Научно-технический задел – основа для создания военно-морской техники Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ СУДОВ

Б01: 10.24937/2542-2324-2019-2-388-77-84 УДК 623.8/.9.001

В.Ф. Белоненко, О.М. Капранов, А.В. Лицис

ФГУП «Крыловский государственный научный центр, Санкт-Петербург, Россия

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЗАДЕЛ - ОСНОВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВОЕННО-МОРСКОЙ ТЕХНИКИ

Объект и цель научной работы. Объектом научной работы являются основные принципы и методы, заложенные в основу создания военно-морской техники, общие подходы к формированию научно-технического задела (НТЗ), проблемные вопросы его создания на современном этапе, а также роль аванпроекта как завершающей стадии проектных исследований. Целью работы является рассмотрение роли НТЗ и влияния достигнутого им уровня готовности на процесс создания военно-морской техники, обеспечение задач по ее совершенствованию и планомерному развитию.

Материалы и методы. Применен аналитический метод, основный на принципах системного анализа. Основные результаты. Сформулированы основные положения, определяющие ключевую роль НТЗ и решающее влияние уровня его готовности на процесс создания военно-морской техники, обеспечение задач ее совершенствования и планомерного развития. Представлены примеры разработок Крыловского государственного научного центра в области военного кораблестроения, в которых были реализованы принципы и методы, заложенные в регламентирующие документы, включая принцип необходимости формирования опережающего НТЗ.

Заключение. Поскольку процесс создания военно-морской техники отличается длительностью цикла и постоянно возрастающей ресурсоемкостью, особую актуальность приобретает вопрос обеспечения его рациональной организации. НТЗ играет ключевую роль при разработке концепции, однако на последующих стадиях создания своевременное обеспечение необходимого уровня его готовности остается сложной задачей и зачастую является сдерживающим фактором, источником рисков. Введенные в действие регламентирующие документы содержат все необходимые положения, определяющие порядок создания военно-морской техники, и их безусловное выполнение позволяет минимизировать эти риски. В настоящее время в отечественном кораблестроении отрабатываются организационные механизмы, призванные обеспечить формирование опережающего НТЗ, что вкупе с ранними стадиями проектирования (проектные исследования и аванпроект) является залогом успешного создания объектов военно-морской техники любой сложности.

Ключевые слова: военно-морская техника, перспективный корабль, научно-технический задел, исследовательское проектирование, аванпроект, системный анализ. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

SHIP DESIGN AND STRUCTURE

DOI: 10.24937/2542-2324-2019-2-388-77-84 UDC 623.8/.9.001

V. Belonenko, O. Kapranov, A. Litsis

Krylov State Research Centre, St. Petersburg, Russia

FORESIGHT R&D AS BASIS OF NAVAL

Для цитирования: Белоненко В.Ф., Капранов О.М., Лицис А.В. Научно-технический задел - основа для создания военно-морской техники. Труды Крыловского государственного научного центра. 2019; 2(388): 77-84. For citations: Belonenko V., Kapranov O., Litsis A. Foresight R&D as basis of naval developments. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2019; 2(388): 77-84 (in Russian).

DEVELOPMENTS

Object and purpose of research. This paper studies main principles and methods of naval developments, as well as general approaches to foresight R&Ds and their current challenges, and also the role of conceptual design as the final stage of these preliminary studies. The purpose of this work is to investigate the role of foresight R&D projects and their readiness levels upon the process of naval developments, as well as to ensure their improvement and steady advance. Materials and methods. The study follows the analytical method based on system analysis principles. Main results. The paper formulates main conditions that determine key role and critical effect of foresight R&Ds and their readiness levels upon the process of naval developments, as well as upon their improvement and steady advance. Case studies in this paper are Krylov State Research Centre developments in naval shipbuilding based on the principles and methods incorporated to the regulatory documents, including the principle of the necessity to pursue foresight R&Ds. Conclusion. Naval developments take a long time and require more and more resources, so their rational organization becomes a matter of utmost importance. Foresight R&Ds play a key role in conceptual design. However, appropriate and timely improvements of their readiness levels at later design stages remain a difficult task, often hindering the progress and creating risks. Adopted regulating documents contain all necessary provisions that determine the procedure of a naval R&D project, and their thorough implementation is a sure way to risk mitigation. Currently, Russian shipbuilding is working out organizational mechanisms intended to ensure foresight R&Ds which, along with proper execution of early design stages (preliminary studies and conceptual design), are a key to success in a naval project of whatever difficulty.

