CC BY
137
Проектирование и конструкция судов
УДК 629.128
С.В. Антоненко
АНТОНЕНКО СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ - доктор технических наук, профессор, кафедра кораблестроения и океанотехники Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). Суханова ул. 8, Владивосток, 690950. E-mail: antonenko48@rambler.ru
Некоторые проблемы докования крупных кораблей в плавучих доках и опыт их решения
В предлагаемой статье рассматриваются особенности докования крупных надводных кораблей в плавучем доке, связанные преимущественно с обеспечением прочности корабля, опорного устройства и дока, а также с разработкой конструкции докового опорного устройства.
В последние 25 лет в России не строятся крупные надводные корабли, а почти все ранее построенные выведены из эксплуатации, частично проданы за рубеж, частично утилизированы. Постепенно уходят специалисты и утрачивается опыт докования таких кораблей. В то же время в перспективе - планы строительства эсминцев, по своим характеристикам близких к крейсерам, а также авианосцев. Снова появится необходимость докования этих кораблей. В связи с этим автор считает полезным поделиться своим опытом работ в данном направлении.
Ключевые слова: докование кораблей, обеспечение прочности, опорные устройства.
Введение
Военно-морской флот государства - мощный и дорогостоящий инструмент его внешней политики. На ВМФ возлагаются разнообразные задачи, состав которых зависит как от целей внешней политики, так и от экономических и технических возможностей страны. В число задач могут входить такие, как обеспечение безопасности гражданского судоходства, а в военное время - нарушение судоходства противника, борьба с надводными кораблями и подводными лодками противника, так называемые проекция силы, демонстрация флага за рубежом и др.
Для эффективного выполнения своих задач флот государства, претендующего на ведущие роли в мировой политике, должен быть сбалансированным по структуре, включать надводные корабли различного водоизмещения, подводные лодки, суда обеспечения и др. Этот факт хорошо понимают специалисты. Убедительные доводы о необходимости иметь сбалансированный флот приводит академик А.Н. Крылов. Позволю себе лишь одну краткую цитату из упомянутой статьи: «... возможна лишь планомерная, рассчитанная борьба флота против флота, причём флот есть органичное целое, и отсутствие в нём какого-либо типа судов или их относительная малочисленность не искупается преувеличенным развитием числа судов другого типа - их излишнее число не доставит преобладания над противником, а представит лишь напрасную трату средств, которые при более правильном соотношении были бы использованы выгоднее» [10, с. 183].
В 1970-1980-е годы в СССР велось интенсивное строительство как гражданских судов, так и боевых надводных кораблей и подводных лодок (дизель-электрических и атомных). Крупные корабли начали строиться в СССР ещё перед Великой Отечественной войной, но к её началу было
© Антоненко С.В., 2015
введено в строй лишь 4 лёгких крейсера и 5 лидеров. Заложенные линейные корабли и тяжёлые крейсера на момент начала войны имели крайне низкую степень готовности и были взорваны на стапелях [11, с. 25]. Первая послевоенная кораблестроительная программа не предполагала строительства линкоров или авианосцев, последние считались орудиями агрессии, тогда как программа носила оборонительный характер. До 1955 г. было построено 14 лёгких крейсеров проекта (пр.) 68-бис водоизмещением свыше 13 000 т (далее всюду приводится стандартное водоизмещение согласно [11], доковое водоизмещение кораблей близко к стандартному), остальные корабли были меньшего водоизмещения [11, а 27] и в настоящей работе не рассматриваются. Во второй половине 1960-х годов построены противолодочные крейсера пр. 1123 «Москва» и «Ленинград» водоизмещением 11 100 т. Первый отечественный авианесущий корабль, тяжёлый авианесущий крейсер (ТАВКР) «Киев» пр. 1143 вступил в состав Северного флота (СФ) в 1975 г., за ним последовали «Минск» и «Новороссийск», которые пришли на Тихоокеанский флот (рис. 1)*. Для Северного флота был построен ещё один корабль такого типа, получивший название «Баку» и позже переименованный в «Адмирал Горшков» (после переоборудования и передачи Индии - «Викрамадитья»). Водоизмещение этих кораблей составляло 30 500-33 000 т. После этого планировалось построить два более крупных ТАВКР «Тбилиси» и «Рига», вслед за которыми начать постройку атомных авианосцев. Но этим планам не суждено было осуществиться: лишь первый из них в настоящее время под именем «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов» (43 000 т) входит в состав Северного флота, следующий -«Ляонин» - был продан Украиной в дружественный нам Китай, а атомный ТАВКР «Ульяновск» водоизмещением свыше 60 000 т - порезан на стапеле. Все ранее построенные ТАВКР проданы за рубеж и/или переоборудованы для новых владельцев, либо за гроши разделаны на металлолом.
