовая П-рамы на НИС «Urania» (в)

Рис. 3.51. Вид Г-образных заваливающихся кран-балок на НИС «Nancy Foster» (а), НИС «Jan Mayen»

(б) и Т-образной складной кран-балки на НИС «Celtic Explorer» (в)

Page 143: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

143

Общим достоинством всех заваливающихся рам является то, что они позволяют

сохранять прямолинейную траекторию кабель-троса перпендикулярно к линии борта при спуско-подъемных операциях с погружаемым оборудованием и минимизировать их трудоемкость. Для повышения эффективности системы «лебедка—трос—блок» лебедки часто устанавливают на подставках и под углом к плоскости палубы (см. рис. 3.48, б), а также на уровне следующей палубы (рис. 3.52, а). В последнем случае можно на этой верхней палубе устанавливать и заваливающуюся раму, высота которой может быть значительно снижена. Кроме того, такое решение позволяет расчистить рабочую площадку, а помещение под лебедкой использовать для ангара, в котором хранится погружаемая аппаратура.

Особый интерес представляют специальные комплексы, состоящие из гидрав-лической лебедки и П-рамы, установленных на общей платформе и выполненных на базе стандартного морского контейнера (рис. 3.52, б). Здесь основными достоинствами являются общая гидравлическая станция и сбалансированные характеристики обоих устройств — лебедки и П-рамы.

Еще одним устройством для вывода погружаемой аппаратуры за борт является

выстрел. Телескопически выдвигающиеся выстрелы с гидравлическим приводом, именуемые «boom» или «hydroboom», большое распространение получили на американских НИС. Основное их достоинство — высокая компактность и возможность практически полностью автоматизировать процесс спуска-подъема погружаемой аппаратуры, вплоть до ее установки в ангар. Однако такие выстрелы имеют и недостатки, главный из которых заключается в невозможности обратной трансформации выстрела при деформации телескопических секций, что может случиться при превышении разрешенной нагрузки.

Телескопические выстрелы обычно устанавливаются снаружи — поверх надстройки (рис. 3.53, а), расположенной на рабочей палубе или под подзором примыкающим к надстройке (рис. 3.53, б), а также внутри помещения, например, под потолком ангара (рис. 3.53, в). Иногда, выстрелы используются только для вывода аппаратуры из ангара на рабочую площадку, где затем, например, с помощью П-рамы ее опускают за борт.

Рис. 3.52. Внешний вид и компоновка устройств для ведения забортных работ в случае размещения лебедки и заваливающейся П-рамы на верхней палубе (а) и спускоподъемного комплекса (б) на единой платформе

Page 144: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

144

Выстрелы, как правило, состоят из одной или нескольких телескопических секций, а

их сечение имеет круглую или прямоугольную форму. Особенно часто телескопические выстрелы применяются на экспедиционных судах, работающих в высоких широтах и имеющих рабочую площадку с лацпортом внутри корпуса судна (рис. 3.53, в).

Иногда выстрел составляет одно целое с открывающейся наружу и вверх крышкой лацпорта, располагаясь на ее внутренней поверхности. Один из первых вариантов (рис. 3.54) такого устройства был реализован на НИС «Арнольд Веймер» (Рамазин, Жаворонков, 1988]. В любом случае канифас-блок обычно крепится на выдвигающемся конце выстрела или на тельфере, который может передвигаться вдоль выстрела.

Рассматривая уже упомянутые выше устройства вывода погружаемой аппаратуры за

борт нельзя, не упомянуть об опасности момента входа и выхода оборудования из воды.

Дело в том, что относительно большая высота подвеса канифас- блока на кран-балке в сочетании с морской качкой создает раскачивающий момент, в результате чего подвешенное на тросе оборудование может быть повреждено при возможном ударе о борт. При опускании опасность не так велика — опытный лебедчик поймает момент и вовремя отпустит тормоз, чтобы оборудование быстро ушло в воду. Наиболее опасен момент выхода из воды — пока оборудование в воде, она не позволяет раскачиваться.

Рис. 3.53. Внешний вид и устройство телескопических выстрелов с расположением поверх надстройки (а), под подзором надстройки (б) и внутри судна с лацпортом (в)

Рис. 3.54. Вид открытых лацпортов на НИС «Арнольд Веймер» (слева) и устройство тельфера с канифас-блоком для вывода за борт батометрической кассеты (справа)

Page 145: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

145

Именно такой момент показан на рис. 3.55, а, где видно, как в свежую погоду, три

человека пытаются удержать кассету на оттяжках, ловя момент ее выхода из воды. Иногда бывают и промахи. На рис 3.55, б представлена редкая фотография, где запечатлен момент удара кассеты о борт судна вследствие неудачного стечения обстоятельств и результаты этого удара.

В последнее время с целью повышения безопасности работ и сохранности по-гружаемого оборудования стали использовать различные приемы. Например, часть борта ниже рабочей площадки покрывают обрезиненной или деревянной решеткой, что снижает вероятность повреждений для погружаемого оборудования при его возможных ударах о борт. Также, во избежание рывков при волнении стали применять компенсаторы натяжения троса, а для снижения трения кабель- троса о борт в случаях его ухода под этот борт по краю площадки, вдоль борта, на некоторых судах устанавливают горизонтальный вал-ролик.

Рис. 3.56. Вид концевого устройств захвата и удержания кассеты (а, б), устройство, ограничивающее высоту гибкого подвеса (в) и конусный захват для ROV-систем (г)

Но это все паллиативные решения. Наиболее правильным конструктивным подходом,

значительно упрощающим решение этого вопроса, является применение таких устройств, которые бы не только выводили оборудование за борт, но и опускали его прямо в воду на жесткой подвеске (без раскачивания), а потом ловили это оборудование в воде при его выборке. Особенно актуальным это стало с появлением дорогих подводных телеуправляемых аппаратов (ROV) и новых океанских высокобортных исследовательских судов.

Рис. 3.55. Вид подъема кассеты батометров после отбора проб в свежую погоду (а), а также момента удара кассеты батометров о борт судна и последствия удара (б)

Page 146: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

146

Рис. 3.57. Х-образная кран-балка на НИС «Celtic Explorer» в процессе работы с кассетой (а-в) и внешний

компенсатор качки для этой кран-балки (г) Своеобразный гибрид складной Х-образной кран-балки с выстрелом применен для

работ с СТД-комплексом на НИС «Celtic Explorer» — принцип ее сложения схож с принципом ножниц (см. рис. 3.57).

Интересная конструкция фирмы Odim AS установлена на экспедиционном НИС «James Cook» (см. раздел 4.1.6). П-рама типа «параллелограмм» (рис 3.58) расположена по правому борту над рабочей площадкой для забортных работ. Грузоподъемность — 30 т, максимальная высота подвеса 5 м. Между ее стойками смонтирован телескопический выстрел грузоподъемностью 5т и высотой подвеса над палубой 4,5 м.

Рис. 3.58. Внешний вид спуско-подъе.чных устройств: а — складная П-рамы типа «параллелограмм» в начальном положении, вид сбоку на верхней палубе; б — то же, вид с борта; в — П-рама поднята и видны

приоткрытый ангар и телескопический выстрел над ним; г— П-рама рабочем состоянии с опущенным прибором.

В последнее время на многих НИС в качестве спуско-подъемного оборудования для

работы с СТД-комплексами на станциях начали использовать краны- манипуляторы. На рис 3.59 представлен кран-манипулятор американской фирмы Dynacon. Этот кран отличается наличием узла автоматического захвата погружаемого устройства (см. рис. 3.59, г), большим диаметром блоков и встроенными компенсаторами натяжения троса при качке, которые хорошо видны на рис 3.59, в (между центральным блоком и основанием крана). Похожие краны-манипуляторы для СТД-комплексов используются и на других судах (см. раздел 5.2.1)

Page 147: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

147

Рис. 3.59. Кран-манипулятор (a, б — НИС «Нокко Маru») и его узел с автоматическим захватом

(в, г— НИС «Shoyo Маru»)

Для небольших судов используют краны-манипуляторы со смонтированными прямо на них малогабаритными лебедками. Например, на университетском НИС «Gunnerus» (рис. 3.60) такой кран оснащен двумя небольшими гидравлическими лебедками. На барабане одной лебедки намотан стальной трос для забортных работ планктонными сетями, дночерпателями и прочим подобным оборудованием, а барабан другой содержит кабель-трос для работ с СТД-комплексом.

Рис. 3.60. СТД-кран НИС «Gunnerus» в сложенном состоянии (слева) и его гидравлические лебедки с тросовым и

кабель-тросовым барабанами (справа)

Рис. 3.61. НИС «Southern Surveyor» с кормовой П-рамой в сложенном состоянии (слева) и виде кормового

мостика на ту же раму в рабочем положении (справа)

Page 148: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

148

Новые решения найдены и для буксировки научного оборудования. Обычно для таких спуско-подъемных операций используются кормовые порталы, предназначенные для траловых работ, или заваливающиеся П-рамы (рис. 3.61). Но их использова ние на рыболовных НИС ограничено применением промысловых тралов и необходимостью перевооружения кормовых спуско-подъемных устройств для проведения научных работ. Этих недостатков лишена так называемая Z-рама (Z-frame), которую стали устанавливать на кормовых мостиках НИС нового поколения.

Первым научно-рыболовным судном, оснащенным Z-рамой, стало НИС «Scotia». На кормовом мостике по правому борту было установлено специальное спуско-подъемное устройство на б т, разработанное фирмой Odim, — первоначально его назвали «Gamma frame».

Это устройство, в отличие от обычной П-рамы, не препятствует работе с траловым вооружением и представляет собой нечто вроде заваливающейся Г-образной кран-балки. Ее нижняя часть закреплена на специальном пилоне и с помощью гидравлического привода может вращаться на 360° в вертикальной плоскости, подобно ручке от мясорубки. Также могут свободно вращаться (могут и фиксироваться) и блоки на горизонтальной перекладине, в результате чего они всегда будут одинаково ориентированы относительно уровня палубы. При этом сам пилон может заваливаться на 90° за корму. Позже подобная конструкция производства фирмы TTS/Hydrolift была установлена на НИС «G.O. Sars» (рис. 3.62, а-б).

На НИС «Viconde de Eza» также установлена подобная Z-рама, но по левому борту и с неекоторыми изменениями (рис. 3.62, в) — верхняя перекладина длиной 3 м может свободно вращаться на 360° вдоль своей оси. При этом пилон-основание может наклоняться наружу за корму на 75 °С вылетом на расстояние до 5,17 м и в сторону траловой палубы на 45° на расстояние 4,63 м с предельной нагрузкой до 9 т при максимальной высоте в 5,3 м. Устройство показало высокую эффективность, и позже аналогичная Z-рама была установлена на новом испанском НИС «Miguel Oliver» (FNI, 2007а; FNI. 20076).

Рис. 3.62. Вид Z-рамы на НИС «С. О. Sars» с горизонтальной перекладиной в нижнем (а) и верхнем (б)

положениях, и на НИС «Viconde de Eza» рабочем положении (в)

Рабочие площадки с укрытиями. Для хранения и обслуживания зондирующих устройств, могут использоваться как отдельно устанавливаемые контейнеры, так и встроенные в конструктивно-архитектурный облик НИС специально сконструированные ангары.

Контейнеры обычно используются для оборудования, используемого на НИС временно, например, на период проведения одной экспедиции. Одновременно этот контейнер может служить и средством сохранности оборудования во время его перевозки. В таких случаях обычно используются стандартные морские 10 (рис. 3.63, а) или 20-футовые (рис. 3.63, б) контейнеры.

Page 149: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

149

Рис. 3.63. Вид на 10 (а) и 20-футовые (б) контейнеры, предназначенные для перевозки и обслуживания среднего и

глубоководного телеуправляемых подводных аппаратов

Рис. 3.64. Примеры распределенного центра забортных работ типа «Open Yard» с выходом ангара напротив

борта (а, НИС «James Cook») и параллельно ему (б, НИС «Maria S. Merian»). а также пример подпалубного ангара (в, НИС «Mirai»)

Ангары для погружаемого оборудования обычно располагаются на уровне траловой

палубы и сопрягаются с рабочими площадками. Существует два основных типа такого сопряжения. Классический — так называемый «открытый двор» (Open Yard) — ангар, иногда совмещенный с «мокрой» лабораторией, располагается в надстройке (чаще в ее средней или кормовой части) с выходом на рабочую площадку, напротив борта (рис. 3.64, а) или параллельно ему (рис. 3.64, б), как промежуточный этап перед погружением в воду (Юльхяйнен, 1988). Такие варианты, как ангар под палубой (рис. 3.64, в) широкого распространения не получили.

Другой вариант — «закрытый двор» (Court Yard), представляет собой камеру с лацпортом в борту. Здесь палуба камеры является одновременно и рабочей площадкой, а погружение производится прямо через лацпорт (рис. 3.64, б-в). Как уже упоминалось, в таких камерах в качестве устройства вывода аппаратуры за борт наиболее часто используются телескопические выстрелы круглого или прямоугольного сечения. При этом современные ангары чаще выполняются с распашным (наружу и вовнутрь) или сдвижным вбок или вверх лацпортом (рис. 3.65).

В таких ангарах также производится и отбор проб из батометров (рис. 3.66). Однако их конструкции и расположение по отношению к другим элементам ПЛК во многом зависят от конструктивных особенностей экспедиционных судов и конфигурации центра забортных работе зондирующей аппаратурой. Более подробно о вариантах сопряжения ангаров с рабочими площадками изложено в следующем разделе, касающемся конфигурации ПЛК.

Page 150: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

150

Рис. 3.65. Примеры некоторых разновидностей лацпортов: распашной во внутрь на полярном экспедиционном

судне «Nathaniel В. Palmer» (а), раскрывающейся наружу вбок на НИС «Walter Herwig III» (в) и сдвижной вверх на НИС «G.O. Sars»

Рис. 3.66. Типичный процесс разбора проб из кассеты батометров в ангаре центра забортных работ типа Court Yard

3.7. Расположение, конфигурация и конструктивные особенности судовых центров забортных работ

В конце 20 века, пока у нас судостроительная отрасль переживала длительный

период застоя, за рубежом сформировалась принципиально новая концепция построения рыболовных НИС. Наиболее полно ее может охарактеризовать подход, использованный при разработке программы по обновлению флота Национальной службы морского рыболовства США (NFMS), средний возраст которого перевалил за 25 лет (FRAM, 1994).

