Двойные технологии - основа развития гражданского и военного флота России Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ОТ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА

EDITORIAL

© В.С. Никитин

© V.S. Nikitin

ДВОЙНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - ОСНОВА РАЗВИТИЯ ГРАЖДАНСКОГО И ВОЕННОГО ФЛОТА РОССИИ

DUAL TECHNOLOGIES - BASIS FOR DEVELOPMENT OF RUSSIAN COMMERCIAL AND NAVAL FLEET

Содержание статей очередного сборника Трудов Крыловского государственного научного центра демонстрирует определенный баланс между судостроением и кораблестроением, которые принято считать различными видами деятельности, в том числе и научной. Это вполне обоснованно, но, тем не менее, разделить их полностью невозможно: взаимопроникновение технологий неизбежно.

Статистика неумолима и определенна: 70 % отечественной продукции выпускается для военных нужд. Крыловский государственный научный центр, как головное предприятие российского гражданского и военного кораблестроения, обладающее уникальной научно-экспериментальной базой, имеет похожие, но все же отличные показатели. В советские времена гражданские разработки составляли всего лишь порядка 5-6 % от общего числа проектов, в 2010 году по оценке академика В.М. Пашина достигали 75 %, а сегодня можно говорить об относительном равновесии.

Именно кораблестроение с его наукоемкими, уникальными инновационными технологиями традиционно выступает в роли флагмана, «генератора идей». Но и гражданское судостроение умеет предлагать свежие рациональные решения. Это касается многих важнейших характеристик судов и кораблей, например, внедрения новых типов энергетических установок и движительных комплексов, уровня автоматизации, экономии топлива, ремонтопригодности, безопасности (как экологической, так и эксплуатационной) и т.д. Причина проста: основным требованием, предъявляемым к гражданскому судну, является его экономическая

эффективность, а интенсивность его эксплуатации очень высока. Кроме того, по общему тоннажу мировой гражданский флот почти в 100 раз превышает военный, при примерно равной общей стоимости. Обширная практика эксплуатации и острейшая экономическая конкуренция - великолепные двигатели прогресса, основанного на большом объеме открытой информации.

В то же время основным государственным приоритетом остается защита интересов России, обеспечение обороноспособности страны и усиление ее мощи на море (а также, благодаря вооружению современных кораблей высокоточными крылатыми ракетами, на суше и в воздушно-космическом пространстве). Текущая внешнеполитическая обстановка, как никогда в последние десятилетия, требует воплощения проектов, которые не просто позволят общаться «на равных» с потенциальным противником, но и станут демонстрацией силы. При этом нельзя не отметить и еще один момент: для военных кораблей все более важной становится возможность максимально эффективного выполнения операций, отличных от боевых действий. Это достаточно широкий спектр задач - от освоения Арктики и Северного морского пути до противодействия терроризму и помощи гражданскому населению во время природных катаклизмов. Соответственно, должен меняться облик перспективных кораблей - необходимо их оснащение средствами контроля окружающей среды, подводного наблюдения, нетрадиционными источниками энергии и устройствами ее передачи и т.д. В этом также могут помочь наработки гражданского судостроения.

Рассмотрим, как вышесказанное отражается в материалах данного сборника Трудов. Раздел «Теория корабля и строительная механика» открывает статья, посвященная краткосрочному прогнозированию процессов качки корабля с учетом ошибок измерений. Для обеспечения надежной работы корабельных приборов и систем автоматического управления, а также для обеспечения безаварийного использования авиационной техники на кораблях со взлетно-посадочной полосой необходимы данные об упрежденной во времени кинематике движения. В условиях волнения для этого требуется краткосрочное прогнозирование процесса качки по известным статистическим закономерностям, выявленным в прошлом. Разработана конкретная схема алгоритма краткосрочного оптимального прогнозирования процессов качки корабля, а также перемещений заданных точек его корпуса. Результаты работы направлены на осуществление проектной проработки системы упредителя качки, т.е. комплекса, обеспечивающего повышение безопасности действия корабельной техники.

Большой блок материалов первого раздела сборника посвящен перспективам развития ледовой техники для освоения месторождений нефти и газа на арктическом шельфе. Это особая, стратегическая область гражданского судостроения: более 30 % общемировой добычи как нефти, так и газа приходится на континентальный шельф, а Арктика по оценкам экспертов является одной из наиболее перспективных территорий для его разработки. Более того, поскольку можно говорить об обострении проблемы раздела ресурсов, весьма актуальным становится вопрос создания арктической военно-морской техники. Все это требует решения сложных задач, многие из которых являются принципиально новыми в мировом масштабе. Специалистами Крыловского центра проведены следующие изыскания в этом направлении.