Keywords: naval developments, advanced ship, foresight R&Ds, design studies, conceptual design, system analysis. Authors declare lack of the possible conflicts of interests.

Одними из самых сложных технических объектов являются объекты современной военно-морской техники. Например, создание современного авианосца вместе с авиапарком занимает до 10 и более лет, расчетный срок службы - около 50 лет. Стоимость создания, включая НИОКР, составляет около 12 млрд долл. 1

Формирование облика отечественных перспективных кораблей и флота в целом должно производиться на основе результатов постоянно ведущихся научно-исследовательских работ (НИР) по следующей тематике:

■ анализ мирового опыта и перспектив развития кораблестроения;

■ определение основных направлений развития отечественного кораблестроения;

■ анализ современного состояния и перспектив развития судостроительной промышленности и предприятий - поставщиков комплектующих изделий;

■ проведение концептуальных и исследовательских проработок в области разработок вооружения и военной техники (ВТ).

Общий методологический подход к прогнозированию технических перспектив в области проектирования и постройки боевых кораблей в качестве одной из важнейших

1 Приведенные данные соответствуют экспертным оценкам по авианосцу ВМС США CVN-78 Gerald R Ford.

компонент включает определение актуальных научно-технических направлений и конкретных технологий, необходимых для достижения поставленных целей с учетом их возможной доработки к условиям нового проекта. Технологии должны иметь широкий спектр направлений проектирования и строительства кораблей, создания вооружения и технических средств, а также обеспечения их повседневного обслуживания и безаварийной эксплуатации.

Применение новых технологий, направленных на повышение боевых и эксплуатационных свойств кораблей, а также постоянный рост требований ВМФ к тактико-техническим и эксплуатационным свойствам перспективных кораблей стали основными причинами роста стоимости их создания.

Разработка новых технологий, в первую очередь прорывных, требует значительных затрат времени и естественным образом делится на несколько стадий. На ранних стадиях происходит выработка новых знаний, выполняются концептуальные разработки и системные исследования, уточняется направленность практического применения полученных новых знаний, которые в дальнейшем могут быть развернуты в прикладные научные исследования и разработки. На последующих этапах основная часть времени уходит на поиск технических решений и доказательств их осуществимости (исследования на моделях, проектно-конструкторские проработки и т.п.). Для

реализации революционных технических идей иногда требуются целые десятилетия.

Исследования, направленные на выбор наиболее актуальных направлений в области совершенствования боевых возможностей корабля, выполняются всеми ведущими морскими державами [1].

Процесс создания кораблей ВМФ достаточно жестко регламентирован директивными, нормативно-правовыми и нормативно-

техническими до-

кументами. Среди них следует выделить «Положение о создании кораблей и судов», определяющее порядок создания кораблей и судов по Государственному оборонному заказу. В мае 2017 г. коллегия Военно-промышленной комиссии Российской Федерации утвердила его новую, актуализированную редакцию.

Задача ФГУП «Крыловский государственный научный центр» как базовой научно-исследовательской организации судостроительной отрасли -реализация требований «Положения о создании кораблей и судов». Среди них следует выделить:

■ проведение фундаментальных, поисковых и прикладных исследований в области военного кораблестроения, формирование общего научно-технического задела (НТЗ);

■ формирование опережающего объектно-ориентированного НТЗ;

■ формирование концепции создания и разработка аванпроектов перспективных кораблей;

■ научно-техническое сопровождение создания кораблей, в том числе комплексная экспертиза проектов.