Были проведены очень серьезные исследования и подготовительные работы [Colvin, Perry, 1995). Например, в экспедиции на банку Джорджес на НИС «Albatross IV» (1993 г.), в рамках подготовки этой программы, был проведен хронометраж 3962 операций с различным оборудованием, на различных рабочих местах и в различных ходовых режимах (рис. 3.67).

В результате этих работ выяснилось, что наибольшее время — 33% от всего времени экспедиции (без учета переходов) — заняли работы на станциях с СТД- зондами. К этому можно приплюсовать еще 10% — время, затраченное на отбор ба- тометрических проб. Второе место по затратам времени занимают траловые работы — 26%. Буксировка планктонособирателей MOCNESS, сетей Бонго и нейстон- ной сети занимала 23%. Остальное время использовалось для получения информации с обрывных зондов (ХВТ), буксируемых

Page 151: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

151

датчиков и пр. Эта информация послужила основой для выбора состава и типовой конфигурации ПЛК на новых судах.

Рис. 3.67. Диаграмма распределения времени на выполнение научно-нсслсдоватсльскнх работ на рыболовном НИС «Albatross IV» при исследованиях банки Джоржес

Все зарубежные НИС нового поколения не являются модификациями промысловых

или иных типов судов, а созданы по специально разработанным проектам. В них использованы новейшие тенденции конфигурации ПАК. В принципе, можно сказать, что суда построены вокруг этих комплексов. Типичное расположение и обобщенный состав основных частей ПЛК современных научно-рыболовных судов представлены на рис. 3.68.

В кормовой части рулевой рубки или палубой ниже располагается ходовая ла-боратория, представляющая собой своеобразный координационно-операционный центр. С правого борта лаборатория имеет остекленный выступ с большими иллюминаторами обратного наклона для возможности наблюдения за лебедками, рабочей площадкой, а также за зондирующей и буксируемой аппаратурой. Именно там располагаются пульты дистанционного управления лебедками и бортовая аппаратура буксируемых устройств.

Рис. 3.68. Типичное расположение и обобщенный состав основных частей ПЛК

Page 152: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

152

Эта лаборатория может состоять из нескольких помещений, и в них располагаются дисплеи гидроакустической аппаратуры, станция приема спутниковой информации, а также регистраторы буксируемых систем и измерителей системы прокачки забортной воды. Само устройство прокачки вместе с блоком измерителей устанавливается обычно в районе шахты лага. В некоторых случаях измерите ли, «врезаемые» в трубопроводы системы прокачки, располагаются в помещении отбора проб воды или в «мокрой» лаборатории. Носовая часть палубы бака для ведения научных работ обычно не используется, но иногда на ней имеется вертолетная площадка или мачта-выстрел для работ с лидаром (рис. 3.69).

Рис. 3.69. Три основных варианта взаимного расположения рабочей площадки и ангара для СТД комплекса

(пояснения в тексте) Следующей одной из основных зон ПЛК является центр забортных работ, и его

устройство имеет особенно важное значение для архитектурного облика судна. Согласно современным концепциям строительства НИС основные лаборатории и ангар для СТД-комплекса должны быть компактно размещены в виде исследовательского блока, расположенного подковой вокруг рабочей площадки центра забортных работ. Обычно площадка располагается на уровне траловой палубы и занимает среднюю часть палубы в центральной части судна вдоль правого борта и используется для проведения забортных работ СТД-зондом с кассетой батометров и планктонными сетями, а также для отбора из них проб в нормальную погоду.

На разных судах используются три основных варианта взаимного расположения рабочей площадки и ангара для СТД-комплекса (см. рис. 3.2):

а) ангар располагается напротив борта с площадкой между ними; б) ангар с площадкой выстроены вдоль борта; в) ангар вместе с площадкой выполнены в виде камеры с лацпортом, занимающей

от 1 до 3 уровней (палуб).

Page 153: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

153

Наиболее распространен вариант, где на открытой палубе, как правило, вдоль средней части правого борта, располагается рабочая площадка длиной 5—7 и шириной 3—4 м. На противоположной от борта стороне площадки находится помещение (ангар) для хранения и обслуживания СТД-зонда с кассетой батометров, а также для отбора проб. Лебедки (обычно два комплекта или двухбарабанные), используемые для забортных работ, чаще устанавливают палубой выше, например над ангаром, причем они имеют дистанционное управление, а у верхней палубы в этом случае имеется соответствующий вырез над площадкой. Для вывода оборудования за борт применяются заваливающиеся Г-образные кран-балки или П-рамы, часто совмещенные с палубным вырезом. Иногда вместо них используются телескопические выстрелы или краны, а дистанционное управление забортными работами выполняют из застекленной кабины, выступающей за линию борта или из ходовой лаборатории.

Примером почти полной копии описанного варианта конфигурации центра за-бортных работ могут служить немецкие НИС «Alkor» и «Heincke», Однако, хотя эти суда, построенные в 1990 г, и считаются так сказать «систер шип», на рис 3.70. четко просматривается различное расположение кабин для управления спуско- подъемными устройствами центра забортных работ.

Рис. 3.70. Конфигурация центра забортных работ на НИС «Alkor» (а) и «Heincke» (б)

(пояснения в тексте) Дело в том, что здесь ясно видно различие в подходах конечного пользователя к

методике забортных работ на станциях. В первом случае (рис 3.70, а) за рабочей площадкой и забортными работами наличествует отличный обзор из помещения мостика, где располагается операционный центр, а лебедчик в своей кабине лишен такой возможности. Во втором случае кабина перенесена ближе к борту, и обзор лебедчика значительно улучшен, но в ущерб мостику, так как кабина теперь является помехой для наблюдения за забортными работами.

Другим, более современным примером может служить центр забортных работ на НИС «Thalassa» постройки 1996 г, ставшим очередной вехой в создании НИС для рыбопромысловых исследований [Левашов, 2003]. Центр типа «Open Yard» (рис. 3.71, а), к которому примыкают лаборатории гидрологии, гидрофизики и гидрохимии, располагается на уровне траловой палубы, где в средней части правого борта выделена площадка для работы с зондирующей аппаратурой и планктонными сетями (рис. 3.71, б). Там же, в надстройке напротив борта, расположено помещение гидрологической лаборатории площадью порядка 24 м3, где производятся отбор и анализ проб. Это помещение одновременно служит и ангаром для батоме- трической кассеты с СТД-зондом

Page 154: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

154

Рис. 3.71. Конфигурация центра забортных работ на НИС «Thalassa» (пояснения в тексте) Выше установлены две лебедки (на 8000 м кабель-троса 010 мм каждая) и скла-

дывающаяся П-рама грузоподъемностью 5 т (рис. 3.71, в-г). На рабочую площадку зондирующий СТД-комплекс выводится подпотолочным выстрелом через распашные двери гидрологической лаборатории. Из этой лаборатории можно пройти в лабораторию гидрофизики (18 м3), где расположены бортовые устройства зондирующей аппаратуры и устройства обработки данных. В переборке между двумя лабораториями имеется открывающееся прозрачное окно. Рядом, но уже полевому борту судна, расположена лаборатория гидрохимии (15 м3).

Очень похожая конфигурация ПЛК на НИС «Vizconde de Eza» (см раздел 4.3.1), она также выполнена по схеме «Open Yard» в классическом варианте (рис. 3.72, слева) и почти полностью повторяет аналогичный комплекс на НИС «Thalassa», но в меньших размерах. Специфический подход применен на НИС «Scotia», где большая часть лабораторий контейнерного типа (см. раздел 4.1.3), но центр для работе зондирующей аппаратурой там тоже типа «Open Yard» (рис. 3.72, справа). Однако вместо обычных заваливающихся рам и поворотных кран-балок здесь используются телескопические краны с удлинением и захватами-ловушками. Подобная конфигурация со специально сконструированным краном применена на университетском НИС «Hugh R. Sharp» (см. раздел 5.2.1).

Рис. 3.72. Расположение центра забортных работ НИС «Vizconde de Eza» (слева) и «Scotia» (справа)

Как уже упоминалось существует и другой вариант центра забортных работ типа

«Open Yard», где ангар расположен в кормовой части надстройки с выходом на палубу параллельно борту. Рассмотрим более подробно конфигурацию и особенности конструктивного исполнения рабочей площадки, заваливающейся П-рамы и ангара, а также процесс работы с зондирующим комплексом на примере центра забортных работ канадского экспедиционного судна «Amundsen» (рис. 3.73). Это судно, построенное в 1979 г. как арктический ледокол Канадской береговой гвардии CCGS «Sir John Franklin», в 2003 г.

Page 155: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

155

получило под новым именем новую жизнь как ледокольное экспедиционное судно, подчиняющееся канадскому центру университетских исследований.

Рис. 3.73. Внешний вид центра забортных работ на НИС «Amundsen» (пояснения в тексте)

Центр забортных работ (рис. 3.73, а), примыкающий к надстройке по правому бор-

ту, может являться примером удачной конфигурации и расположения всех составляющих центра, которые удалось встроить в готовое судно, причем на ограниченной площади. Как обычно, в состав центра входит ангар (б), рабочая площадка (в), лебедка над ней и кран-балка (г). Напротив ангара располагается кабина с пультами управления (д), из которой можно управлять процессом зондирования (е). Позже, в центре рабочей площадки была оборудована шахта — «moonpool» для зондирований во льдах.

Именно такой модифицированный вариант «Open Yard», когда ангар расположен в кормовой части надстройки с выходом на палубу параллельно борту, начинает преобладать на новых судах, и применен на НИС «CEFAS Endeavour» и «Solea» (см. разделы 4.7.1. и 4.6.1).

На НИС «CEFAS Endeavour» лебедка (двухбарабанная) с компенсатором натяжения и П-образной кран-балкой располагается палубой выше, причем кран-балка может увеличиваться в длину более чем в два раза (рис. 3.74, а). На НИС «Solea» лебедка и кран-балка установлены на одной и той же палубе (см. рис. 3.74, б), а пульт управления ими располагается в надстройке над ангаром.

На головном судне американского проекта FRV-40 — НИС «Oscar Dyson» (см. раздел 5.1.2) ангар также размещается у борта и примыкает к боковой сто роне рабочей площадки в ее носовой части (рис. 3.75, а), а напротив борта располагается лаборатория, предназначенная для обработки отобранных проб. Две лебедки установлены палубой выше, но расположены они ходом тросов к переборке надстройки, где крепятся блоки с

Page 156: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

156

компенсаторами, которые разворачивают эти тросы в обратную сторону — к П-образной заваливающейся кран-балке.

Рис. 3.74. Расположение центров забортных работ на НИС «CEFAS Endeavour» (а) и «Solea» (б)

Третья лебедка (глубоководная) располагается в специальном помещении под

главной палубой. Управление лебедками и кран-балкой ведется из специальной кабины, установленной у носовой опоры кран-балки. Здесь следует отметить, что на следующем судне этого проекта — НИС «Henry В. Bigelow» в целях улучшения обзора кабина и опора кран-балки поменялись местами (см. рис. 3.75, б), для чего ширину кран-балки пришлось увеличить.

Третий вариант архитектурно-конструктивного решения конфигурации центра для работ с зондирующей аппаратурой представляет собой камеру с лацпортом в борту судна. Она играет двойную роль: при закрытом лацпорте камера служит ангаром для СТД-зонда с кассетой батометров, а в открытом состоянии ее палуба — это рабочая площадка.

Один из первых вариантов такого интегрированного центра был реализован на НИС «Арнольд Веймер» (см. рис. 3.54) и был назван конструкторами как «Courtyard» — «внутренний двор» [Immonen et al., 1987). Позже такая камера была применена на финском НИС «Aranda» и польском НИС «Baltica».

Рис. 3.75. Расположение центров забортных работ на НИС «Oscar Dyson» и «Henry В. Bigelow»

Page 157: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

157

Вообще, этот вариант часто применяется на судах, используемых для высоко-широтных экспедиций, как, например, ледокольное НИС «Nathaniel В. Palmer». В среде американских океанологов принято называть этот вариант «Baltic Room». На НИС нового поколения такие камеры по высоте занимают пространство 2—3-х палуб, причем на уровне верхней палубы, под потолком крепится спуско- подъемное устройство (чаще телескопический выстрел, иногда два), а на балконе — лебедки. Нижняя палуба играет роль рабочей площадки для операций с зондирующей аппаратурой и места ее хранения.

Рис. 3.76. Вид поста управления СТД-комплексом (слева) и. граничащего с этим отсеком, нижнего уровня

камеры «CourtYard» (справа, лацпорт в закрытом состоянии) Среди первых судов нового поколения такой тип организации центра забортных

работ применен на НИС «Ami Fridriksson» (см. раздел 4.1.2), где в центре правого борта надстройки выгорожена двухуровневая камера типа «CourtYard» с общим вертикальным лацпортом, раскрывающимся наружу вбок (рис. 3.76).

Рис. 3.77. Вид на телескопические выстрелы

Page 158: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

158

На рис. 3.78. показаны фрагменты интегрированного центра забортных работ типа «Courtyard» на НИС «G.O. Sars», состоящего из двух ангаров с лацпортами сдвигающимися вверх.

В нижней секции, на уровне траловой палубы, при закрытом лацпорте хранятся СТД- зонды с кассетами батометров, а в открытом состоянии она используется для забортных работ в качестве рабочей площадки размером 3,5x4,5 м2. Для зондирований в верхней секции камеры, палубой выше, установлены кабель-тросовая лебедка для СТД-зондов на 2 т и гидро-графическая лебедка на 1 т. Для вывода оборудования за борт используются два телескопических выстрела фирмы Palfinger, выдвигаемых наружу перпендикулярно борту судна (рис. 3.77).