Рассмотрено применение гидродинамических расчетов ледовой ходкости для анализа данных ледовых натурных испытаний. В научно -технической литературе данной проблеме посвящено довольно ограниченное число публикаций: в основном встречаются официальные отчеты по проведенным натурным испытаниям, а вопросы методического обеспечения проведения и обработки результатов натурных испытаний судов во

льдах проработаны недостаточно. Статья сборника посвящена обработке натурных экспериментов на основании гидродинамических расчетов основных характеристик ледовой ходкости. Авторами выполнен анализ результатов натурных ледовых испытаний ледокола «Владивосток», показана достоверность гидродинамических расчетов с использованием швартовной системы коэффициентов взаимодействия. Применение полученных результатов позволяет переходить от измеренных значений мощности к полному ледовому сопротивлению судна, что открывает дополнительные возможности для анализа натурных испытаний.

Исследованы процессы взаимодействия кормовой оконечности с ледяным покровом при движении кормой вперед в условиях льда при различных формах ахтерштевня, включая обтекание корпуса и облегание ледяными обломками. Предложена типизация форм кормовых оконечностей, показавшая значительные отличия процесса взаимодействия между льдом и конструкциями различных типов, а также расчетный метод определения критического расстояния смыва обломков льда. Заложены основы для разработки метода расчета ледового сопротивления в сплошных льдах при движении кормой вперед.

Актуальна проблема обеспечения прочности и работоспособности высоконагруженных сварных конструкций морской техники, эксплуатирующейся в условиях низких климатических температур. В связи с этим обоснован расчетно-аналитический метод проверки прочности таких конструкций, обеспечивающий их безотказность и эксплуатационную безопасность. На основе этого метода сформирована новая технология создания конструкций арктических судов и океанотехники с уменьшенными экономическими затратами.

Создана физико-математическая модель разрабатываемого инновационного технического средства для ликвидации локализованных подо льдом аварийных разливов нефтепродуктов - гидравлического скиммера, который гибким коаксиальным трубопроводом соединен с судовым технологическим комплексом. Получены первые интегралы для профиля скорости и меры турбулентности, представляющие собой трансцендентные уравнения. Результаты исследования дают

V.S. Nikitin

Dual technologies - basis for development of Russian commercial and naval fleet

возможность сформировать теоретическое обоснование для инженерно-технических и проектных решений при создании судового технологического комплекса по ликвидации подледных аварийных разливов нефтепродуктов.

В части этого раздела, посвященной гидродинамике, рассмотрено влияние взаимодействия рабочего тела с окружающей средой на эффективность реактивно-пневматического движителя, получено математическое выражение, отвечающее за такую эффективность, и введено понятие диаграммы характеристик ее областей. Это дает возможность оценки готовности реактивно-пневматического движителя выполнять условия программного движения с момента ввода в эксплуатацию.

Продолжен цикл исследований прочности композиционных материалов на взрывосопротив-ляемость: предложены методы испытаний образцов материалов во взрывной камере и анализы результатов этих испытаний. Предложен подход к оценке степени разрушения материала образцов при взрывном воздействии по трем характерным признакам: разрушение связующего материала, разрыв отдельных волокон, образование сквозного разрушения (пробоины). Такая оценка взры-восопротивляемости образцов из стеклопластика, основанная на совместном анализе результатов испытаний и компьютерного моделирования, показала свою эффективность и позволила выявить особенности деформирования и разрушения исследуемых образцов. Метод может быть рекомендован для оценки взрывосопротивляемости полимерных композитов, изготовленных из различных армирующих и связующих материалов.

Второй раздел сборника - «Проектирование и конструкция судов» - представлен важной как для гражданского, так и для военного кораблестроения статьей. В ней предложен способ спасания людей из опрокинувшегося корабля (судна), обеспечение которого предполагает незначительные доработки конструкции корпуса корабля (судна): экипаж и пассажиры, оказавшиеся в воздушной подушке опрокинутого судна, осуществляют выход через цистерну или коффердам либо герметичный участок двойного дна судна, конструктивно дооборудованные для выхода при постройке или модернизации. Разработан также алгоритм действий экипажа, пассажиров и спасателей в процессе подобных аварий.