Целью создания НТЗ является обеспечение совершенствования и развития военно-морской техники путем получения и накопления специальных знаний, теоретической проработки и экспериментальной проверки новых идей и технических решений, отработки перспективных технологий.

Планы создания НТЗ должны формироваться и рассматриваться при участии генеральных конструкторов и утверждаться государственными заказчиками и федеральными органами исполнительной власти по предложениям научно-исследовательских учреждений (НИУ)

государственных заказчиков, Крыловского центра, а также НИИ и КБ промышленности по специализации. Создание общего НТЗ осуществляется институтами РАН, Крыловского

центра, НИИ, КБ промышленности и НИУ государственных заказчиков в ходе выполнения фундаментальных, поисковых и прикладных теоретических и экспериментальных исследований.

Основными результатами работ по созданию НТЗ являются:

■ оценка применимости и возможности внедрения результатов фундаментальных, поисковых и прикладных исследований;

■ формирование новых идей, научно-технических, технологических решений, их экспериментальная отработка;

■ отработка критических технологий;

■ разработка требований к боевым свойствам, тактико-техническим и кораблестроительным характеристикам кораблей, образцам ВТ, материалам и технологическим процессам общего применения, а также путей их практической реализации, разработка новых конструкционных материалов;

■ совершенствование методологии и методов создания кораблей, образцов ВТ, методов математического и масштабного моделирования;

■ совершенствование и развитие методов и средств испытаний.

Фундаментальные, поисковые и прикладные НИР заканчиваются выводами о работоспособности предлагаемых идей, технических и технологических решений и разработкой предложений в проекты тактико-технических (ТТЗ) или технических (ТЗ) заданий на объектно-ориентированные НИР.

Формирование объектно-ориентированного НТЗ предполагает проведение НИР для обоснования путей создания конкретных кораблей и образцов ВТ, рациональный выбор их тактико-технических характеристик (ТТХ) на основе разработанных в общем НТЗ принципов и применительно к прогнозируемым условиям эксплуатации.

НТЗ по особо сложным видам техники (энергетические установки, средства

радиоэлектронного вооружения, оружие и т.п.) должен формироваться заблаговременно для использования при проведении работ по созданию комплектующих изделий ВТ для перспективных кораблей.

Создание объектно-ориентированного НТЗ осуществляется в соответствии с планами выполнения НИР и исследовательского проектирования

в рамках государственных, целевых, комплексных или иных программ, согласованных генеральными

конструкторами. Основными результатами работ по формированию объектно-ориентированного НТЗ должны быть:

■ разработка вариантов технического облика перспективных кораблей;

■ оценка достижимых уровней боевых и эксплуатационных характеристик кораблей и образцов ВТ на планируемый период времени;

■ оценка достижимых уровней тактико-технических и технико-экономических характеристик кораблей и образцов ВТ на основе использования новых технических решений, материалов и экспериментальной базы;

■ разработка базовых технологий в обеспечение заявленных ТТХ образцов ВТ;

■ создание макетов, демонстраторов, подтверждающих реализуемость технологий;

■ разработка предложений по созданию и развитию научно-экспериментальной, производственной и испытательной баз. Следует отметить, что ситуация с созданием

у нас в стране НТЗ пока далека от идеальной. К его истощению за последние десятилетия привело отсутствие четкой и последовательной государственной политики в этой области. Государственный заказчик в лице Министерства обороны не обладает необходимыми ресурсами и полномочиями для проведения опережающих разработок в области перспективных технологий, и вынужден ограничиваться целевой поддержкой только тех НИОКР, которые необходимы при разработке конкретного проекта. Иными словами, от него можно ожидать поддержки только при разработке объектно-ориентированного НТЗ при полном отсутствии таковой в вопросах разработки общего НТЗ. Определенный вклад в создание общего НТЗ вносит военно-техническое сотрудничество, однако его потенциал в этой области на сегодняшний день практически исчерпан. Инициативные разработки предприятий также не могут кардинально изменить ситуацию в силу ограниченности финансовых возможностей и изолированности проводимых работ.