Больший ангар предназначен для работ с буксируемой аппаратурой и пакетными планктонособирателями.

Рис. 3.78. Вид ангаров типа «Courtyard» на НИС «С. О. Sars»: а — оба ангара в открытом состоянии, виде

пирса; б — малый ангар изнутри в процессе зондирования Этот ангар расположен поперек корпуса судна — от одного борта до другого и за-

нимает площадь (80 м2), а в высоту — три палубы, причем на всех установлено 5 штатных лебедок содержащих до 6000 м кабель-троса, и одна из них предназначена для оптоволоконного кабель-троса. Меньший ангар (20 м2) занимает только две палубы. Он предназначен для работы с зондирущим СТД-комплексом (лебедка с кабель-тросом диаметром 8,2 мм) и оборудованием на обычном тросе — планктонными сетями, драгами и т. п. (лебедка с тросом диаметром 6 мм). Для вывода погружаемого оборудования за борт в большом ангаре используются два телескопических выстрела грузоподъемностью по 16 и 3,8 т, а в малом — заваливающаяся Г-образная двухтонная кран-балка (рис. 3.78, б), все они производства фирмы TTS/Hydrolift.

Все три варианта организации центра для работ с зондирующим оборудованием имеют свои достоинства и недостатки. Преимущество распределенного центра типа «Open Yard» заключается в возможности работы с погружаемым оборудованием любого размера, в том числе и с планктонными сетями. В свою очередь, интегрированный центр типа «Courtyard» не только сокращает объем, занимаемый спуско-подъемными устройствами для забортных работ, но и позволяет облегчить условия их обслуживания, а также процесс слива проб из батометров и обслуживание погружаемой аппаратуры при низких температурах воздуха.

Однако такой интегрированный центр, как правило, предназначен только для работ с зондирующей аппаратурой, а для планктонных и других работ, связанных с крупногабаритными погружными устройствами, приходится организовывать вспомогательные рабочие площадки с дополнительным спуско-подъемным оборудованием, как например на НИС «Arni Fridriksson» (см. раздел 4.1.2). Впрочем, на НИС «G.O. Sars»

Page 159: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

159

разработчики сумели разместить две такие камеры, что позволяет проводить из них любые забортные работы, вплоть до операций с планктонными сетями. Большая камера по высоте занимает три палубы, а по глубине простирается от одного борта до другого.

На одном из последних НИС нового поколения «Sarmiento de Gamboa» (см. раздел 4.3.3) предпринята небезуспешная попытка объединить варианты типа «Open Yard» и «Courtyard» (рис. 3.79).

Объединенный центр забортных работ на дрейфовых станциях расположен по правому борту в центре судна на уровне главной палубы. Работы с планктонными сетями и грунтовыми трубками выполняются на открытой площадке с заваливающейся П-образной кран-балкой высотой 7 м и шириной просвета 4 м. Кран- балка может быть завалена от борта на 50° и на 17° внутрь судна. Максимальная нагрузка кран-балки составляет 13 т при наклоне за борт в упор и 5 т в других положениях. Ширина рабочей площадки от борта составляет порядка 3 м, а за ней, в надстройке располагается ангар — «мокрая» лаборатория, которая предназначена для разбора проб и хранения погружаемого оборудования. Над ангаром разме-щается планктонная лебедка с тросом диаметром 6 мм.

Рис. 3.79. Объединенные варианты типа «Open Yard» и «Courtyard» на НИС нового поколения «Sarmiento de

Gamboa» (пояснения в тексте) Для работ с СТД-комплексом используется двухуровневая камера с лацпортом,

примыкающая к открытой площадке с «мокрой» лабораторией, причем сама лаборатория охватывает и первый уровень камеры, занимая общую площадь 55 м2. На втором уровне камеры располагаются кабель-тросовая лебедка и телескопический выстрел, выдвигающийся от борта на 4 м при нагрузке до 5 т. Эта конструкция рассчитана на работы при волнении до 5 баллов. Для оперативного управления спуско-подъемными операциями с СТД-комплексом в камере выгорожена специальная кабина площадью 5 м2.

В целом, следует отметить, что, хотя мы и назвали рассмотренные варианты организации центров забортных работ типовыми, на самом деле это только определяет подход к их организации. Конструктивно они значительно различаются, и часто расположение

Page 160: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

160

помещений и палубных устройств, а также применение различных конструктивных элементов в значительной мере зависят от традиционного стиля работ и пожеланий конкретного заказчика. Например, архитектура надстроек НИС «Solea» и его ПЛК очень похожи на конструкцию их предшественника. В то же время, НИС «G. О. Sars» отличается применением новейших решений, и он совершенно не похож на старое НИС «G.O. Sars». В табл. 3.15 представлены сравнительные характеристики ПЛК расположенных на НИС нового поколения, а более подробно их устройство мы рассмотрим далее в соответствующих главах и разделах.

Таблица 3.15. Сравнительные характеристики ПЛК, расположенных на НИС нового поколения

Page 161: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

161

ГЛАВА 4. ЕВРОПЕЙСКОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В техническом плане европейское направление, отличающееся множеством

проектных бюро, расположенных в странах, имеющих развитую судостроительную промышленность, можно считать передовым. Разработку проектов и постройку рыболовных НИС заказывают в Европе и другие страны, не относящиеся к этому региону. Суда строятся, как правило, в единичных экземплярах и по специальным проектам. Бесспорными лидерами европейского направления являются скандинавские проектные бюро.

Вместе с тем, особенности конструкций судов, спроектированных в других Ев-ропейских странах обусловлены государственными интересами и местными ресурсами, а их постройка обычно выполняется на национальных верфях (Германия, Франция, Испания). Несмотря на это, в проектах широко применяются заимствования успешных решений и из других направлений, причем чаще всего проявляется влияние норвежской школы. С другой стороны, следует отметить, что особенности национального течения в той или иной степени присущи и другим направлениям. Однако, в отличие от скандинавских проектов, когда постройка практически каждого НИС традиционно является ожидаемым событием, привлекающим внимание специалистов, национальные проекты за счет применения новых, часто пионерских решений, подобны внезапно вспыхивающим звездам и отличаются оригинальностью применяемых решений.

Например, в начале 90-х годов наибольший интерес вызывал проект голландского НИС «Pelagia», где в числе многих передовых решений впервые было применено контейнерное размещение почти всех лабораторий. В середине 90-х годов наиболее ярким представителем национального течения являлось НИС «Thalassa», спроектированное и построенное на французской верфи «Manche Industrie Marine» в 1996 г. Эту эстафету в 2000 году перехватило испанское НИС «Vizconde de Eza». В проекте судна чувствовалось французское влияние, однако при создании испанского судна использовались исключительно национальные ресурсы.

Точно также имеют свои особенности исследовательские суда, построенные по немецким и британским проектам. Не отличаясь особой красотой и легкостью архитектуры, они создают впечатление надежности и солидности, причем действительно, применяемые конструктивные решения являются прагматичными, эффективными и проверенными временем.

4.1. Скандинавские проекты На верфях Скандинавских стран в последние десятилетия выработался характерный,

сразу узнаваемый, тип рыболовного судна. Так как, основные проектные фирмы располагаются в Норвегии, то это направление часто называют «норвежской» школой. Научные суда, построенные по норвежским проектам, всегда вызывают, и совершенно обосновано, большой интерес специалистов. Кроме самой Норвегии, разработку таких судов, а иногда и их постройку, заказывают у норвежских проектных фирм и другие страны (Южная Корея, Новая Зеландия, Таиланд, Индонезия, Ирландия, Великобритания и др.). В последнее время у скандинавских проектных фирм появилась тенденция постройки корпусов в иных странах, например в Румынии, в Польше, на Украине или даже в России, а достройка и оснащение судов происходит уже в Норвегии или Дании. В некоторых случаях фирма вообще выполняет только проект судна, а его постройка осуществляется заказчиком самостоятельно.

В начале 90-х годов наиболее значительной норвежской проектной фирмой за-рекомендовала себя компания Vik & Sandvik Skipstekniske Konsulenter A/S of Fitjar, которая в 2009 году вошла в крупнейшую международную корпорацию Wartsila. На фирме VikSandvik AS спроектированы такие известные суда как НИС «Johan Hjort» [FNI, 1991] и «Dr. Fridtjof

Page 162: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

162

Nansen» [FNI, 1993]. Постройка этих двух судов проведена на норвежской верфи Flekkefjord Slipp & Maskinfabrikk AS.

Сильнейшим конкурентом компания Vik & Sandvik в то время являлась проектная фирма Skipsteknisk A/S., разработавшая корейское НИС «Оппигу», постройка которого осуществлена на верфи Mjellem & Karlsen A/S. Стоит отметить, что эта верфь имеет очень большой опыт строительства исследовательских судов. С 1958 по 1994 год на ней построено (или модернизировано) 22 научно- исследовательских судна. В их числе такие известные суда, предназначенные для рыбопромысловых исследований, как «Johan Hjort» (1958), «G.O. Sars» (1970), «Dr. Fridtjof Nansen» (1974) и «Michail Sars» (1979). В 1991 г. для Новой Зеландии этой верфью построено рыболовное исследовательское судно — НПС «Тапдагоа». Специалисты считают его лучшим исследовательским судном для рыбного хозяйства, построенным в то время. Проект судна был разработан на базе проекта рыболовного траулера типа «Enniberg», а автором обоих проектов является та самая норвежская проектная фирма Skipsteknisk A/S. Эта фирма является и автором проекта НПС «Jan Мауеп», перестроенного в 1992 году из обычного траулера. В последнее время фирма Skipsteknisk A/S. стала несомненным лидером в проектировании рыбопромысловых исследовательских судов. В 1998 году, для Великобритании, фирмой был спроектирован первое НИС нового поколения «Scotia». По похожим проектам этой фирмы для Ирландии на верфи Damen Shipyard в Голандии построено НИС «Celtic Explorer», а для Норвегии — на верфи Flekkefjord Slipp & Maskinfabrikk AS построено НИС «G.O. Sars». Оба судна международным судостроительным сообществом были признаны судами года, соответственно в 2002 и 2003 годах. В 2007 году было построено для Южной Африки 42-метровое НИС «Ellen Khuzwayo». Последнее построенное НИС, спроектированное этим конструкторским бюро судно — это экспедиционное НИС нового поколения «James Cook», которое построено в 2007 г. также на верфи Flekkefjord Slipp & Maskinfabrikk AS.

НИС «Johan Hjort» (рис. 4.1., 4.2) построено в 1990 г. по заказу департамента по рыболовству для Норвежского института морских исследований в Бергене, сменив одноименный НИС постройки 1974 г.Максимальная длина судна 64,4 м, длина п. п. 56,65 м, ширина 13 м, осадка 6,4 м. Пропульсивный комплекс представляет собой дизельную установку Wartsila Wichmann diesel, 8V28B мощностью 2400 кВт с ВРШ, носовое водометное подруливающее устройство. Максимальная скорость 14,25 узлов, крейсерская скорость — 11 узлов. Автономность 10000 морских миль или 40 суток. В 24 одноместных и 4 двухместных каютах размещается 13 человек экипажа и 19 научных сотрудников. Имеется три лаборатории: мокрая (50 м2), сухая (75 м2) и гидрохимическая (50 м2).

Судно предназначено для оценки запасов и океанографических исследований в Норвежской рыболовной зоне северо-восточной Атлантики и Баренцева моря. НИС также используется для испытаний новейших технологий в области рыбопромысловых исследований (преимущественно с использованием средств гидроакустики). На судне имеется полноценное траловое вооружение и морозильная камера, но трюмов нет. На палубе имеется два сетных барабана, траловые лебедки располагаются под траловой палубой. Судно отличается большой насыщенностью гидроакустической аппаратуры (два комплекта научных эхолотов ЕК500) и хорошей проработкой конструкции судна для снижения уровня акустических шумов (например, дизель главного двигателя и подруливающие машины смонтирован на резиновых амортизаторах). Кроме того, судно оснащено буксируемым пакетным планктонособира- телем типа MOCNESS, который, в отличие от обычной модели, имеет входное отверстие в 10 м2, что для европейских НИС большая редкость.

В последнее 10-летие НИС неоднократно модернизировался. Например, сначала на нем установили выдвижной киль для акустических антенн (см. раздел 3.2.9). В 2006 г. сдвоенные наклонные лацпорты заменили на один большой рас пашной (рис. 4.1, б), а в 2008 г. для удобства наблюдения за местом забортных работ из лацпорта, к мостику приделали выступающую кабину-фонарь (рис. 4.1, в). На рис. 4.2. представлен продольный разрез и планы палуб судна на время его постройки.

Page 163: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

163

Рис. 4.1. Вид на НИС «Johan Hjort» по правому борту без внешних переделок (а), с переделанным лац-

портом (б) и кабиной-фонарем у мостика (в)

НИС «Dr. Fridtjof Nansen» (рис. 4.3, 4.4) построено в 1993 г. по заказу Норвежского агентства развития сотрудничества для помощи в рыболовстве и исследованиях, проводимых развивающимися странами по программам FAO и также заменило устаревшее одноименное судно.

Максимальная длина судна 56,75 м, длина п. п. 48,55 м, ширина 12,5 м, макс, осадка 6,5 м. Пропульсивный комплекс представляет собой дизельную установку Wartsila Wichmann diesel, 6L28B мощностью 1980 кВт с 4-лопастным BPLLI, носовое подруливающее устройство Brunvoll мощностью 300 кВт. Максимальная скорость 15 узлов, крейсерская скорость — 13,5 узлов. Автономность 10000 морских миль или 40 суток. Число коечных мест — 33. Имеется 4 лаборатории: мокрая, сухая, ихтиологическая и биохимическая. Образцы из трала хранятся в небольшом трюме с температурой хранения до —30 °С, морозильная установка производительностью 500 кг в сутки. Судно оснащено балластными успокоителями качки. В диаметральной плоскости судна встроена 18-метровая вертикальная шахта для выдвижного киля длиной 6 м с акустическими антеннами, который может выдвигаться ниже днища судна.

