
Журнал «Известия КГТУ» является периодическим научным изданием Калининградского государственного технического университета. Журнал является мультидисциплинарным изданием, в котором публикуются результаты оригинальных научных исследований по фундаментальным и прикладным проблемам, имеющие теоретический и экспериментальный характер, в различных направлениях естественных, технических, сельскохозяйственных и социально-экономических наук. Журнал представлен шестью рубриками: «Естественные и математические науки», «Техника и технология пищевых производств», «Судостроение, машиностроение и энергетика», «Экономика и управление АПК», «Биология, экология и рыбное хозяйство» и «Сельское хозяйство и природопользование». Особый интерес представляют работы, связанные с различными аспектами рыбохозяйственного комплекса, в следующих областях: ихтиология, экология и рыбное хозяйство, проектирование рыбопромысловых судов, судовых энергетических установок, пищевые системы, экономика и управление АПК. Рукописи проходят тщательный отбор и рецензируются. «Известия КГТУ» включен в систему Российского индекса научного цитирования, а также входит в Перечень ВАК по научным специальностям: 1.5.13 – Ихтиология (биологические науки); 1.5.15 – Экология (по отраслям) (биологические науки); 2.5.17 – Теория корабля и строительная механика (технические науки); 2.5.18 – Проектирование и конструкция судов (технические науки); 2.5.20 – Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) (технические науки); 4.3.3 – Пищевые системы (технические науки); 4.3.5 – Биотехнология продуктов питания и биологически активных веществ (технические науки).
Текущий выпуск
БИОЛОГИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Larix decidua Mill. является породой, высаженной на первичное интродукционное испытание более 120 лет назад на территории Восточной Пруссии, ныне Калининградской области. Данные посадки представляют значительный интерес с точки зрения успешности интродукции. Проведена оценка таксационных показателей с уточнением возраста отдельных деревьев, ярусности насаждения, его санитарного состояния, видового состава сопутствующих пород, состава подлеска, наличия подроста и его состояния, присутствия и обилия самосева. Также дана характеристика напочвенного покрова. На изучаемой территории тип лесорастительных условий – D2, тип леса – лиственничник липовый. Насаждения развиваются по I классу бонитета, в составе древостоя лиственницы европейской от 6 до 10 единиц, запас древесины 322–386 м3/га. Сравнение с таксационными показателями 2013 г. показало, что выделы мало отличаются по составу насаждения и полноте древостоя на момент исследования. Заметное отличие наблюдается в запасе древесины. Санитарное состояние обследуемых пробных площадей определялось по шкале категорий состояния деревьев и отнесено к категориям жизненного состояния, различающимся в двух кварталах: в квартале 32 состояние древостоя относится к категории «ослабленные», в квартале 171 – к категории «здоровые». В Калининградской области лиственница европейская успешно прошла акклиматизацию и хорошо приспособилась к местным условиям, однако в квартале 32 из-за старения и сильной густоты деревьев популяция становится менее устойчивой, появляются вредители, повреждающие стволы, и возрастает риск ветровалов. Подроста и самосева основной породы – лиственницы европейской – на пробных площадях и смежных выделах не обнаружено.
На каждом производстве, занимающемся обработкой или переработкой материалов, необходимо предусматривать многоступенчатую очистку сточных вод. Это требование обусловлено тем, что неочищенные стоки, сбрасываемые в водоемы, наносят значительный вред экосистемам. В процессе сброса таких вод происходит резкое увеличение потребления кислорода, который необходим для биохимического окисления органических соединений, содержащихся в сточных водах. Многие из этих органических веществ находятся в связанном состоянии, что делает их расщепление сложным и трудоемким процессом. В данной работе на основе мониторинга сточных вод проведена экологическая оценка качества производственных стоков, которая поможет специалистам в принятии решений по намечаемой деятельности или выбора способов очистки сточных вод предприятия. В результате работы выявлена неоднородность сбрасываемых сточных вод в течение суток. В образующихся сточных водах при их транспортировании сетями водоотведения в поля и фильтрации протекают анаэробные, окислительно-деструктивные микробиологические и химические процессы, в результате которых происходит значительное превышение показателей по основным загрязняющим веществам. На изучаемых предприятиях отношение биохимического потребления кислорода за 5 суток к его химическому потреблению находится в пределах 0,40–0,56. Это говорит о том, что в воде содержатся вещества, которые легко поддаются биохимическому окислению, поэтому необходимо совершенствовать систему очистки сточных вод на предприятиях молокоперерабатывающей промышленности. При этом могут быть использованы биологические способы согласно справочника по наилучшим доступным технологиям, которые включают в себя дозированное введение микробиологических препаратов и дополнительную аэрацию, что позволит использовать поля фильтрации в качестве локальных очистных сооружений без больших капитальных вложений.