Наиболее перспективной в области поддержки работ по созданию НТЗ является возможность формирования федеральных и целевых государственных программ, которой сейчас уделяется первостепенное значение. В настоящее время отработан механизм принятия решений по планированию создания НТЗ с привлечением всех ответственных сторон, включая генеральных конструкторов, НИУ ВМФ, главного командования

ВМФ, Крыловского центра, НИИ предприятий отрасли, бюро-проектантов. Этот механизм, конечно, еще требует совершенствования, однако наряду с выпуском регламентирующих документов по порядку создания НТЗ его наличие дает повод для оптимизма.

Проведение инновационной политики, внедрение компонентов НТЗ на корабли начинается на стадии формирования концепции корабля. Для крупных и сложных кораблей регламентировано требование по выполнению аванпроекта.

В исследовательском проектировании кораблей и, соответственно, в его завершающей стадии -разработке аванпроекта корабля - широко применяется аппарат системного анализа. Одним из важнейших постулатов системного анализа является правило: «Решение по системе может быть обоснованно принято только на уровне надсистемы». Применение системного анализа при разработке сложной техники требует наличия системного интегратора, который способен ранжировать имеющиеся проблемы,

концентрировать ресурсы, выбирать критерии отбора оптимальных решений и выделять критический путь, что позволяет управлять процессом создания техники объективно и адекватно обстоятельствам и возможностям. Таким системным интегратором является Крыловский центр.

Прежде всего, аванпроекты должны в обязательном порядке выполняться для сложных кораблей

и судов ВМФ и решать следующие основные задачи: ■ рассматривать возможность использования в проекте таких инновационных технологий, которые при минимальном техническом риске позволят проектируемому кораблю достичь максимального уровня его военно-технико-экономической эффективности по решению главных задач, стоящих в ТТЗ. При этом необходимо иметь ввиду, что этот уровень будет априорно более высоким в случае, когда на выделенные на программу постройки всей серии кораблей данного проекта финансовые ресурсы можно построить возможно большее число кораблей. Известно, например, что при сравнении вариантов корабля с различными типами ГЭУ, цена корабля с АЭУ оказывается на 30-35 % больше, чем у корабля с ГТУ, а при одновременном внедрении в состав ГЭУ еще и полного электродвижения она будет еще выше.

■ разработка сбалансированного и технически реализуемого проекта ТТЗ на создание корабля, на основе всестороннего анализа его совместных действий в составе корабельных соединений для минимизации избыточного дублирования по количеству размещаемых на всех кораблях соединений средств обороны и другого вооружения, решающего одинаковые боевые функции.

Этот подход позволяет реализовать главный принцип: прежде - разработка обеспечивающих технологий и демонстрация их успешности, затем -создание концепции перспективного корабля на базе этих технологий и выполнение оценок по критерию «эффективность - стоимость».

Уровни готовности технологий создания вооружения и комплектующего оборудования необходимо строго увязывать с этапами создания

корабля, а НТЗ должен опережать идею аванпроекта. В идеальном случае к началу постройки корабля готовность всех технологий должна быть 100 %, а все необходимое вооружение и технические средства приняты государственным заказчиком и готовы к поставке [1].

Следует отметить, что в Крыловском центре с целью повышения боевой и военно-экономической эффективности перспективных боевых надводных кораблей в полной мере используется накопленный НТЗ, в том числе разработаны инновационные технические решения по применению альтернативных геометрических форм корпусов. Ниже представлены результаты проектных разработок и аванпроектов Крыловского центра [2].

Многоцелевой авианосец

Multi-role aircraft carrier

Концептуальный облик многоцелевого авианосца (рис. 1, табл. 1) разрабатывался с использованием созданного в Крыловском центре НТЗ в области корабельной архитектуры, гидродинамики, корабельной энергетики, конструктивной защиты и защиты по физическим полям. Были использованы проектно-архитектурные решения, полученные в ходе выполнения работ в рамках федеральных целевых программ, а также результаты проектных исследований инициативных НИР [3, 4]. Это позволило добиться существенного увеличения боевых возможностей корабля по сравнению с кораблями-аналогами

с близкими водоизмещением и стоимостью. В

частности, разработанный многоцелевой авианосец имеет состав авиагруппы, идентичный по типажу корабельных летательных аппаратов составу авиагрупп авианосцев с большим в 1,5-2,0 раза водоизмещением и близкую по размерам и площади полетную палубу. Корабль имеет полукатамаранную архитектуру корпуса, которая обеспечила ему ряд проектно-конструкторских преимуществ.