Это судно очень похоже на «Johan Hjort», хотя и несколько меньше. Оно пред-назначено для работы в тропических и субтропических зонах с целью проведения рыбопромысловых и океанологических исследований, а также для обучения научного персонала Намибии, Анголы, Мозамбика. Танзании, Пакистана и других развивающихся стран. На рис. 4.4. представлен продольный разрез и планы палуб судна на время его постройки.

Page 164: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

164

Page 165: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

165

Рис. 4.3. Вид на НИС «Dr. Fridtjof Nansen» по левому (сверху) и по правому (снизу) борту

НИС «Оппигу» (рис. 4.5, 4.6) предназначено для изучения рыбных запасов в

Японском море и Тихом океане Корейским океанологическим институтом известным под названием KORDI, (Korea Осеап Research and Development Institute). НИС «Оппигу», как и упомянутые выше два судна имеет характерную конструкцию и обводы, для расширения рабочего пространства на палубе труба и кормовая часть надстройки смещены на левый борт. Имеет отличный набор лабораторий и исследовательского оборудования, малые шумы, научную морозильную камеру.

Максимальная длина судна 63,8 м, длина п. п. 55,5 м, ширина 12 м, осадка проектная 5,15 м. Пропульсивный комплекс представляет собой сдвоенную дизель- редукторную установку Wartsila Vasa 8R22/26MD мощностью 2x1160 кВт с 4-ло- пастным ВРШ диаметром 3,3 м, носовое подруливающее устройство Brunvoll мощностью 230 кВт, кормовое — 190 кВт. Максимальная скорость 15,68 узлов, крейсерская скорость — 15 узлов. Автономность 10000 морских миль. Число коечных мест — 41 (16 — экипаж и 25 — научные сотрудники). Имеется 6 лабораторий.

Судно снабжено балластными успокоителями качки. Рабочая площадка с П-рамами для зондирующего оборудования похожа на «Open Yard», но ангар для погружаемых устройств отсутствует. Имеется специальная лебедка для буксировки измерительной аппаратуры с помощью кабель-троса с обтекателями.

Page 166: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

166

Стоимость судового электронного оборудования составляет около 7 млн долл. США. На рис. 4.6. представлен продольный разрез и планы палуб судна.

НИС «Кг. Baruna Jaya VIII» (рис. 4.7) также построено верфью Mjellem & Karlsen A/S. В качестве прототипа использовался проект НИС «Оппигу», но со значительными доработками. Судно построено в 1998 г. по заказу индонезийского агентства, объединяющего несколько морских институтов в Джакарте. НИС предназначено для рыбопромысловых исследований, а также для попутных работ в области океанологии, геофизики и картирования морского дна на акваториях Индийского океана. Кроме национальных программ исследований в экономической зоне судно используется совместно с австралийскими специалистами для работ по программам CSIRO.

Рис. 4.5. Вид на НИС «Оппигу» по левому (сверху) и по правому (снизу) борту

Рис. 4.7. Вид на НИС «Кг. Baruna Jaya VIII» по правому борту

Page 167: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

167

Page 168: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

168

Максимальная длина судна 53,2 м, длина п. п. 46,5 м, ширина 12,5 м, осадка про- ектн. 4,3 м. Пропульсивный комплекс — дизель-редукторная установка Caterpillar 3516 мощностью 1491 кВт с 4-лопастным ВРШ, носовое подруливающее устройство Schottel SPJ-82TL мощностью 330 кВт, кормовое — Brunvoll FU-37-LT100. Максимальная скорость 14 узлов, крейсерская скорость — 12 узлов. Автономность 5000 морских миль или 20 суток. Число коечных мест — 56 (23 — экипаж и 33 — научные сотрудники).

НИС «Chakratong Tongyai» (рис. 4.8) похоже на предыдущие суда, но отличается меньшими размерами. Судно построено в 1995 году на датской верфи Esbjerg Oilfield Services A/S для рыболовного департамента Таиланда. Используется специалистами Морского биологического центра (Phuket Marine Biological Center — PMBC) для ихтиологических и биологических исследований в Индийском океане и Южно-Китайском море. В частности выполняются работы по наблюдению за морскими черепахами (Sea Turtle Conservation Station) в кооперации с японскими учеными.

Рис. 4.8. Вид на НИС «Chakratong Tongyai» по левому борту

Максимальная длина судна 38,4 м, длина п. п. 32 м, ширина 9 м, осадка проектн. 2,7 м. Главный двигатель MAN B&W мощностью 850 л. е., крейсерская скорость — 11,5 узлов. Число коечных мест — 22. Стоимость постройки — 9 млн долл. США.

4.1.1. Научно-промысловые суда на основе проектов добывающих судов

Размещение ПАК на НПС, по сравнению с подобной задачей на НИС, является более

сложным вопросом. Дело в том, что траловая палуба нормальной длины, присущая таким судам, заходит за их середину, что не позволяет использовать наиболее удобную подковообразную схему расположения ПАК. Если же у судна ваерные лебедки находятся на баке, как принято на большинстве современных кормовых траулеров, то это добавляет дополнительные ограничения в размещении ПАК на судне.

НИС «Tangaroa» (рис. 4.9) разработано норвежской проектной фирмой Skipsteknisk A/S. и построено на верфи Mjellem & Karlsen A/S в 1991 г. для Новозеландского министерства сельского хозяйства и рыболовства. На языке Маори — коренного населения Новой Зеландии, «Tangaroa» является именем бога воды. Специалисты считает это судно одним из лучших научно- промысловых судов, построенных в то время (FNI, 1992а; Andrae, 1993]. Проект судна был создан на базе рыболовного траулера типа «Enniberg» (FNI, 1990а), также разработанного фирмой Skipsteknisk A/S. НПС предназначено для изучения рыбных ресурсов Новой Зеландии

Page 169: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

169

с районом плавания от тропических до субантарктических вод и занимается решением задач, связанных с мониторингом рыбных запасов и испытаниями нового промыслового оборудования. Судно позволяет работать на границе паковых льдов в Южном океане, и осна-щено оборудованием для пелагического и донного лова до глубины 2000 м, оборудованием для обработки морепродуктов, имеет современное рыбопоисковое и навигационное оборудование.

Рис. 4.9. Вид НИС «Tangaroa» полевому (сверху) и по правому (снизу) борту

Максимальная длина судна 70 м, ширина 13,8 м, осадка 7,2 м. Пропульсивный комплекс — дизель-редукторная установка Wartsila Vasa 8R32D мощностью 4023 л. с. с 4-лопастным ВРШ, носовое подруливающее устройство Brunvoll мощностью 368 кВт. Крейсерская скорость — 12—13 узлов. Автономность 60 суток. Число коечных мест — 44 (22 одноместные и 11 двухместных кают). На рис. 4.10. представлен продольный разрез и планы палуб судна.

За счет уменьшения объема трюма относительно прототипа (720 м3) до величины 485 м3 увеличено число кают и расширен рыбцех, где также размещена «мокрая» лаборатория площадью 75 м2 для обработки траловых уловов с грузовым лифтом до траловой палубы, морозильник для научных целей и еще две лаборатории для сопутствующих исследований площадью примерно по 12 м2. Однако оставшееся технологическое оборудование позволяет не только проводить научные исследования, но и вести промышленную обработку уловов, в том числе и замораживать до 10 т продукции за 20 ч, что позволяет, в некоторой степени, компен-сировать расходы на проведение исследовательских работ. Есть небольшое хранилище образцов с температурой —30 °С. На нижней палубе, вместо ликвидированной части трюма также устроены две лаборатории: вычислительной техники (24 м2) и электроники (30 м2).

Page 170: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

170

На траловой палубе вдоль правого борта выделена рабочая площадка для ведения забортных работе планктонными сетями и СТД-комплексом. Гидравлические лебедки и поворотные кран-балки с краном установлены выше. Для их управления имеется остекленная кабина.

Следует отметить, что в процессе эксплуатации судна поворотная кран-балка оказалась неэффективной и была дополнена заваливающейся П-рамой. С кормовой стороны рабочей площадки устроен ангар для планктонных сетей и погружаемого оборудования.

Со стороны бака от площадки, вдоль борта, расположены лаборатории: «мокрая» с окном для передачи проб, планктонная и гидрологическая «сухая», общей площадью около 40 м2. Симметрично, по левому борту, расположены: кладовая оборудования, гидрохимическая лаборатория и помещение с системой подачи забортной воды, общей площадью около 25 м2. Палубой выше, находится конференц- холл (20 м2), а в кормовой части штурманской рубки — операционный центр с терминалами забортной и гидроакустической аппаратуры (20 м2).

Судовая опреснительная установка выдает 10 тонн воды в сутки. Траловые и научные лебедки — гидравлические. В список специализированного научного оборудования входят планктонные пробоотборники, буксируемое и зондирующее океанографическое оборудование, система прокачки забортной воды, буксируемый аппарат ROV 1500, автоматизированная метеостанция и водолазное оборудование.

Если доработка проекта промыслового судна в НПС является довольно сложным вопросом, то еще большую трудность представляет задача переоборудования уже построенного промыслового судна под НПС. Наиболее удачным примером реализации этой задачи является НПС «Jan Мауеп».

НИС «Jan Мауеп» (рис. 4.11) было построено в 1988 году по проекту фирмы Skipsteknisk A/S на верфи Danyard A/S первоначально в виде обычного траулера. В 1992 году под руководством авторов проекта этот траулер был перестроен на фирме Batbygg A/S в НПС. Норвежский институт морских исследований, Норвежский рыболовный колледж и Университет г. Тромсе используют судно для проведения рыболовных исследований и учебных рейсов в акваториях Баренцева и Норвежского морей.

Максимальная длина судна 63,8 м, длина п. п. 55,55 м, ширина 13 м. Пропульсивный комплекс — дизель-редукторная установка Wartsila Vasa 8R32E мощностью4080 л. с. с 4-лопастным BPLLI, носовое подруливающее устройство Brunvoll мощностью 495 л. с. Максимальная скорость 16 узлов, крейсерская скорость— 12,5 узлов. Автономность 5000 морских миль или 20 суток. Число коечных мест — 40 (11 — экипаж). На рис. 4.12. представлен продольный разрез и планы палуб судна.

Page 171: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

171

Page 172: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

172

Риг. 4.11. Вид НИС «Jan Мауеп» полевому (сверху) и по правому (снизу) борту

Это судно внешне очень похоже на НПС «Тапдагоа», но имеет несколько меньшие

размеры и, соответственно, отличающийся набор возможностей и оборудования. В связи с необходимостью размещения научного состава и ПЛК, а также учитывая использование судна в учебных целях, охлаждаемый трюм был уменьшен до объема 200 м3, при этом морозильный трюм оставлен без изменений — 500 м3.

В результате, под траловой палубой, кроме рыбцеха (возможна заморозка 10,5 т продукции за сутки), по правому борту удалось разместить три лаборатории: оценки размерно-весового состава траловых уловов (24 м2), ихтиологическую (19 м2) и анализа планктонных, бентосных, геологических и других проб (30 м2). Там же располагаются научные морозильные камеры с температурой —30 и — 80 °С и две аудитории (23 и 40 м2), причем большая рассчитана на 30 человек.

Центр забортных работ расположен вдоль правого борта на уровне траловой палубы. Его ядром является ангар (13 м2) с наклонным лацпортом-люком и рабочая площадка, расположенная на следующей палубе вместе с двумя лебедками и заваливающейся Г-рамой (см. рис. 3.51). Спускоподъемное оборудование, управляемое из ангара, обеспечивает работу как с кассетой батометров, так и с планктонными сетями. Для передачи отобранных проб в помещении ангара имеется специальный лифт. Рис. 4.12. Продольный разрез и планы палуб НИС «Jan Мауеп»

Page 173: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

173

Из помещения ангара имеется выход в «мокрую» гидрологическую лабораторию (30 м2), расположенную вдоль борта ближе к носу судна. Далее следует отсек для работы с изотопами (5,5 м2) и большое помещение (43 м2) для хранения, ремонта и переделки экспериментальных тралов.

В надстройке, под штурманской рубкой, находится центр обработки данных площадью 55 м2, где расположены терминалы погружаемой и гидроакустической аппаратуры. Кроме обычного набора океанологического и акустического оборудования, на судне имеется водолазная станция с заправкой баллонов под давление до 300 бар.

Другим хорошим примером переделки траулера под экспедиционное судно является НПС «Teleost».

Рис. 4.13. Вид НПС «Teleost» по левому (сверху) и по правому (снизу) борту

НИС «Teleost» (рис. 4.13) не только похоже на НПС «Jan Мауеп» внешне, но и имеет

близкую судьбу. Судно было также построено в 1988 году, причем на верфи Batbygg A/S, где оно закладывалось как фабрика-траулер в ряду однотипных судов для канадской рыболовной

Page 174: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

174

компании, первоначальное имя судна было «Atlantic Champion». В 1994 году траулер был перестроен на верфи Marystown Shipyard Ltd. (Newfoundland) в исследовательское судно для Министерства рыболовства и океанических исследований (DFO) и под именем «Teleost» был включен в состав исследовательского флота береговой охраны Канады (Canadian Coast Guard). Интересно, что новое имя судно получило в результате опроса более тысячи школьников, которым предложили выбрать из 20 тысяч научных терминов, связанных с жизнедеятельностью рыб.

Максимальная длина судна 63 м, ширина 14,2 м, осадка 7,2 м. Пропульсивный комплекс — дизель-редукторная установка Caterpillar 3606ТА мощностью 4000 л. с. с ВРШ, имеется носовое подруливающее устройство. Максимальная скорость 13,5 узлов, крейсерская скорость — 12 узлов. Автономность 12000 морских миль Число коечных мест — 32 (20 — экипаж и 12 — научные сотрудники).

В процессе модернизации на судне были проведены большие работы, в том числе, для снижения шумов, двигатели и основные механизмы были установлены на специальные шумоизолирующие основания. Установлено носовое подруливающее устройство. За счет ликвидации одного из трюмов, под траловой палубой, кроме рыбцеха, удалось разместить три лаборатории. Во-первых, это ихтиологическая «мокрая» лаборатория с позволяющей заходить внутрь морозильной камерой, двумя аквариумами с регулируемой температурой и тремя оборудованными рабочими местами с кольцевым конвейером для разбора образцов. Во-вторых, многофункциональная «сухая» лаборатория с двухметровой стойкой для встраиваемой аппарату ры.

