Крыловский центр как системный интегратор процессов жизненного цикла корабля Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ОТ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА

EDITORIAL

© В.С. Никитин © V.S. Nikitin

КРЫЛОВСКИЙ ЦЕНТР КАК СИСТЕМНЫЙ ИНТЕГРАТОР ПРОЦЕССОВ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА КОРАБЛЯ

KRYLOV CENTRE AS A SYSTEM INTEGRATOR OF SHIP LIFE-CYCLE PROCESSES

DOI: 10.24937/2542-2324-2017-3-381-5-8

Создание кораблей является одной из наиболее трудоемких и материалозатратных задач для государства. Корабль имеет значительные отличия от любой военной техники, аккумулируя в себе возможности практически всех других видов вооружения и проецируя свою военную мощь не только на водное пространство, но и на сушу, воздух и даже космос. Для этого к работе над кораблем подключаются десятки судостроительных предприятий и сотни промышленных компаний, поставляющих оборудование. Всем этим объясняются чрезвычайно высокие требования к обеспечению продолжительности полного жизненного цикла корабля, который в среднем в 2-3 раза превышает срок полного жизненного цикла для любой другой военной техники. Это предполагает постоянную реализацию модернизационных возможностей корабля на этапе эксплуатации, но и не только. Система управления жизненным циклом должна исключать риски больших материальных потерь на всех стадиях, начиная с проектирования - ошибка на этом этапе может привести к чрезмерным неоправданным расходам, связанным как с доработкой самого проекта, так и с изменением состава его вооружения и технического оснащения.

При этом нельзя сказать, что какая-либо стадия полного жизненного цикла корабля является менее важной, чем другие: каждая из них имеет характерные только для нее цели и должна рассматриваться как индивидуально, так и в комплексе с другими этапами. Крыловский государственный научный центр как крупнейшая профильная научно-исследовательская организация берет на себя роль системного интегратора, решающего задачи по анализу уровня готовности инновационных технологий, обоснованию срока создания корабля и возможности выполнения

предъявляемых к нему требований, а также разработке проекта, включающего все стадии жизненного цикла корабля. Крыловский центр является головным исполнителем комплекса взаимосвязанных научно-исследовательских работ и опытно-конструкторских разработок, необходимых для создания современной системы управления жизненным циклом корабля, отвечающей требованиям времени, обеспечивающей рациональное использование бюджетных средств и, в конечном счете, повышающей военную мощь и обороноспособность нашей страны.

Жизненный цикл любого корабля, создающегося в России, не может обойтись без использования разработок ученых Крыловского центра, которые могут быть реализованы на любой стадии (от научно-технического задела, поисковых исследований и аванпроекта до утилизации), но всегда узнаваемы, конкретны и полезны. Все это требует больших и разносторонних усилий со стороны наших специалистов. Результаты научных исследований находят свое отражение в Трудах предприятия. Входящие в их состав статьи содержат материалы, способствующие беспрерывному развитию фундаментальных научных идей, разработке методов прогнозирования в области кораблестроения, появлению новых технологий, улучшению эксплуатационных качеств, повышению экономичности и т.д. Так, первый раздел сборника под названием «Теория корабля и строительная механика», открывает статья, посвященная продолжению работ специалистов Крыловского центра над совершенствованием водометного движителя с целью улучшения его гидродинамических и кавитационных характеристик, в том числе за счет оптимального выбора профиля сечения лопасти. Результаты квазиакустических испытаний

для модели водометного движителя с крыловым профилем сечения лопастей показали, что исчезла кромочная кавитация на рабочем колесе. Это является новым для водометного движителя насосного типа: применение такой модели способно обеспечить экономию топлива 18-20 %.

Актуальной задачей является обеспечение проектирования отечественных систем эвакуации людей с аварийных кораблей и судов. Для высокобортных судов желобковой конструкции применение современных эластичных материалов бесперспективно. Требуются инновационные технологии и конструктивные решения: полученные в Крылов-ском центре результаты могут стать основой для разработки методики расчетов отечественных морских эвакуационных систем из эластичного орто-тропного материала. Это обеспечит импортозаме-щение указанных систем, производимых иностранными фирмами и устанавливаемых на российских судах и строящихся кораблях ВМФ РФ.

Говоря о процессах полного жизненного цикла, нельзя обойти вниманием и гражданское судостроение, развитие ряда направлений которого является одним из приоритетов государственной политики. В соответствии с государственной программой «Развитие судостроения на 20132030 годы» особый интерес для нашей страны представляет строительство судов ледового класса. Эта тематика раскрывается в четырех статьях данного сборника. Во-первых, предложена классификация глобальных ледовых нагрузок, действующих на корпус судна, движущегося во льдах. На примере методики оценки глобальной ледовой нагрузки, возникающей при взаимодействии судна с торосом, показан подход к решению обратной задачи строительной механики корабля - оценки внешней нагрузки по известным реакциям сооружения. Во-вторых, приведены исходные данные по поведению дизель-электрического ледокола проекта 21900М «Новороссийск», подтверждающие выполнение всех спецификационных требований. По характеристикам ледовой ходкости и управляемости ледокол соответствует ледовому классу РМРС Icebreaker 7. При этом отмечается, что зафиксированное в натурном эксперименте явление «разгона» гребного винта в ледовых условиях необходимо дополнительно исследовать для определения его степени опасности в отношении работоспособности движительно-рулевого комплекса. Наконец, в статье из второго раздела сборника («Проектиро-