Универсальный десантный корабль

Landing helicopter assault ship

Концептуальный облик универсального десант-

Рис. 2. Универсальный десантный корабль

Fig. 2. Landing helicopter assault ship

Таблица 2. Тактико-технические характеристики универсального десантного корабля ТТЫбли цаг^стштико-технричеЬкие I ха рзИтерйстйкии Мм йЬороцелевого авианосца

Tablo I. Porformar

parameters of multi rolo aircraft

Водоизмещение нормальное, т

ок. 23 000

44 000

"МШ$ые размерения (по KBJI), м:

200,0 304,0 (260^,0 78,0 (38,of,5

ые свойства

23,0/8,5

уз

(экономического) хода, уз ходом, мили

чел.

составом, чел.

авиации, баллы

20+/14 28(16) 30 8000 6000 60 ок. 400 1500 7 500-900

-=г бойЁЬк; машины ш.чоты, ¿д.

1 лавная энергетическая устано - танки, ед.г

. ипррупшпгт1._ Яяттттт.т_

ОК. 50

газотурб ДВ)

шная с частичным^лштро движением, хвальная, мощности' 81 000 кВт_

авиационное вооружением 1ин_главнои энергетической установки ■ общ

нер:

щая самолетовместимос

VC1 ■н-

газотурбинная

ок. 46 летателыдвУЕипаратав.

у-33), ед.

■ не менее 45 т, ед.

■ ЩЩШИДЦед шлюпбалках, ед.

■ ■тЩ1Ш)Щ1ШШ;^1ШШ11;Касг^,сьй:Расательнь1е вертолеты,

12-14 12-14 6 4 6 12-14Ю + 2

м:

ного корабля (рис. 2, табл. 2) разрабатывался с использованием НТЗ в области проектно-архитектурных решений, гидродинамики, корабельных устройств и защиты по физическим полям, созданного в Крыловском центре в ходе выполнения инициативных НИР [5]. Корабль имеет архитектуру со сплошной полетной палубой, сдвинутым на правый борт надпалубным ангаром вертолетов и подводной частью корпуса тримаранного типа. На нем применена «сухая» единая десантная стапель-палуба (прием/высадка десантных катеров грузовым краном), носовая и бортовая аппарели для приема/выгрузки боевых

машин десанта собственным ходом. Использование НТЗ позволило при выполнении всех требований по размещению тактического подразделения морской пехоты со средствами усиления добиться обеспечения более высокого темпа высадки десанта, чем у кораблей-аналогов за счет размещения большего количества высадочных средств и использования специальных корабельных устройств (грузового портального крана, аппарелей).

Многоцелевой корвет

Multi-role corvette

Концептуальный облик многоцелевого корвета (рис. 3, табл. 3) разрабатывался с использованием НТЗ в области гидродинамики, корабельных пропульсивных комплексов и защиты по физическим полям, созданного в Крыловском центре в ходе выполнения инициативных НИР. Корабль имеет форму корпуса типа «триклин» (защищена патентом Российской Федерации), позволяющую снизить мощность главной энергетической установки и увеличить полезную нагрузку, водометные движители для действия на мелководье, усиленный состав ударного ракетного вооружения и

средств самообороны, максимальное внедрение мероприятий защиты по физическим полям. Корвет превосходит корабли-аналоги по количеству пусковых установок для ударных ракет, а также благодаря повышенной мореходности

и наличию комплекса ПРО-ПВО средней дальности.

Библиографический список

1. ПепеляевВ.В., БелоненкоВ.Ф., Капранов О.М. Методологический подход к разработке аванпроек-тов боевых кораблей // Труды Крыловского государственного научного центра. 2017.