И, наконец, лаборатория, предназначенная для биохимических и планктонных исследований. Она оборудована специальным лифтом грузоподъемностью 225 кг к океанографической лаборатории, расположенной на уровне траловой палубы, а также вытяжкой, отдельным хранилищем химических реактивов и проб, небольшим морозильником, столами из нержавеющей стали с мойкой и т. п.

На уровне траловой палубы, в центральной части по правому борту, расположена двухуровневая рабочая камера типа «Courtyard» с распашным лацпортом, лебедкой для СТД-зонда и телескопическим выстрелом. С камерой граничит океанографическая лаборатория, находящаяся ближе к корме. В носовой части размещается акустическая лаборатория с шахтой для выдвижного киля с гидроакустическими антеннами. В состав палубного оборудования входят по две гидравлические кабель-тросовые и тросовые лебедки для работ на станциях, а также одна буксирная.

Судно работает в канадской 200-мильной рыболовной зоне вдоль побережья Лабрадора и Ньюфаундленда и в Северо-Западном секторе Атлантики. Кроме оценки рыбопромысловых запасов, судно используется для экспериментов с различными видами тралов, а также для разработки новых поисковых методов с помощью акустики, подводного обитаемого аппарата SDL-1, буксируемых устройств и СТД-зондов.

Однако, несмотря на все достоинства вышеописанных НИС, на сегодняшний день они уже не отвечают ряду требований, предъявляемых судам такого класса, и в первую очередь, это касается уровня судовых шумов [ICES, 1995). Наиболее современным проектом в этом плане является НИС «Arni Fridriksson», который спроектирован исландской фирмой SkipaSyn и построен на чилийской верфи Asmar (Talcahuano) для Института морских исследований Исландии с целью замены устаревшего одноименного. Основные характеристики судна, устройство СЭУ, лаборатории-рыбцеха и другой, относящийся к этому судну материал, в качестве примеров, более подробно приведены в следующем разделе.

4.1.2. НИС нового поколения «Arni Fridriksson» НИС «Arni Fridriksson» (рис. 4.14) построено в 2000 году для Института морских

исследований Исландии (Marine Research Institute — MRI). MRI — центр научных исследований морских ресурсов Исландии и прилегающих акваторий, его штат порядка 150 человек, в том числе 100 научных сотрудников. У Института есть три научно-рыболовных судна. Основное поле деятельности — систематическая оценка морских запасов и

Page 175: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

175

консультативная роль в управлении рыболовством. Институт ежегодно публикует обширные отчеты по существующим запасам и оценивает перспективные величины квот на вылов, в том числе дает рекомендации Министру рыболовства по поводу каждого конкретного запаса. При этом MRI — активный участник работы ИКЕС и его совещательного комитета по управлению рыболовством.

Новое судно заменило устаревшее одноименное, названное в честь пионера в исландских рыболовных исследованиях и бывшего директора MRI. Хотя оно спроектировано исландской фирмой SkipaSyn, этому проекту присущи все характерные черты «норвежской школы» судостроения (рис. 4.14, 4.15), а к его постройке заказчик подошел весьма прагматично. Несмотря на наличие собственной развитой судостроительной промышленности, был объявлен международный тендер, причем за право постройки НИС боролись верфи Норвегии, Китая, Исландии, Франции, Испании и других стран. В результате, контракт на постройку судна был заключен с чилийской верфью Asmar (Talcahuano) за минимальную цену в 22,5 млн долл. США. В апреле 1999 года судно было спущено на воду, а в мае 2000 года уже пришло в Исландию.

Рис. 4.14. НИС «Arni Fridriksson» в открытом море

Следует отметить, что в отличие от всех других научно-рыболовных судов нового

поколения, финансирование которых шло из государственных средств, строительство этого судна финансировалось Федерацией исландских владельцев рыболовных судов (Federation of Icelandic Fishing Vessels Owners — LIU). Кроме того, само судно, по отечественной терминологии, правильнее было бы отнести к научно-промысловым судам, так как, кроме промышленного тралового вооружения и рыбцеха, судно имеет охлаждаемый трюм достаточно больших размеров — 140 м3. Траловая схема — «дубль» с использованием донных и пелагических тралов.

Page 176: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

176

Рис. 4.15. Вид НИС «Ami Fridriksson» по левому (сверху) и по правому (снизу) борту

Главные размерения судна представлены ниже. Длина наибольшая, м: ....................... 69,9 Длина между перпендикулярами, м: 60,0 Ширина наибольшая, м: .................... 14,0 Осадка, м: ........................................... 6,8 При проектировании судна, в соответствии с Рекомендациями ИКЕС, большое

внимание было уделено снижению уровня судовых шумов. Дизель-электрическая силовая установка состоит из 4 дизель-генераторов, которые

питают электромотор мощностью 3300 кВт, что позволяет при 150 об/мин развивать максимальную скорость хода 16 узлов. Крейсерская скорость — 13—14 узлов. Траловое усилие составляет 45 т на скорости 4 узла.

Высокую маневренность судна обеспечивают носовое и кормовое подруливающие устройства водометного типа. Экипаж составляет 33 человека, из них команда — 18 человек и 15 научных сотрудников. Автономность судна — 30 сут. Объем топливных танков и цистерн свежей воды составляет 420 и 59 м3 соответственно. Классификация судна, согласно Регистру Ллойда, LRS +100А1 Research Vessel + LMC Ice Class 1С.

Каждая дизель-электрическая установка состоит из дизельного двигателя Caterpillar 3512В мощностью 1080 кВт при 1200 об/мин и генератора AVK DSG 86М1-6 производительностью 1287 кВА. Оба агрегата с целью снижения уровня шумов смонтированы

Page 177: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

177

на общей «плавающей» антивибрационной платформе. Каждая установка снабжена системой автоматического контроля и защиты ABB Synpol-D с автоматическим пуском и выключением дизельных двигателей. Пульты управления этой системой располагаются на мостике, в ЦПУ и обоих каютах механиков.

Рис. 4.16. Вид траловой палубы со стороны слипа (слева) и со стороны мостика (справа)

Для охлаждения дизель-генераторов используется морская вода, которая подается в

систему с помощью двух насосов, производительность которых автоматически регулируется в зависимости от температуры воды на их выходе. Для питания бортовой судовой сети используются два вращающихся преобразователя частоты AVK-SEG 440/230 В 60/50 Гц производительностью 90 кВА каждый.

Гребной электродвигатель фирмы Alstom (бывшая Cegelec) мощностью 3300 кВт при 150/172 об/мин вращает винт постоянного шага диаметром 3,65 м, установленный внутри кольцевой насадки. Двигатель трехфазный синхронного типа с бифилярной обмоткой (со сдвигом на 30°). Гребной винт KaMeWa выполнен из Ni-Al-Br- сплава и имеет пять серповидных лопастей.

В качестве носового и кормового подруливающих устройств используются оди-наковые устройства водометного типа SCHOTTEL Pump-Jets SPJ-82T. В них установлены электродвигатели переменного тока мощностью по 400 кВт (440 В) с преобразователями частоты Microdrive IGBT. Управление подруливающими устройствами возможно из рулевой рубки, с обоих крыльев мостика и с кормового мостика. Направленность подруливающих устройств можно изменять в пределах 360°, и при этом каждое устройство может обеспечить ход до 5—7 узлов, что при остановке главного двигателя может служить для судна средством «возврата домой».

Практически все судовые лебедки поставлены испанской фирмой IBERCISA, и их большая часть имеет электрический привод. На судне установлены две главные траловые лебедки с тяговым усилием по 32 т (расположены под траловой палубой полевую и правую сторону рыбного бункера) и одна центральная на 37 т, которая расположена на траловой палубе по левому борту. Их двигатели постоянного тока ABB DMA приводятся в движение посредством тиристорных преобразователей ABB DCS.

Максимальное усилие при выборке составляет 44 т при скорости 58 м/мин на 1-м слое. В среднем слое максимальное усилие составляет 60 т при скорости 263 м/мин. Система ATW-CatchControl позволяет работать двумя тралами одновременно. При этом лебедки правого и левого бортов работают с одним и тем же крутящим моментом. Натяжение тросов и их длина определяются по потребляемому лебедками току и скорости их вращения. Эти данные используются для регулировки крутящего момента с целью поддержания постоянного натяжения в тросах правого и левого бортов. С их длинами согласовывается и длина среднего троса. Главный пульт управления этой системы с ручными и автоматическими средствами

Page 178: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

178

управления расположен на кормовом мостике, а в рулевой рубке имеется монитор контроля этой системы.

Большой набор других лебедок (порядка 20) с нагрузкой от 2,5 до 15,3 т позволяет работать практически с любыми тралами. Все далее рассматриваемые электрические лебедки оборудованы двигателями переменного тока UWE ZOLLER с преобразователями частоты UN1DRIVE IGBT, имеют местное и дистанционное управление. На траловой палубе (рис. 4.16) расположены два сетных барабана — на 11 т (0—38 м/мин, с раздельным приводом) и на 9 т (0—35 м/мин).

К рыболовному оснащению также относятся четыре лебедки Sweepline на 11 т (0—46 м/мин), две джильсон-лебедки на 15 т (0—30 м/мин), две лебедки для оттяжек на 4 т (0—50 м/мин) и лебедка для кутка трала на 6 т (0—20 м/мин).

Кроме того, имеется брашпиль на 6 т (0—10 м/мин) и два шпиля на 4 т (0—20 м/мин). В число судовых лебедок входят также и относительно маломощные гидравлические: четыре строповые на 2 т (0—45 м/мин), две носовые вспомогательные на 2,5 т (0—30 м/мин) и одна для тралового зонда на 6 т (0—36 м/мин). На шлюпочной палубе по правому борту установлены два гидравлических телескопических складных крана с предельной грузоподъемностью на 3,7 т и 2,25 т при максимальной длине вылета 19 и 16 м соответственно (см. рис. 4.8, б).

Под траловой палубой расположен научно-технологический комплекс, связанный с обработкой траловых уловов и рыбной продукции. В рыбцехе, площадью 170 м2, установлено научное и технологическое оборудование, в том числе весоизмерительная линия фирмы Marell, разделочный агрегат Baader 429, два плиточных морозильных аппарата производительностью по 10 т/сут и льдогенератор (5 т/сут) фирмы Sabroe, а также морозильная камера объемом 15 м3.

К рыбцеху примыкает блок технологических и ихтиологических лабораторий из четырех помещений общей площадью около 115 м2, расположенных вдоль правого борта. Палубой ниже расположен трюм объемом 140 м3. Температура в морозильной камере и трюме регулируется в пределах от 0 до —30 °С.

Размещение лабораторий и научного палубного оборудования (кроме перечисленного выше промыслового и грузового спуско-подъемного оборудования, на судне имеется ряд лебедок для научных целей) отличается хорошей проектной проработкой [FNI, 20006). На судне имеется десять лабораторий различного назначения, расположенных на уровнях траловой и шлюпочной палуб. Кроме того, на траловой палубе по левому борту предусмотрены место крепления и точки подключения коммуникаций для одной 20-футовой контейнерной лаборатории. При отсутствии в рейсе траловых работ возможно размещение рядом с ней еще одного контейнера. Все лаборатории и другие помещения, связанные с забортными работами на станциях, расположены в средней части судна последовательно вдоль правого борта на уровне траловой палубы.

Интересное архитектурно-конструктивное решение применено для работ с зондирующей аппаратурой (см. раздел 3.7) В центре правого борта надстройки выгорожена двухуровневая камера типа «CourtYard» с общим вертикальным лацпортом (рис. 4.17). Ее нижняя секция, палуба которой расположена на уровне траловой, играет двойную роль — при закрытом лацпорте здесь хранится СТД-зонд с кассетой батометров, а в открытом состоянии она используется для забортных работ в качестве рабочей площадки размером 3,5x4,5 м2. Таким образом, камера типа «CourtYard» позволяет облегчить условия отбора батометрических проб и обслуживания спуско-подъемных устройств при низких температурах.

Для работы с погружаемым оборудованием, в верхней секции камеры, палубой выше, установлены кабель-тросовая лебедка для СТД-зондов на 2 т (0—121 м/мин) и гидрографическая лебедка на 1 т (0—105 м/мин). Следует отметить, что практически все научные лебедки на судне оборудованы измерителями длины вытравленного троса, скорости спуска и индикаторами текущих значений этих величин непосредственно на пульте

Page 179: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

179

управления, а также в иных местах — в данном слу чае дополнительный индикатор размещен на посту управления СТД-аппаратуры. Для вывода оборудования за борт используются два спуско-подъемных устройствами фирмы Palfinger на основе телескопического выстрела, выдвигаемого наружу перпендикулярно борту судна (см. рис. 3.77).

Рис. 4.17. Вид нижнего уровня камеры «CourtYard» (лацпорт в открытом состоянии), справа — рабочее место

лебедчика (сверху) и стойка с батометрами (снизу) Далее к носу судна, за камерой, вдоль борта судна следуют пост управления СТД-

комплексом и спуско-подъемными операциями, кладовая погружаемого оборудования и солемерная. По другую сторону камеры, в сторону кормы располагаются гидрохимическая и планктонно-бентосная лаборатории, причем последняя имеет выход на траловую палубу, где у борта находится рабочая площадка для планктонных работ (рис. 4.18). Весь этот научный блок лабораторий занимает примерно 100 м2.