вание и конструкция судов») на основе анализа климатических условий основных районов использования и опыта эксплуатации существующих мелкосидящих ледоколов сформированы технические требования к проекту нового ледокола, разработан технический проект. Использованные решения, подтвержденные модельными испытаниями, доказали свою эффективность и позволяют сделать вывод о превосходстве нового проекта мелкосидящего ледокола над существующими аналогами.

Не менее насущной задачей гражданского судостроения является транспортировка природных ресурсов. Предложен способ перемешивания сжиженного природного газа внутри резервуара с помощью оборудования его специальными экранами. В результате проведенных расчетов были найдены скорости перемешивания жидкости в резервуаре цилиндрической формы. Это открывает обширное поле деятельности для экспериментального подтверждения предложенного метода борьбы с рол-ловером, способствующего повышению экономической привлекательности данного вида топлива.

Кроме того, во втором разделе сборника Трудов раскрывается метод проектирования водометных движителей с двухступенчатой лопастной системой, позволяющий выбрать оптимальную геометрию всех элементов водометного движителя. Спроектированный таким образом движитель позволит обеспечить большую, по сравнению с серийными, скорость движения при небольших габаритах. Качественно подобранная лопастная система второй ступени полностью ликвидирует суммарный момент на объекте.

Также рассмотрен вопрос обеспечения пожарной безопасности судов в части определения эффективных способов раннего обнаружения пожаров в судовых помещениях различного функционального назначения. Для достижения поставленной цели были проведены исследования на модельных очагах пожара с использованием горючей нагрузки, характерной для судовых помещений. Анализ полученных данных позволил определить преимущества и недостатки испытуемых датчиков, разработать требования к электроиндукционным датчикам аэрозолей и предложения по использованию тепловизионных камер.

Третий раздел Трудов, «Судовые энергетические установки», начинается с обширного аналитического материала. Сегодня оснащение боевых надводных кораблей отечественным современным

V.S. Nikitin

Krylov Centre as a system integrator of ship life-cycle processes

энергетическим оборудованием является необходимым условием обеспечения технической и боевой готовности кораблей. Исследованы тенденции развития газотурбинных энергетических газотурбинных двигателей, систематизированы их достоинства и недостатки, сформулированы требования к перспективным установкам, отражены наиболее результативные конструкции основных элементов энергетических установок данного типа. Проанализированы технико-экономические характеристики современных и перспективных установок, предложены варианты решения проблемы дальнейшего развития отечественных газотурбинных энергетических установок.

В следующей статье рассмотрен подход к организации управления газотурбинным двигателем с учетом технического состояния его проточной части, предполагающий ввод корректирующих коэффициентов в управляющие зависимости параметров, связанных со степенью развития неисправности проточной части двигателя.

Для применения при создании или модернизации электротехнических и радиоэлектронных систем морской техники выполнены исследования влияния параметров ферромагнитных сердечников на индуктивность соленоида, что позволило получить упрощенные формулы для выполнения расчетов.

Проведен анализ общих соотношений для тока однофазного замыкания в схеме электроснабжения судна с берега при наложении некоторых упрощающих предположений, позволяющих свести сложные выражения к ряду относительно простых. Даны эквивалентные электрические схемы, соответствующие полученным выражениям.

Четвертый раздел сборника охватывает тематику, связанную с физическими полями корабля. Среди них - определение электромагнитной обстановки в местах размещения технических средств, необходимое для обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных устройств. Наибольшие трудности возникают при внешних преднамеренных электромагнитных воздействиях террористической или военной направленности, обусловленных ядерно-физическими источниками излучения и приводящих к нарушению штатного функционирования технических средств. Полученные учеными Крыловского центра результаты исследований позволили обосновать метод физического моделирования радиационно-наведенных

электромагнитных полей внутри многосвязных разнородных металлических оболочек, а также разработать устройство для его реализации. С рядом допущений оно позволяет осуществлять физическое моделирование электромагнитного поля внутри экранированных металлических конструкций с использованием существующих имитаторов ионизирующего гамма-излучения.

Для обеспечения защиты кораблей отечественного военно-морского флота необходимо и совершенствование современных средств радиоэлектронной борьбы - в том числе создание новых ложных целей и методов их использования. Для этого выполнена оценка усиления обратного радиолокационного рассеяния морской цели, обусловленная наличием подстилающей поверхности: получено шестикратное увеличение мощности отраженного сигнала. Также проведена количественная оценка увеличения числа лепестков диаграммы обратного рассеяния - их количество растет пропорционально высоте цели над морем. Эти результаты могут быть использованы для оценки оптимальной высоты расположения ложной цели (дипольного облака) при атаке противокорабельной ракеты.