В работе представлено комплексное исследование питания антарктического криля (Euphausia superba, Dana 1850), представляющего собой важный объект отечественного промысла в районах бассейна Пауэлла и пролива Брансфилд (Антарктического сектора Атлантического океана). В результате комплексного лабораторного анализа исследован материал, включающий 12 проб E. superba, общее количество особей составило 2128 экз. (из них 49 % – ювенильные особи, 22 % – самцы, 29 % – самки). На основе анализа 545 желудков криля (все желудки, в которых так или иначе присутствовала пища) летом 2020 г. выявлены основные компоненты рациона: перидиниевые (р. Peridinium spp, частота встречаемости 78 %) и диатомовые (р. Fragilaria, р. Fragilariopsis и р. Synedra) водоросли, веслоногие раки (р. Calanus sp.) и планктонные фораминиферы (р. Foramenifera). Особое внимание уделено феномену сезонного каннибализма в период массовой линьки криля (у 17 % рачков обнаружены многочисленные остатки тел родственных особей). Первая оценка связи степени активности питания E. superba, стадии линочного цикла, полового состава и репродуктивного состояния самцов и самок не выявила выраженной связи этих параметров, отмечена общая низкая активность питания особей вида. Исследование подтвердило полифагический характер питания E. superba, который активно потребляет доступные фитопланктонные водоросли, дополняя рацион высококалорийной животной пищей (зоопланктоном и родственными особями E. superba). Полученные данные расширяют понимание пищевых предпочтений антарктического криля в различные периоды его жизненного цикла.
Почвы, загрязненные тяжелыми металлами, становятся непригодными для выращивания экологически безопасной продукции. К числу наиболее опасных экотоксикантов относится кадмий (Сd). Его содержание подлежит обязательному нормированию в почве, сельскохозяйственном сырье, кормах и продуктах питания. В пахотные почвы Сd поступает в том числе и в составе навоза. Настоящее исследование посвящено изучению влияния систематического внесения высоких норм традиционных органических удобрений (жидких фракций свиного навоза и навоза крупного рогатого скота) на накопление Сd в почве и растениеводческой продукции (зеленой массе кукурузы). В результате исследований установлено, что многолетнее внесение значительных норм (~200–250 т/га) навозных стоков приводит к увеличению содержания валового и подвижного Cd в агродерново-подзолистых почвах. При оценке рисков загрязнения растениеводческой продукции Сd важно учитывать соотношение рН и органического вещества в агроземе. Наиболее активная биоаккумуляция Сd происходит в кислых почвах с низким содержанием органического вещества. Внесение навоза в нейтральные или слабощелочные почвы способствует образованию мобильных, но малодоступных для растений фульватных комплексов. Коэффициент биологического поглощения Cd для зеленой массы кукурузы, выращиваемой на удобряемых навозными стоками полях, составляет 1,5–2,0, что свидетельствует о биогенной аккумуляции соответствующего тяжелого металла. Зависимость значения коэффициента биологического поглощения от свойств почвы незначительна. Коэффициент биогеохимического поглощения Сd зеленой массой кукурузы изменяется в более широких пределах (от 2 до 9) и существенно зависит от свойств почвы. Наиболее высокий уровень коэффициента биогеохимического поглощения выявлен для кислых агродерновоподзолистых почв.
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Коловратные насосы (КН) используются для транспортирования пищевых сред с большой вязкостью, когда необходимо сохранить структуру продукта. В статье выполнен сравнительный анализ производительности КН, изготовленных тремя компаниями. Исходными данными послужили находящиеся в открытом доступе результаты испытаний КН этих трех компаний. Для моделирования подачи коловратными насосами плавленых сыров (ПС), сгущенного молока и др. следует использовать подход, базирующийся на нагрузочных характеристиках при перекачивании сред с наибольшими значениями эффективной динамической вязкости (ЭДВ). Производительность КН рассчитывается как произведение рабочего объема на разность между текущей частотой вращения ротора (ЧВР) и ее минимально необходимым значением (МНЗ) для начала подачи жидкости. МНЗ ЧВР у всех изученных КН снижается с увеличением ЭДВ и уменьшением перепада давления. Но абсолютные МНЗ ЧВР могут существенно различаться у разных КН при ЭДВ менее 200 сПз. Для корректного сравнения производительности КН с небольшим различием рабочего объема предложен метод приведения нагрузочной характеристики к безразмерной форме (зависимость безразмерной подачи от безразмерных величин перепада давления и ЧВР). Из трех исследованных агрегатов безразмерная подача КН 034-WCB оказалась наибольшей, однако разница между величинами безразмерной подачи разных КН была существенной лишь при перепаде давления около 1 МПа и ЭДВ менее 300 сПз. ПС, как правило, транспортируются при меньших давлениях. В таких условиях разница безразмерной производительности исследованных КН становится малозначимой. Результаты данного исследования могут быть использованы для подбора КН с необходимыми параметрами.