Рис. 4.18. Вид на место для работ с планктонными сетями, справа, в глубине — планктонно бентосная

лаборатория, над ней установлена планктонная лебедка

Page 180: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

180

Для отбора планктонных проб и других работ по правому борту на шлюпочной палубе у кормового среза надстройки установлена двухбарабанная лебедка для лова зоопланктона горизонтальными или вертикальными сетями на 2 т (0—115 м/мин) и 1,3 т (0—175 м/мин). На корме имеется кабель-тросовая лебедка для буксировки на 2 т (0—124 м/мин) с дополнительным индикатором, установленным на кормовом мостике. К научным лебедкам также можно отнести многоцелевую лебедку на корме на 5 т (0—100 м/мин) и лебедку на 8 т (0—10 м/мин) с автоматической остановкой, предназначенную для подъема выдвигаемого на 3,5 м ниже днища судна киля с гидроакустическими преобразователями и установленную в шахте рядом с акустической лабораторией.

Рис. 4.19. Вид на рабочие места в акустической лаборатории (а) и на кабину с наблюдательным пунктом на мачте (б)

Сама акустическая лаборатория размещается в надстройке по левому борту на уровне

шлюпочной палубы под штурманской рубкой (рис. 4.19, а). В число установленного в лаборатории и в рулевой рубке оборудования входят научный эхолот Simrad ЕК500 (18, 38 и 120 кгц), многолучевой эхолот Simrad ЕМ 300 и эхолот Elac LAZ-4420. Также имеются высокочастотный гидролокатор Kaijo Denki KCS— 2882 и низкочастотный гидролокатор Kaijo Denki KCS-228Z. Кроме того, судно оборудовано кабельной системой контроля параметров трала Simrad FS20/25, бескабельной системой контроля параметров трала Scanmar и акустическим доплеров- ским измерителем течений RDI (75 кгц).

Из навигационного оборудования на судне имеются радиолокаторы фирмы Furuno — FR2115 (Х-диапазона) и Far-2835S (S-диапазона), два приемника спутниковой дифференциальной навигационной системы Trimble NT200D DGPS, интегрированная навигационная система MaxSea, авторулевой Anschutz Pilostar D, гирокомпас Anschutz Std. 20, магнитный компас Anschutz Reflecta I и электромагнитный лаг С Plath Naviknoth III.

Над рулевой рубкой установлена мачта башенной конструкции, в верхней части которой расположена кабина с наблюдательным пунктом (см. рис. 4.19, б), а выше — шаровой обтекатель для антенн радиолокаторов, аппаратуры спутниковой связи и т. п. Такая конструкция мачты, кроме возможности визуального наблюдения за водной поверхностью, позволяет обслуживать антенны в любую погоду, так как трап наверх находится внутри башни.

Экипаж судна размещается в 25 одноместных и четырех двухместных каютах. Все каюты оборудованы санузлом с душем. Однако вследствие размещения основного числа кают на нижней палубе (ниже палубы рыбцеха) в них отсутствуют иллюминаторы, что, с нашей точки зрения, снижает общий уровень комфортности. Продольный разрез и планы палуб судна представлены на рис. 4.20.

Page 181: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

181

Рнс. 4.20. Продольный разрез и планы палуб НИС «Ami Fridriksson»

Page 182: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

182

4.1.3. НИС нового поколения «Scotia» НИС «Scotia» (рис. 4.21) построено для Департамента сельского хозяйства и ры-

боловства Министерства по делам Шотландии по проекту фирмы Skipsteknisk A/S на британской верфи Ferguson Shipbuilders Ltd. в Глазго [FNI, 19986] и обошлось в 33,5 млн долл. Хотя спуск на воду был произведен в июле 1997 года, официальное название судну дала Ее Величество 97-летняя Королева-Мать Элизабет уже 21 мая 1998 года при церемонии крещения в Абердинской гавани. Это новое судно стало четвертым в ряду одноименных исследовательских судов Шотландии, начиная с 1885 года. В настоящее время НИС «Scotia» принадлежит Службе рыболовных исследований Департамента окружающей среды и сельского хозяйства Шотландии (Fisheries Research Services — FRS), приписано к порту Лейт и управляется агенти- рующей фирмой Marr Ltd.

Рис. 4.21. НИС «Scotia» в открытом море НИС предназначено для оценки рыбных ресурсов и экологического контроля в

Северном море и североатлантических водах. Его исследовательские возможности заключаются в пелагическом и придонном тралениях, отборе планктонных и водных проб, постановке буев, буксировке исследовательской аппаратуры и тралово-акустической съемке. Морская лаборатория FRS, базирующаяся в Абердине, использует судно порядка 290 дней в году, главным образом на акватории от Фарерских островов до Бискайского залива, где оно работает на запасах макрели на глубинах до 1500 м. Около 60% времени НИС занимается оценкой запасов, результаты которых регулярно передаются ИКЕС.

Проект судна разрабатывался при участии группы ученых-энтузиастов Морской лаборатории FRS под руководством д-ра Джона Моррисона (John Morrison) с использованием конструктивных решений, примененных в проектах других НИС и хорошо себя проявивших в процессе эксплуатации. Например, использованы контейнерные лаборатории, размещенные в корпусе судна, что впервые было применено в конструкции НИС «Pelagia» (Нидерланды).

Обводы корпуса (рис. 4.21, 4.22), подобные примененным на НИС «Тапдагоа» (Новая Зеландия), повышают мореходные качества и позволяют вести траление при плохой погоде. Выдвижной киль для акустических антенн аналогичен впервые примененному на НИС «Jan

Page 183: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

183

Мауеп» (Норвегия). Судно снабжено пассивным U-образным балластным успокоителем качки фирмы Intering Products.

Важный аспект проекта — минимизация судовых шумов в соответствии с Рекомендациями ИКЕС. Шумовые характеристики судна, измеренные на гидроакустическом полигоне в устье Клайда после завершения строительства, оказались в пределах заявленных заказчиком требований практически во всем диапазоне частот (см. рис. 2.5, а).

Ниже приведены главные размерения НИС «Scotia»: Длина наибольшая, м: ....................... 68,6 Длина между перпендикулярами, м: 60,6 Ширина наибольшая, м: .................... 15,0 Осадка, м: ........................................... 5,6

Рис. 4.22. Вид НИС «Scotia» по левому (сверху) и по правому (снизу) борту Экипаж судна — 17 человек, число научных сотрудников — до 12 человек.

Автономность — 30 суток. Классификация по Регистру Ллойда — LRS + 100А1 Ice Class ID, +LMC, +UMS, +SCM «Fishery Research Vessel». Главная энергетическая установка — дизель-электрическая. Три дизель-генератора питают два электромотора постоянного тока, установленных тандемом на одном валу с 5-лопастным гребным винтом постоянного шага.

В создании энергетической и ходовой частей судна основное участие приняла британская фирма Ansaldo Hill Graham (AHG), входящая в состав транснациональной компании ASI Robicon — Industrial Power Control. При этом следует отметить, что в настоящее время английские активы этих компаний принадлежат британскому отделению корпорации Siemens Automation & Drives, но сфера деятельности осталась прежней.

Page 184: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

184

Фирма AHG приняла активное участие в проекте, причем еще на его концептуальной стадии, давая рекомендации заказчикам судна, особенно в части выбора типа и проектировании главной энергетической установки, которая должна обеспечить необходимую эксплуатационную гибкость в сочетании с высокими требованиями к шумовым характеристикам. Сюда также входили различного рода испытания в опытовом бассейне, расчеты конструкций, выбор типа и поставщиков оборудования и т. п. Важные конструктивные решения были приняты в тесном сотрудничестве с итальянской фирмой Ansaldo Sistemi Industrial (EMR), также входящей в состав компании ASI Robicon и изготовившей на своих заводах тяжелого машиностроения в Триесте следующее оборудование:

- три комплекта генераторов переменного тока Ansaldo GSCR630X8 (660 В, 50 Гц, 3 фазы) производительностью 1750 кВА для реализации дизель-генераторных агрегатов на основе дизелей Wartzila 9L20 мощностью 1485 кВт при 1000 об/мин.;

- два комплекта гребных электродвигателей постоянного тока Ansaldo DH900DC мощностью по 1500 кВт со скоростью вращения от 0 до 180 об/мин, объединенных в тандем и собранных на общей платформе;

- электродвигатель постоянного тока мощностью 720 кВт со скоростью вращения от 0 до 566 об/мин для носового всенаправленного выдвижного подруливаю-щего устройства Elliot 40T3S 1300 мм;

- электродвигатель переменного тока мощностью 380 кВт для кормового тун-нельного подруливающего устройства Brunvoll 1375 мм.

Кроме руководства проектом, фирма AHG на своем заводе в High Wycombe изготовила, в соответствии с требованиями Регистра Ллойда, полный комплект электросилового оборудования. Сюда вошли все распределительные щиты (главный, вспомогательный, аварийный и объединенный пусковой), приводы управления скоростью вращения гребной установки и электродвигателей подруливающих устройств, а также пульты ЦПУ и рулевой рубки.

Кроме того, фирма AHG организовала поставку и интеграцию в общий проект оборудования ряда третьих фирм. Это аварийный и портовый дизель-генераторы Cummins мощностью по 81 кВт (позже заменен на 315 кВт) и 258 кВт, два «чистых» генераторных агрегата Hitzinger производительностью по 30 кВА со средствами автоматического управления. Специально, в соответствии с требованиями AHG, фирмой Transmag (UK) Ltd. были изготовлены силовые и распределительные трансформаторы.

Интегрированная система управления мощностью имеет высокий уровень ав-томатизации. В систему входят стандартные (фирмы AHG) средства управления дизель-генераторами и тиристорная система ограничения мощности, которые позволяют обеспечить дополнительные возможности в работе двигателей — автоматические пуск и остановку генераторов, предотвращение перегрузки электромоторов при включении и т. д. с минимумом вмешательства оператора.

Управление судном ведется из рулевой рубки, где расположенный на панели управления сферический джойстик позволяет поворачивать высокоподнятый руль (Ulstein Tennfjord) площадью 8,9 м2 с активной створкой пера в обе стороны на 45 °С помощью электрогидравлического привода. При этом рулевое устройство включено в единую систему с носовым и кормовым подруливающими устройствами, а также с гребным двигателем посредством системы динамического позиционирования, которая корректируется по данным спутниковой системы DGPS, что обеспечивает высокие маневренные качества судна.

Одна из важнейших задач для НИС «Scotia» — это акустические съемки пе-лагических запасов рыбных ресурсов. Для этого необходим низкий уровень подводных шумов, в связи с чем схема управления электродвигателей гребной установки на этом судне имеет некоторую особенность. Обычно оба электродвигателя работают совместно, причем каждый имеет 12 полюсов и управляется с помощью тиристорной (SCR) схемы. Однако в

Page 185: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

185

данной установке смещение фазы у одного двигателя по отношению к другому вызывает эффект, подобный работе одного общего двигателя с 24 «псевдополюсами», и в результате этого значительно снижается уровень шумов.

Особое внимание уделено звукоизоляции главной энергетической установки и других судовых машин. Применено множество других конструктивных решений для уменьшения шумового излучения судна во избежание эффекта распугивания косяков рыбы и повышения эффективности использования гидроакустической аппаратуры. Например, практически все судовые механизмы и служебные трубопроводы имеют специальные амортизаторы и гибкие сочленения в креплениях для снижения вибраций. Машинное отделение и отсек гребных электродвигателей имеют звукоизолирующее покрытие на переборках и палубах.

Аварийный и портовый дизель-генераторы расположены в отдельном звуко-изолированном отсеке на шлюпочной палубе. Все системы гидравлики работают под низким давлением с трубопроводами большого диаметра и поворотами с большим радиусом. Конструкция 5-лопастного гребного винта постоянного шага диаметром 3,6 м из Ni-Al-Br-сплава (acbLIPS/3600/FP/5-bladed) спроектирована таким образом, чтобы обеспечить бесшумное движение судна со скоростью до 11 узлов в соответствии с Рекомендациями ИКЕС.

Движение судна на скорости 11 узлов при акустической съемке может обеспечить один дизель-генератор. Экономическую скорость в 13 узлов на переходах обе- спечиваютуже два дизель-генератора, но при тралении большим разноглубинным тралом на скорости 5 узлов с усилием 30 т требуется мощность всех трех генераторов.

Для траловых работ НИС «Scotia» имеет слип на корме и набор гидравлических лебедок фирмы Ulsten Brattvaag. По обе стороны слипа, под главной траловой палубой, расположены траловые лебедки типа D2M300 с максимальным усилием 34 т; их барабаны вмещают 3500 м троса диаметром 28 мм. На траловой и шлюпочной палубах расположены две сетные лебедки типа Net 2М4185 со средней тягой 24 т и с разъемными барабанами вместимостью по 10 м3 со съемными составными фланцами.

Дополнительно для сетей имеется лебедка Net М2202 с тягой 5,7 т и емкостью 8 м3, которая расположена в ремонтном отсеке под траловой палубой. Для подъема кутка трала используются две лебедки Джильсона DMM 14185, каждая со средней тягой 13 т и емкостью 200 м троса диаметром 28 мм. Кроме того, на шлюпочной палубе установлена лебедка (10 т, 3000 м троса диаметром 16 мм) для работы с большими ихтиопланктонными тройными сетями Мето [Methot, 1986].

Для работы с этими лебедками, имеющими гидравлический привод, используется автоматическая система управления Ulstein synchro 2020. Три набора траловых досок могут вывешиваться на кормовых углах, что позволяет быстро изменить режим траления между пелагическим и глубоководным с помощью небольших вспомогательных лебедок. Траловая палуба полностью видна со стороны кормового остекления рулевой рубки и кабины управления лебедками. Система с датчиками характеристик нагрузки сети и положения трала за кормой обеспечивает режимы автоматического траления.

Кроме упомянутых лебедок, на судне имеются гидравлические лебедки, пред-назначенные для работы с научным оборудованием (тоже фирмы Ulsten Brattvaag). В кормовой части судна расположена лебедка для буксировки (6 т), шланговая лебедка (4 т, 700 м армированного шланга с кабелем диаметром 29,5 мм), две лебедки для траловых зондов (5,6 т, 4700 м кабель-троса диаметром 11 мм) и планктонная лебедка-кран (10 т, 3000 м троса диаметром 16 мм). По правому борту имеются две гидрографические лебедки (4 т, 2500 м троса диаметром 6 мм и 8 мм) и лебедка для зондирующей аппаратуры (6 т, 5000 м кабель-троса диаметром 8,1 мм).