Решение проблем снижения шума и вибрации является обязательным условием выполнения кораблем или подводной лодкой боевых и прочих военных миссий. Наиболее эффективным средством борьбы с вибрацией, негативно влияющей как на прочность, так и на надежность работы корабельных механизмов, несущих корпусных конструкций и систем являются разнообразные амортизирующие конструкции. Рассмотрен сборный амортизатор с упругим элементом, выполненным из композитно-волокнистого материала, который получил широкое распространение в различных отраслях благодаря уникальным сочетаниям своих физических и конструктивных особенностей: долговечность и стойкость в условиях агрессивных сред, простота эксплуатации и ремонта. Длительный опыт эксплуатации подтверждает возможность использования данного класса амортизаторов на кораблях ВМФ.

Приведены результаты экспериментальных исследований вибрации обтекаемой потоком пластины корпуса корабля при различных вариантах расположения отверстия. Исследовано влияние расположения пластинчатого виброрезонансного поглотителя на интенсивность вибраций. Уста-

новлена возможность выбора мест расположения отверстий в обтекаемых пластинах корпуса движущегося объекта, при которых будет исключено интенсивное увеличение уровней их вибрации и шумоизлучения.

Кроме того, малошумность - важное условие сохранения экологического равновесия в окружающей среде, поэтому научные поиски в этом направлении не теряют своей актуальности и для гражданского судостроения. Выполнен анализ зарубежного опыта создания малошумного научно-исследовательского судна малых размеров с винторулевыми колонками в качестве главных движителей, а также применения на малом судне других средств акустической защиты, обеспечивших возможность успешного решения задачи снижения уровней подводного шума, излучаемого судами ограниченных размеров. Представляется целесообразным использовать указанный передовой опыт при постановке и выполнении аналогичных работ по акустическому проектированию отечественных малошумных судов, в том числе малых судов, как исследовательских, так и пассажирских, прогулочных и других судов гражданского флота.

Все материалы пятого раздела сборника неразрывно связаны с полным жизненным циклом, который начинается задолго до создания технического задания и заключения договора на постройку конкретного корабля или судна. В статье, посвященной практике закупок военной техники в России, отмечается, что в нормативно-правовом поле РФ существуют разрывы ответственности и финансирования полного жизненного цикла корабля -отдельно финансируются затраты на проектирование и строительство, отдельно на эксплуатацию. Это может иметь негативные последствия, особенно для крупных кораблей, когда отсутствует целевое финансирование для проведения в установленные сроки плановых заводских ремонтов. Сделан вывод о том, что на законодательном уровне необходима регламентация целевого бюджетного финансирования корабля на всем протяжении его жизненного цикла, особенно на этапах эксплуатации. Для повышения эффективности управления предлагается создание рабочей группы в аппарате Министерства обороны РФ с правами управления

Главный редактор, д.т.н., профессор,

генеральный директор ФГУП «Крыловский

государственный научный центр»

полным жизненным циклом кораблей от проектирования до утилизации.

Рассматривается актуальная проблема военного кораблестроения - разработка высокоэкономичной, прогрессивной технологии строительства атомных подводных лодок. В качестве перспективной предлагается и обосновывается позиционно-сборочная технология строительства, основанная на агрегатно-модульном методе строительства кораблей. Ее главными особенностями являются исключение гидравлических испытаний корпуса и сборка атомных подводных лодок на стапеле из блок-модулей, представляющих собой элементы корпуса с установленным оборудованием, трубопроводами, кабелями и с нанесенными покрытиями. Прогноз в случае использования этой технологии более чем оптимистичен: предполагается, что трудоемкость строительства серийного заказа сократится не менее чем на 20 %, а продолжительность строительства уменьшится на 12-15 месяцев.

Не менее важны и вопросы безопасности объектов гражданского судостроения. В целях обнаружения возможностей обеспечения надежности выполнен анализ 533 аварий с барже-буксирными составами, происшедших после 1991 г. Сделан вывод о том, что решение этой проблемы при сохранении приемлемого уровня экономической эффективности возможно только при применении системного подхода на всех стадиях полного жизненного цикла этих судов, включая этапы классификации требований Правил Российского речного регистра, проектирования, строительства, эксплуатации, освидетельствований, ремонта и модернизации.

В целом можно сказать, что материалы очередного сборника Трудов, посвященные фундаментальным и прикладным исследованиям, связанным с разными стадиями жизненного цикла кораблей и судов, свидетельствуют о том, что сегодня роль Крыловского центра в отечественной корабельной науке чрезвычайно важна. Необходимость скорейшего импортозамещения, риск внедрения инновационных решений, жесткая конкуренция на мировом рынке и геополитические интересы России заставляют нас проявлять особую активность в области не только военного кораблестроения, но и гражданского судостроения, охватывая максимально широкий спектр задач.

сл^иялл^*/ в.С. Никитин