В статье рассматривается применение зеленого чая «Матча» в производстве булочек «Синнабон» с целью улучшения пищевой ценности и потребительских свойств хлебобулочных изделий. Исследование направлено на изучение влияния порошка зеленого чая «Матча» на физико-химические показатели хлебобулочных изделий, определение массовой доли внесения в рецептуру порошка зеленого чая для придания продукту наилучших органолептических свойств, а также на анализ влияния чая «Матча» на потери при тепловой обработке (упек). В ходе исследования разработаны рецептуры булочек «Синнабон» с различным содержанием зеленого чая «Матча» и проведен сравнительный анализ органолептических показателей контрольных и опытных образцов. Рекомендована рецептура с содержанием порошка зеленого чая в количестве 0,7 г на 100 г продукта. Для булочек «Синнабон», выработанных по данной рецептуре, определены физико-химические показатели: кислотность готовых хлебобулочных изделий с зеленым чаем «Матча» – 2,7 град., влажность – 36,0 %. Потери при тепловой обработке (упек) составили 11,8 %. Установлено, что добавление чая «Матча» в количестве 0,7 г на 100 г продукта способствует улучшению вкусовых характеристик и внешнего вида изделий, а также увеличивает содержание полезных веществ, таких как антиоксиданты, пищевые волокна, витамины. Содержание пищевых волокон увеличилось по отношению к контролю (без чая «Матча») в 1,8 раз и составляет 5,3 г; полифенолов – в 74 раза (74,0 мг); витамина А (ретинол эквив.) – в 1,7 раза (140,0 мкг); витамина К – в 35 раз (24,5 мкг); витамина В1 – в 1,9 раза (0,19 мг); витамина А (бетта-каротин) – в 10,2 раза (0,47 мг).
СУДОСТРОЕНИЕ, МАШИНОСТРОЕНИЕ И ЭНЕРГЕТИКА
В настоящей работе представлено подробное исследование применения методов машинного обучения для прогнозирования ключевых гидродинамических параметров судов. Актуальность работы обусловлена необходимостью сокращения временных и финансовых затрат на традиционные гидродинамические расчеты при проектировании судов. В исследовании проведен сравнительный анализ трех методов машинного обучения - Linear Regression, Random Forest, Gradient Boosting. Эксперименты выполнены на оригинальном наборе данных, включающем 52 существующих судна классов Feeder и Panamax, с характеристиками «длина», «ширина», «осадка», «скорость», «площадь смоченной поверхности» и «коэффициент общей полноты». Основное внимание уделено прогнозированию чисел Фруда и Рейнольдса для предварительной оценки сопротивления. Результаты демонстрируют превосходство линейной регрессии: для числа Фруда достигнуто R² = 0.9986 при MSE = 5.15e-07, для числа Рейнольдса - R² = 0.9998 при MSE = 9.00e+13. Средняя абсолютная процентная ошибка MAPE (Mean Absolute Percentage Error) составила 0,15 % и 0,57 % соответственно. Итоговым результатом является программа расчета на базе искусственного интеллекта (ИИ), которая способна считать значения Fr и Re. Практическая значимость работы обусловлена демонстрацией возможностей новых методов расчета, которые при должном подходе способны повысить точность и оптимизировать процесс классического расчета. Полученные результаты позволяют рекомендовать метод линейной регрессии для предварительной оценки гидродинамических характеристик на ранних этапах проектирования. Практическая значимость обусловлена возможностью повышения точности гидродинамических расчетов и оптимизации формы корпуса на основе прогнозируемых данных. Перспективы дальнейших исследований включают расширение набора данных, учет дополнительных параметров и тестирование гибридных моделей.
Основой эффективной безаварийной эксплуатации судовых двигательных установок является исследование процессов, происходящих с их составными частями. В этой связи немаловажным аспектом является бесперебойная работа дизелей, которая зависит от состояния дизельного топлива, используемого на судах в настоящее время. Необходимость контроля состояния топлива является приоритетной задачей, стоящей перед механиками. Совершенствование существующих и разработка новых методов контроля физико-химических характеристик дизельных топлив и анализ факторов, влияющих на процессы в двигателях, остаются актуальными по сей день. В данной работе предпринята попытка применить совокупность методов спектрофотометрии, рефрактометрии и микроскопии для исследования характеристик дизельных топлив. С помощью спектрофотометра СФ-2000 и приставки диффузного и зеркального отражения были получены спектры коэффициентов пропускания всех образцов дизельных топлив в видимой части спектра (400–800 нм). Определение цветовых координат и показателей цветовых различий по стандартной и нестандартной методикам позволило провести восстановление цвета поверхностей топлив. С помощью такой методики можно выявить загрязнения и своевременно принять меры к устранению причин. В работе показано, что нестандартная методика (с помощью смартфона и программного обеспечения) получения цветовых координат для контроля загрязнений целесообразна в условиях мореплавания. Рефрактометрический метод позволил определить значения показателя преломления и средней дисперсии топлив, которые изменяются в процессе загрязнения. Дополнительным методом исследования включений, попавших в топливо, является микроскопия. Этот метод особенно эффективен для темных сортов дизельного топлива.