Для траловых и научных спуско-подъемных операций на судне имеется ряд телескопических и складывающихся кранов фирмы Aukra. На корме установлены краны грузоподъемностью Юте удлинением до 8 м (для планктонных сетей) и на 4 т с удлинением до 11,6 м (для подъема кутка трала и буксируемых устройств). На правом борту имеется кран для

Page 186: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

186

зондирующего оборудования на 5 т с удлинением до 9,9 м. Все эти краны оборудованы специальными захватами во избежание повреждения оборудования на сильной волне.

Кроме того, на судне имеется еще два грузовых крана. В средней части судна по правому борту располагается кран (на Юте удлинением до 6 м) для погрузки контейнерных лабораторий. На баке расположен кран для загрузки провизии (на 2 т с удлинением до 10 м).

Специально для работ с телеуправляемыми подводными аппаратами и буксируемой аппаратурой, а также для постановки буйковых станций судно оборудовано специальной платформой, которая посредством гидравлического привода может закрывать слип, в результате чего траловая палуба как бы продолжается до кормового среза (рис. 4.23). Для этих же работ на кормовом мостике по правому борту установлено специальное спуско-подъемное устройство — Z-рама на 6 т, заваливающаяся на 90° за корму (см. раздел 3.6).

По правому борту, на уровне траловой палубы, расположен центр забортных работ типа «Open Yard». Его ядром является ангар площадью 35 м2 с выдвигающимся гидравлическим выстрелом для вывода СТД-зонда, кассеты батометров, подводных аппаратов (ROV, AUV) и других погружных устройств, хранящихся в ангаре. На конце выстрела имеются специальный захват для надежной фиксации всех этих устройств в условиях сильного волнения (рис. 4.24, а ) . Вдоль внешней стороны борта закреплен длинный вал-ролик, чтобы опущенный трос не терся о борт при погружении или подъеме аппаратуры (рис 4.24, б).

Рис. 4.23. Вид на траловую палубу НИС «Scotia» с берега (слева) и с мостика (справа)

Рис. 4.24. Специальный захват (а) с автономным подводным аппаратом AutoSub-l (AUV) [FNI, 2000а) и вал-

ролик вдоль борта в районе рабочей площадки (б)

Page 187: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

187

На судне имеются всего две стационарно оборудованных лаборатории — их-тиологическая и отбора проб морской воды.

Ихтиологическая («мокрая») лаборатория располагается на траловой палубе по левому борту и своей оконечностью примыкает к рыбоприемному бункеру у левого кормового мостика. Оттуда посредством транспортера из нержавеющей стали образцы из улова подаются в лабораторию и далее к столам разделки и сортировки. Бункер с транспортером оборудован взвешивающей системой с компенсацией бортовой качки.

Сама лаборатория, общей площадью порядка 90 м2, включает охлаждаемую камеру объемом 20 м3, разделочные столы и транспортер отходов. Палуба покрыта нескользящим материалом. В носовой части этой лаборатории оборудовано два места для работы с микроскопами и компьютерами. Там же на подвесных дисплеях отображается информация с внешних телевизионных мониторов, а также текущая навигационная информация.

Лаборатория отбора проб морской воды располагается на нижней палубе. Она оборудована проточным термосалинографом, подключенным к нетоксичной судовой системе забора и прокачки забортной воды. Кроме того, из стационарных на судне имеется 2 помещения офисного плана, общей площадью около 25 м2, которые расположены под ходовым мостиком в кормовой части надстройки. Остальные же лаборатории имеют контейнерно-модульную конструкцию. Использование контейнерных лабораторий внутри корпуса — одна из интересных особенностей НИС «Scotia». Лаборатории оборудуются на береговой базе для определенных задач (акустика, анализ планктона, гидрография, химический анализ, и т.д.), и их компьютеризированная аппаратура также предварительно те-стируется на берегу. В результате они полностью готовы к работе сразу после их установки на борту судна. Такое решение значительно упрощает и ускоряет переоборудование судна между экспедициями, а также позволяет наилучшим образом использовать судовое пространство, облегчая и удешевляя модернизацию НИС в дальнейшем.

Контейнеры загружаются судовым краном через специальный люк на шлюпочной палубе по правому борту и устанавливаются внутри корпуса судна с помощью специального внутреннего портального крана грузоподъемностью в 10 т (4 тельферных тележки по 2,5 т) фирмы Buitendijk SHF. При этом установка контейнерных лабораторий внутри судна автоматически координируется специальной системой определения их местонахождения.

В надстройке на уровне траловой палубы предусмотрено размещение четырех 20-футовых (10 т) контейнеров для мокрых и сухих лабораторий с автономными кондиционерами и подводкой коммуникаций. Палубой ниже может быть установлен еще один такой контейнер, а также четыре 10-футовых (5 т) контейнера, в том числе две охлаждаемые камеры. Таким образом, всего свободное пространство судовых палуб на двух уровнях внутри судна позволяет разместить пять контейнеров площадью 6 х 2,5 м и четыре площадью 3 х 2,5 м.

Практически все акустическое оборудование поставлено фирмой Simrad. В первую очередь, это эхолоты:научный ЕК500 (38, 120 и 200 кгц); рыбопоисковый ES60 (50/200 кгц); гидрографический глубоководный ЕА500 (18 кгц); многолучевой ЕМ950 (95 кгц).

Также имеется широкий выбор гидролокаторов — высокочастотный перестра-иваемый SH80 (115—122 кгц), низкочастотный SR240 (24 кгц) и многолучевой про-филирующий SM2000P (200 кгц). Кроме того, НИС оборудовано траловой системой ITI с акустическими зондами FS903 и акустической системой позиционирования HIPAP. Кроме оборудования фирмы Simrad, на судне есть система контроля параметров трала фирмы Scanmar и доплеровский профилирующий измеритель течений RDI (150 кгц).

Места для работы с научной акустической аппаратурой располагаются в контейнерной акустической лаборатории, которая оборудована фирмой Vertec Engineering и устанавливается в помещении контейнеров на главной палубе. В этой лаборатории, кроме научной акустической аппаратуры, также смонтированы дублирующие дисплеи акустического оборудования, установленного в рулевой рубке.

Специально для размещения акустических антенн на судне установлена система с выдвижным килем, который опускается из днища судна на 3 м, чтобы минимизировать

Page 188: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

188

влияние верхнего вспененного слоя воды на акустические сигналы в ветреную погоду. В нижней части киля смонтированы акустические антенны ЕК500, ES60, RDI и Scanmar. При поднятом киле эти антенны могут обслуживаться без необходимости постановки судна в сухой док. Антенны другой акустической аппаратуры установлены на донной части корпуса судна.

В комплекте навигационного оборудования, установленного в рулевой рубке, основное место занимает аппаратура фирмы Furuno, куда входят радиолокаторы Far-2835S ARPA (S-диапазона) и FR2110/6.5 (Х-диапазона), навигационный эхолот FE680 и доплеровский лаг CI —35 для измерения скорости течения и скорости хода. Также в число навигационного оборудования входят приемники навигационной системы Decca Navigator (Racal Marine Mk53) и системы Loran С (Raytheon Nav 398), приемники спутниковой дифференциальной навигационной системы DGPS (Sercel NR58 и NR230), навигационный прокладчик курса с электронными картами Microplot и система динамического позиционирования Simrad SDP-01. Из стандартного оборудования можно упомянуть авторулевой Robertson Autopilot, гирокомпас Robertson RGC11 с репиторами (2 компл.) и магнитный компас Lilley & Gilley Sestreline MLX (Class A).

На судне имеется разветвленная локальная компьютерная оптоволоконная сеть с выходами в штурманскую и рулевую рубки, а также во все лаборатории и каюты научных сотрудников. В эту сеть поступают сведения о собранных научных данных и навигационная информация: текущие координаты, скорость судна глубина дна, глубина и положения трала и многие другие данные.

Создание НИС «Scotia» — значительное событие как в промысловой науке, так и в судостроении, положившее начало новому поколению научно-рыболовных судов. Непрерывное взаимодействие между научной группой управления разработкой судна, проектировщиками и верфью в течение осуществления всего проекта позволило достичь желаемого результата: судно полностью отвечает всем требованиям ученых, которые будут его эксплуатировать в течение многих последующих лет. Опыт его постройки и эксплуатации повлиял на проекты многих последующих научно-исследовательских судов. На рис. 4.25 представлены продольный разрез и планы палуб НИС «Scotia».

4.1.4. НИС нового поколения «Celtic Explorer»

Успешные результаты первых рейсов НИС «Scotia» позволили фирме Skipsteknisk A/S взять этот проект за основу при создании НИС «Celtic Explorer» (рис. 4.26), которое построено на верфи Damen Shipyard в Голландии для Национального морского института Ирландии (FNI, 2000в; FNI, 2001а).

19 декабря 2000 году в Дублине был подписан контракт на 23 млн ирландских фунтов (35,5 млн. долл. США) с голландской компанией Damen Shipyards Gorinchem, в марте 2001 года были готовы строительные чертежи, а 6 июля того же года на верфи Damen Shipyard Galatz в Румынии (Галац) было заложено новое судно.

Одновременно со строительством корпуса судна шло изготовление гребных электродвигателей на заводе в Испании, которое завершилось в ноябре 2001 года стендовыми испытаниями и оценкой уровня их шума. В апреле 2002 года были закончены все основные корпусные работы и в мае судно было спущено на воду. С июля по октябрь 2002 года во Флиссингене, Голландия (Vlissingen yard of Royal Schelde), шла достройка судна, а также установка судового и научного оборудования, отделка помещений и другие работы.

В ноябре проведены ходовые испытания, после чего в Норвегии были измерены шумовые характеристики на соответствие Рекомендациям ИКЕС. Затем судно было передано заказчику и 30 декабря 2002 года пришло в порт приписки Голуэй для дооснащения электронным оборудованием, стоимость которого составила примерно 2,2 млн. долл. Торжественное «крещение» судна и официальный ввод его в строй состоялось 11 апреля 2003 года.

Page 189: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

189

Рис. 4.25. Продольный разрез и планы палуб НИС «Scotia»

Page 190: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

190

Рис. 4.26. НИС «Celtic Explorer» в открытом море

НИС «Celtic Explorer» предназначено для проведения не только рыболовных, но и

экологических, геологических и гидрографических исследований. Это судно на то время являлось первым в мире НИС, отвечающим Рекомендациям ИКЕС в полном объеме без каких-либо ограничений (см. рис. 2.5, б). НИС «Celtic Explorer» имеет следующие размерения:

Длина наибольшая, м: ........................ 65,5 Длина между перпендикулярами, м: . 58,2 Ширина наибольшая, м: .................... 15,0 Осадка, м: ............................................ 5,7 Конструкция корпуса судна, набор палубного оборудования и гидроакустическая

аппаратура с выдвижным килем использованы практически без изменений из проекта НИС «Scotia». В четырехпалубной конструкции судна следует отметить сильно развитый бак переходящий в надстройку (рис. 4.26, 4.27). Для арктических походов нос корабля усилен промежуточным каркасом и дополнительной металлической обшивкой. Вместо слипа на кормовом срезе установлен рол диаметром 600 мм. Кроме того, по сравнению с НИС «Scotia» все лаборатории выполнены стационарными, в связи с чем значительно расширена их площадь, а также увеличена численность научной группы.

На новом судне с комфортом может расположиться 31 человек: 12—15 членов экипажа и 16—19 научных сотрудников в 9 одноместных и 5 двухместных каютах со встроенными санузлами. В соответствии с Регистром Ллойда судно классифицируется как LRS + 100А1 Ice Class ID + LMC + UMS +SCM Multipurpose Research Vessel, Occasional Oil Recovery Capability.

Энергетический комплекс и гребной привод разработала и поставила голландская компания Bakker Sliedrecht. Все силовое электрооборудование: генераторы, электродвигатели (гребные и для подруливающих устройств), трансформаторы — изготовлено испанской фирмой INDAR.

Page 191: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

191

Рис. 4.27. Вид НИС «Celtic Explorer» по левому (сверху) и по правому (снизу) борту

Судовая электростанция состоит их трех дизель-генераторов: два из них выполнены

на основе дизельных двигателей Wartsila 9L20 (1530 кВт при 1000 об/мин) и один — на основе Wartsila 6L20 (1020 кВт при 1000 об/мин). Они работают совместно с генераторами (рис. 4.28, а): двумя на 1,875 кВА и одним на 1,250 кВА соответственно и вырабатывают напряжение 690 В, 50 Гц. Два трансформатора мощностью по 650 кВт преобразуют это напряжение в 400 и 230 В.

Симметричная схема включения генераторов, использование сдвоенных пе-реключателей на распределительных щитах и предохранительный режим ограничения мощности обеспечивают резервирование в любых режимах, вплоть до отказа одной из установок. Аварийный дизель-генератор выполнен на основе дизеля Caterpillar 3306 мощностью 125 кВт и генератора производительностью 155 кВА. Все дизель-генераторы смонтированы на платформах с двойной амортизацией и располагаются на нижней палубе судна в звукоизолированных отсеках с водонепроницаемыми переборками.

Page 192: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

192

Рис. 4.28. Генератор (а) и гребной электродвигатель (б) на заводских испытаниях

Два гребных электродвигателя (см. рис. 4.28, б) постоянного тока (750 В) мощностью

по 1500 кВт каждый при 215 об/мин установлены тандемом и вращают 5-лопастный винт фиксированного шага диаметром 3,6 м фирмы Wartsila/Lips. Хотя двигатели постоянного тока и являются наиболее малошумными, они не свободны от шумов, связанных со спецификой электромагнитного возбуждения. Были предприняты специальные меры по ограничению шума, вызванного обдувом в щелях двигателя с помощью компьютерного расчета методом конечных элементов (FEM).

Особое внимание было обращено на размещение воздушно-водяных теплооб-менников системы охлаждения, размещенных наверху двигателей. Также с целью снижения шумов в электродвигателях использована псевдо24-полюсная система с бифилярными обмотками.