Таблица 3. Тактико-технические характеристики многоцелевого корвета Table 3. Performance parameters of multi-role corvette

Водоизмещение полное, т ок. 2000

Главные размерения по КВЛ, м:

■ длина 110,0

■ ширина 18,0

■ осадка 3,8

Тактические и мореходные свойства:

■ максимальная скорость хода, уз 28-30

■ автономность по провизии, сут. 15

■ комплектация личным составом, чел. 90

■ мореходность, баллы 5-6

Тип главной энергетической установки газотурбинная

Вооружение, ед.:

■ ударное ракетное оружие 16-24 УВПУ

■ зенитное ракетное оружие 32 ВПУ

■ универсальная артиллерия 1 ед.х1 - 100 мм

■ зенитные автоматы 2x6 - 30 мм

■ торпедное оружие 2x4 - 324 мм

■ авиационное вооружение 1 многоцелевой вертолет

Вып. 1 (379). С. 78-85.

2. Землянов А.Б., Гаршин М.Ю., Четвертаков М.М. Современное военное кораблестроение России и перспективы его развития в XXI веке // Морской вестник. 2016. № 4. С. 117-121.

3. Сагайдаков Ф.Р., Чернецова Н.А., Гурьянов С.К. Зарубежные ВМС в 2014 г. Современное состояние и перспективы развития // Судостроение. 2015. № 4. С. 18-25.

4. Гурьянов К.В., Гурьянов С.К., Сагайдаков Ф.Р. Авианосцы нового поколения ВМС Великобритании // Судостроение. 2016. № 2. С. 18-22.

5. Курочкин Д.В. Современные десантные авианесущие корабли иностранных ВМС // Морской вестник. 2018. № 1. С. 19-26.

References

1. V. Pepelyaev, V. Belonenko, O. Kapranov. Methodological approach to conceptual design of warships // Transactions of the Krylov State Research Centre. 2017. Issue 1(379). P. 78-85 (in Russian).

2. A. Zemlyanov, M. Garshin, M. Chetvertakov. Russian naval shipbuilding: state of the art and prospects for the 21st century // Morskoy Vestnik. 2016. No. 4. P. 117121 (in Russian).

3. F. Sagaidakov, N. Chernetsova, S. Guryanov. Foreign navies in 2014. State of the art and prospects // Sudostroyeniye (Shipbuilding). 2015. No. 4. P. 18-25 (in Russian).

4. K. Guryanov, S. Guryanov, F. Sagaidakov. New-generation aircraft carriers of Royal Navy // Sudostroyeniye (Shipbuilding). 2016. No. 2. P. 18-22 (in Russian).

5. D. Kurochkin. Modern aircraft-carrying landing ships of foreign navies // Morskoy vestnik. 2018. No. 1. P. 19-26 (in Russian).

Сведения об авторах

Белоненко Валентин Федорович, начальник отдела перспективного проектирования надводных кораблей ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, 44. Тел.: 8 (812) 415-45-48. E-mail: [email protected].

Капранов Олег Маратович, заместитель начальника отделения управления системной интеграцией в области кораблестроения ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, 44. Тел.: 8 (812) 415-49-56. E-mail: [email protected].

Лицис Алексей Владимирович, начальник сектора отдела перспективного проектирования надводных кораблей ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, 44. Тел.: 8 (812) 415-4882. E-mail: [email protected].

About the authors

Valentin F. Belonenko, Head of Advanced Surface Ship Design Dept., Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoye sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: 8 (812) 415-45-48. E-mail: [email protected]. О^ М. Kapranov, Deputy Head of Naval Ship Systems' Integration Division, Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoye sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: 8 (812) 415-49-56. E-mail: [email protected].

Alexey V. Litsis, Head of Sector of Advanced Surface Ship Design Dept., Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoye sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: 8 (812) 415-48-82. E-mail: [email protected].

Поступила / Received: 07.11.18 Принята в печать / Accepted: 21.05.18 © Коллектив авторов, 2019