В разделе «Судовые энергетические установки» содержится анализ состояния, тенденций и путей развития корабельных энергетических установок. Он показал, что для боевых кораблей малого и среднего водоизмещения, боевых катеров, кораблей специального назначения и судов обеспечения дизельная энергетическая установка (ДЭУ) остается на ближайшую перспективу наиболее используемым типом энергоустановок. Это положение она занимает благодаря своим высоким эксплуатационным характеристикам, превосходящим по ряду технико-экономических показателей корабельные энергетические установки других типов. Предложены варианты дальнейшего развития отечественных ДЭУ. Обоснованы требования к основным элементам ДЭУ применительно к боевым надводным кораблям и неатомным подводным лодкам.

В результате масштабного исследования разработан и создан макет устройства для передачи мощности без электрического контакта, а также методика его создания. Это позволяет увеличить время полезной работы необитаемого подводного аппарата за счет сокращения времени нахождения аппарата на судне-носителе для заряда его батареи, а также оптимизировать параметры зарядного устройства.

Существуют различные способы повышения эффективности эжектора. Приведен анализ, обосновывающий выбор оптимального варианта эжектора для подвода воздуха к камере сгорания топочного устройства. Предложен одноступенчатый эжектор со сверхзвуковым диффузором фиксированной геометрии, выбранный из условия последовательной подачи активного и пассивного потоков при запуске. Переход в этом эжекторе со звукового на сверхзвуковое сопло увеличивает коэффициент эжекции примерно на 10 %.

Впервые в России подтверждена проектно-расчетными методами и практически реализована выбранная по результатам анализа технология получения сверхчистого водорода путем паровой конверсии с отбором водорода из зоны реакции. Разрабатываемый моноблочный конвертор углеводородного топлива может применяться в качестве основного элемента энергетических установок с электрохимическим генератором. Эта технология откроет путь к широкому внедрению таких установок как в стационарной, так и в транспортной энергетике.

По-прежнему актуален раздел «Физические поля корабля», где в частности рассматриваются способы защиты обитаемых пространств корабля от проникновения электромагнитного сверхширокополосного импульса через иллюминаторы, системы вентиляции и т.п. Полученные в работе оценки параметров электромагнитной обстановки внутри корабельных помещений показали совпадение результатов эксперимента с численным моделированием во временной области для проникающего импульса.

Нашел отражение вопрос разработки покрытий, уменьшающих заметность корабля от средств обнаружения в оптическом диапазоне. Авторами проведены сравнительные испытания двух образцов эмалевого покрытия, лучший из которых рекомендован для использования в судостроении.

В продолжение серии статей о снижении вибраций корпуса корабля рекомендуются способы и указываются места установки вибропоглощаю-щих покрытий.

В настоящее время не существует гравиметров, которые позволяют проводить измерения абсолютного значения силы тяжести в условиях открытого океана. Предложена концепция макета морского интегрированного гравиметрического комплекса, созданного и проверенного в лаборатории ЦНИИ «Электроприбор».

В разделе «Другие вопросы морской техники» рассматриваются методы построения специального математического обеспечения корабельной интегрированной автоматизированной системы управления, а также предложена алгоритмическая

Главный редактор, д.т.н., профессор, генеральный директор ФГУП «Крыловский государственный научный центр»

структура, обеспечивающая их реализацию. Новизна методов заключается в том, что их реализация позволяет автоматизировать не только отдельные функции должностных лиц, но и включить их в процесс управления кораблем, обеспечивающий подготовку данных для оценки обстановки и выработку рекомендаций командиру.

Проанализирована организация системы закупок вооружения и военной техники для министерств обороны ведущих стран НАТО, показана значимость и актуальность наличия единого руководства на всем протяжении жизненного цикла изделия. Практика США демонстрирует, что наиболее затратными являются системы вооружения и военной техники, такие как самолеты и корабли. Их эксплуатация связана с расходованием горюче-смазочных материалов и плановым техническим обслуживанием, а также требует развитой инфраструктуры. Это ценный опыт, на который необходимо обращать внимание: на долю США приходится порядка 40 % тоннажа всего мирового военного флота.

Перед составителями сборника Трудов Кры-ловского центра не стоит задача объединить или, тем более, разделить статьи, посвященные гражданскому судостроению и военному кораблестроению. Зачастую это просто невозможно - очевидно, что некоторые материалы представляют собой обоснование двойных технологий, которые могут служить как для созидательных, так и для оборонительных целей. Важно понимать эту усиливающуюся тенденцию и как минимум учитывать ее влияние на текущую ситуацию в кораблестроительной науке.

В.С. Никитин