В подруливающих устройствах используются короткозамкнутые электродвигатели мощностью 720 кВт (носовое) и 400 кВт (кормовое). Носовое всенаправленное устройство Elliot Gill водометного типа развивает тягу до 6,2 т. Кормовое устройство Lips туннельного типа с винтом регулируемого шага расположено ниже и поперек гребного вала, оно развивает тягу до 5,5 т. Высокоподнятый руль ледового класса управляется электрогидравлической системой с помощью двух гидравлических насосов. Все подруливающие устройства могут управляться от четырех различных постов, расположенных в рулевой рубке, на ее крыльях, а также на кормовом мостике. Управление является переменно-пропорциональным, при этом учитывается движение судна при работе гребных двигателей на любой скорости.

Судно оборудовано полуактивными успокоителями качки. Две цистерны рас-положены по обе стороны средней части машинного отделения. В передней части находятся сообщающиеся резервуары. Эта объединенная система успокоителей качки управляется компьютерной системой, которая показывает таблицы вместимости цистерн, гидростатические интерполяционные кривые остойчивости, максимальный допустимый крен и т. п.

На судне установлено в общей сложности 11 лебедок, все они с гидравлическим приводом и изготовлены фирмой Rapp Hydema AS. Под траловой палубой расположены две 35-тонные раздельные траловые лебедки, имеющие вместимость 3500 м троса диаметром 26 мм и максимальную тягу 30 т при скорости выборки 78 м/мин. Две 13-тонные (200 м) джильсон-лебедки (рис 4.29, а) расположены на уровне палубы мостика.

Имеются три сетных барабана по 10 м3 с лебедками: глубоководная на 45 т на траловой палубе и две пелагические (рис 4.29, б) по 17 т палубой выше с системой управления натяжением. Промысловыми операциями пелагического и донного траления можно управлять с мостка и из кормовой кабины управления с помощью системы «auto-trawl», где собираются

Page 193: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

193

данные отдатчиков, установленных на лебедках. Вся эта информация также поступает в судовую компьютерную сеть.

Рис. 4.29. Джильсон-лебедки (а) и пелагические лебедки с сетными барабанами (б)

На кормовом мостике по левому борту расположены небольшая П-рама с 6-тон- ной

лебедкой для траловых зондов со скоростью выборки до 100 м/мин (3200 м троса диаметром 11 мм). По правому борту на уровне палубы полубака расположена 6-тонная кабель-тросовая лебедка для СТД-комплексов (6000 м кабель-троса диаметром 8,1 мм) со скоростью выборки до 132 м/мин и 4-тонная гидрографическая лебедка (2000 м троса диаметром 6 мм).

На шлюпочной палубе для работы по правому борту имеется 5-тонная лебедка (2500 м троса диаметром 8 мм), а для работы с кормы — 20-тонная лебедка (1500 м троса диаметром 18 мм). Для подъема выдвижного киля используется лебедка на 6 т, которая, в отличие от всех остальных, имеет электрический привод.

Рис. 4.30. Комплекс кормовых спуско-подъемных устройств на НИС «Celtic Explorer»

Для траловых и исследовательских работ судно оборудовано комплексом спуско-

подъемных устройств (рис. 4.30), позволяющих свободно работать на траловой палубе площадью порядка 165 м2. Заваливающийся кормовой портал имеет грузоподъемность в 25 т с максимальной высотой в 9,5 м и возможностью наклона с выносом в обе стороны до 4 м. На

Page 194: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

194

правом кормовом мостике установлен складывающийся кран-манипулятор на 8 т при удлинении до 15 м. Он применяется для поднятия кутка трала, а также для погрузки 10-тонных контейнеров — его максимальная грузоподъемность 12 т.

Далее по правому борту имеется телескопический подъемный кран- манипулятор грузоподъемностью 2 т при удлинении до 8 м, специально разработанный для работы при волнении до 5 баллов. Оба крана могут использоваться для разнообразных палубных работ, в том числе и совместно с кормовым порталом. Кран, аналогичный кормовому, но несколько меньшей грузоподъемности (1,5 т при 10 м) установлен также и на баке.

Для забортных работ по правому борту имеются заваливающаяся Т-образная складывающаяся кран-балка на Юте выносом за борт до 3 м и Х-образная кран- балка грузоподъемностью 1,5 т при ее вылете до 10 м (см. рис. 3.57). Совместно с ними работает специально разработанная компенсационно-демпфирующая система для троса, которая поддерживает постоянную скорость зондирования СТД- комплекса при сильном волнении.

Позднее, на левом кормовом мостике судна была установлена лебедочная система MVP200 канадской фирмы Brooke Ocean Technology с возвращаемым СТД- зондом (см. разд. 3.4.2). Всеми подъемными кранами и лебедками можно управлять как непосредственно с их пультов управления, так и дистанционно из кабины управления на правом борту. Подъемные краны, кроме того, имеют радиоуправление с переносных пультов.

На судне имеется общая система высокого давления с электрическими насосами, которая используется для гидравлического оборудования различного назначения, но для главных лебедок и палубных кранов используются отдельные гидравлические стации низкого давления. Для уменьшения шума от гидравлических систем, лебедки оснащены акустическими демпферами, а все насосы и трубопроводы установлены с виброизолирующими креплениями. Даже проходы через переборки выполнены с эластичными фланцами.

Что касается лабораторного комплекса, то, по сравнению с НИС «Scotia», его состав и конфигурация по требованию заказчика были изменены. На судне практически все научные помещения являются стационарными. Под траловой палубой расположен отсек для хранения набора экспериментальных тралов и другого исследовательского оборудования.

Рис. 4.31. Разбор траловых уловов (а) и контейнерная лаборатория (б)

На уровне траловой палубы кормовую часть надстройки занимает обширное

помещение (70 м2), одна часть которого с сортировочно-взвешивающей конвейерной системой предназначена для разбора траловых уловов (рис. 4.31, а), а другая — для хранения зондирующей аппаратуры, выполняя роль «мокрой» лаборатории и ангара с распашными дверями, выходящими на рабочую площадку вдоль правого борта. В части, примыкающей к

Page 195: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

195

правому борту, выделена зона (10 м2), занимаемая гидрологической лабораторией. Переборка, граничащая с рабочей площадкой, имеет окно, через которое передаются отобранные пробы. Вдоль носовой переборки общего помещения выгорожено два отсека площадью примерно по 7 м2, один из которых занимает гидрохимическая лаборатория, а во втором расположены хо-лодильник и морозильник.

Палубой выше находится многофункциональная лаборатория площадью 75 м2. Она служит главным оперативным центром, и в ней расположены рабочие станции с терминалами акустической и другой исследовательской аппаратуры (ЕК60, ЕА600, ЕМ1002, ADCP, Seapath 2000), объединенной локальной сетью. Большие кормовые иллюминаторы позволяют вести наблюдение и руководство забортными работами как на ходу судна, так и на станциях (имеются пульты дистанционного управления СТД-лебедками).

В помещении имеются дисплеи телепередатчиков, расположенных на местах забортных работ, и большой стол для планшетов и карт. По левому борту к этой лаборатории примыкает серверный отсек (IT-room) площадью 8 м2. На этой же палубе в средней части надстройки по правому борту расположено офисное помещение для совещаний (20 м2). В случае необходимости на судне также можно разместить до четырех контейнерных лабораторий (см. рис. 4.31, б).

Практически все акустическое и навигационное оборудование поставлено ирландской компанией Barry Electronics Ltd., являющейся официальным представителем многих известных фирм-изготовителей подобного оборудования, в том числе и фирмы Simrad Kongsberg UK. Из акустической аппаратуры фирмы Simrad на судне имеются следующие эхолоты: научный ЕК60 с расщепленным лучом (12, 38, 120 и 200 кгц), навигационный EN250, гидрографический ЕА600 (12, 38, и 200 кгц) и многолучевой ЕМ 1002 (95 кгц).

Также имеется рыбопоисковый сканирующий низкочастотный гидролокатор SP70 и геофизический сканирующий гидролокатор SES Probe 5000S SUB с антеннами 4x4 на 26 кгц для профилирования дна. Кроме того, из акустического оборудования других фирм на судне имеются траловая система Scanmar Scanbus, два рыбопоисковых цветных эхолота Furuno FCV-1200L (28/107 кгц) мощностью 3 кВт и доплеровский профилирующий измеритель течений RDI (150 кгц).

Часть акустических антенн располагается в нижней части киля, выдвигаемого из днища судна на 3 м, а другие смонтированы в носовой части днища судна. Само гидроакустическое оборудование расположено частично в лаборатории (в основном научное), частично в рулевой рубке, причем в лаборатории имеются дублирующие мониторы для оборудования рулевой рубки.

В составе навигационного оборудования, установленного в рулевой рубке, основное место занимает аппаратура фирмы Furuno, куда входят радиолокаторы Far-2935S (S-диапазона) и FR2115 (Х-диапазона), а также система построения электронных карт FEA2105 ECDISc двумя приемниками спутниковой навигации DGPS Trimble NT300D. Из стандартного оборудования можно упомянуть гирокомпас Simrad Robertson RGC12, авторулевой АР-9 и репитеры RSR68. Также в комплект навигационного оборудования входят навигационный прокладчик курса Okex СМ60 с электронными картами С-Мар, система динамического позиционирования Simrad SJS-01, трехмерная навигационная система Simrad SPS2000 и Seapath 200.

На судне имеется локальная компьютерная сеть, сервер которой находится в специальном IT-отсеке. Точки подключения к сети имеются в штурманской и рулевой рубках, во всех лабораториях и каютах научных сотрудников. В эту сеть поступают сведения о собранных научных данных, а также текущих координатах, скорости судна, глубине дна, глубине и положении трала и многие другие данные. Кроме кают-компании, для экипажа и научных сотрудников предназначены две комнаты отдыха с теле- и видеоаппаратурой, гимнастический зал и сауна. Имеется госпиталь с изолятором и операционной.

Продольный разрез и планы палуб судна представлены на рис. 4.32.

Page 196: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

196

Рис. 4.32 Продольный разрез и планы палуб НИС «Celtic Explorer»

Page 197: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

197

4.1.5. НИС нового поколения «G.O. Sars» НИС «G. О. Sars» (рис. 4.33, 4.34) спроектировано фирмой Skipsteknisk A/S с целью

замены 30-летнего одноименного научно-рыболовного судна Норвежского института морских исследований (IMR), а также НИС «Haakon Mosby», которое использовалось для сейсмических исследований Университетом в г. Берген (UiB).

Рис. 4.33. НИС «С. О. Sars» в открытом море

После обсуждения в норвежском парламенте было выделено финансирование, и 22

декабря 2000 года был подписан контракт на 372 млн. норвежских крон с верфью Flekkefjord Slipp & Maskinfabrikk AS, причем сначала корпус судна строился в Польше (Гданьск), а затем судно было переведено в Норвегию для достройки. Наконец, 7 мая 2003 года после двухмесячных испытаний судно было введено в строй, причем церемонию «крещения» почтила своим присутствием королева Норвегии Соня (Norwegian Queen Sonja).

Новое НИС является одним из крупнейших среди современных научно- рыболовных судов [FNI, 2000г; Ytterstad, 2000; FNI, 2003в]. Главные размерения НИС представлены ниже.

Длина наибольшая, м: ........................ 77,5 Длина между перпендикулярами, м: . 68,4 Ширина наибольшая, м: .................... 16,4 Осадка, м: ........................................... 6,2 НИС классифицировано как DNV +1А1, Ice С, Е0, Dynpos AUT, Clean, а его экс-

плуатационные качества соответствуют самым жестким экологическим требованиям. На судне имеются 25 одноместных и 10 двухместных кают. С постоянной командой в 15 человек судно может взять на борт до 30 научных сотрудников.

Page 198: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

198

Рис. 4.34. Вид НИС «G.O. Sars» полевому (сверху) и по правому (снизу) борту

Судно предназначено для проведения траловых и акустических съемок, а также

сейсмических исследований по программам Университета. Траловое оборудование судна, позволяя обеспечить пелагические и донные траления, полностью соответствует тому оборудованию, которое применяется на современных добывающих судах. Кроме тралов, судно позволяет буксировать с тяговым усилием до 50 т различные устройства для научных исследований. Акустическое оборудование, с использованием двух выдвижных килей с многочастотными антеннам, позволяет идентифицировать и определять размерный состав рыбных скоплений, с одновременной стратификацией их распределения по глубине.

Максимальная скорость — 17,5 узлов, скорость акустической съемки 11 узлов с уров-нем подводных шумов соответствующих Рекомендациям ИКЕС. Из-за специального низкошумного винта судно не может работать во льдах, но готово к длительным операциям в холодных водах в течение зимы, имея обогревающие кабели, смонтированные на палубе бака и других важных местах для защиты от обледенения. Также имеются две цистерны объемом 180 м3 для полуактивных успокоителей качки INTERING.

Электростанция судна представляет собой три дизель-электрических агрегата общей мощностью 8100 кВт. Дизельные двигатели — Wartsila 6L32, мощностью по 2700 кВт при 720 об/мин, генераторы — фирмы Siemens производительностью 3250 кВА, вырабатывающие напряжение 690 В 60 Гц. Малошумный пятилопаст- ной гребной винт постоянного шага Wartsila/acbLIPS диаметром 4,2 м вращают два электродвигателя постоянного тока Тесо

Page 199: Д.Е.ЛЕВАШОВ - книга

199

Westinghouse SCR с максимальной мощностью по 3000 кВт, установленные тандемом на общем валу. Скорость регулируется от 0 до 170 об/мин с возможностью реверса. Маневренные качества обеспечивают три подруливающих устройства фирмы Brunvoll AS. В носовой части установлено поворотно-выдвижное (азимутальное) подруливающее устройство мощностью 900 кВт и подруливающее устройство туннельного типа 600 кВт. Кормовое подруливающее устройство также туннельного типа мощностью 450 кВт.

Мощность двигателей позволяет выполнять траления разноглубинным тралом на скоростях 5—6 узлов, что достаточно для репрезентативных оценок результатов траловых съемок таких быстрод