Рис. 1. ДОУ для ТАВКР «Минск»: слева - общий вид, справа - вид с кормы. Постановка в док,
вероятно, в 1982 г.
В 1980-е годы строились уникальные ракетные крейсера пр. 1144 водоизмещением 24 000 т с атомной энергетической установкой; в СССР было построено 3 таких корабля: «Киров», «Фрунзе» и «Калинин», причём «Фрунзе» прибыл на ТОФ, остальные - на СФ. Уже после распада СССР был введён в строй последний корабль такого типа - «Пётр Великий». Назовём ещё один уникальный корабль - КИК (корабль измерительного комплекса, иначе - большой разведывательный корабль) «Урал», имевший водоизмещение 31 600 т и обладавший атомной энергетической установкой. Для сравнения укажем, что нынешний флагман ТОФ, ракетный крейсер «Варяг» пр. 1164, имеет водоизмещение 9 300 т, а эсминцы и большие противолодочные корабли, ныне входящие в состав ТОФ, - 6 500-7 000 т.
В отличие от судов гражданского флота, докование современных средних и крупных кораблей отличается рядом особенностей, наиболее существенными представляются две. Первая:
* Все рисунки статьи впервые опубликованы: Антоненко С.В. Расчёт и проектирование доковых опорных устройств. Владивосток: Рос. таможенная академия, Владивостокский филиал, 2009. 134 с.
для кораблей характерны свешивающиеся оконечности значительной длины (и в носу, и в корме), что ставит вопрос о вероятных пиках опорных реакций на концах килевой дорожки и связанных с этим опасений за прочность судна и кильблоков. Вторая: наличие выступающих частей значительно ниже основной плоскости (обтекатели гидроакустических станций, гребные винты) не даёт возможности использовать штатные килевые дорожки плавучих доков, а требует изготовления индивидуальных опорных устройств значительной высоты, что резко увеличивает продолжительность, трудоёмкость и стоимость изготовления и демонтажа ДОУ и ставит задачу если не оптимизации конструкции ДОУ, то, по крайней мере, максимально возможного её упрощения.
Стремление снизить массу корпуса с целью усиления вооружения приводит к тому, что нагрузки на конструкции днища, допускаемые с точки зрения их прочности и устойчивости, оказываются небольшими, исключая, может быть, оконечности. Для кораблей характерна килеватая форма днища при ограниченной ширине горизонтального киля, что снижает допускаемые нагрузки на кильблоки.
Правила конструирования ДОУ и расчёты прочности при постановке кораблей и судов в сухие и плавучие доки регламентируются отраслевым нормативным документом [15]. Этот документ ориентирован скорее на проектантов, разрабатывающих доковый чертёж и выполняющих соответствующие расчёты в составе проектной документации. Хотя документ и предусматривает возможность выполнения расчётов применительно к плавучему доку, реально проектанты прорабатывают постановку в условный сухой док, а размеры и другие характеристики кильблоков и клеток принимают в соответствии с изложенными в [15] рекомендациями. Следует отметить, что фактически этот документ регламентирует «стандартные» доковые постановки, а в технически сложных случаях приходится принимать индивидуальные решения.
С ростом размеров судов растёт их гибкость, это в основном относится к надводным кораблям, у которых по сравнению с гражданскими морскими судами при одинаковой длине момент инерции поперечного сечения бывает заметно меньше. Увеличение гибкости ведёт к росту неравномерности распределения реакций килевой дорожки. Если корабль ставится в плавучий док, важную роль начинает играть продольная и поперечная жёсткость дока, которая в [ 15] учитывается весьма приближённо.
Мы уже отметили, что с большими свесами оконечностей связаны затруднения в обеспечении прочности. Типовой расчёт реакций килевой дорожки в таких случаях даёт пики опорных реакций на ее концах с вероятным выходом за допустимые пределы (рис. 2). Действующий руководящий документ [15, с. 40] предлагает для таких случаев изменять параметры килевой дорожки с пересчётом её реакций. «Принципиально возможны 3 пути решения данной задачи:
- увеличение несущей способности килевой дорожки на участках повышенных реакций за счёт уменьшения шага, использования кильблоков большой несущей способности или дополнительных клеток;
- введение сминающихся прокладок в конструкцию кильблоков на участках повышенных реакций или создание участков с меняющейся жёсткостью кильблоков по длине дорожки для перераспределения реакций;
- придание особой формы верхней поверхности килевой дорожки, т.е. использование зазоров между килевой дорожкой и корпусом судна для перераспределения реакций».
Заметим, что в п. 2, по сути, объединены два принципиально различных технических решения: сминающиеся прокладки и килевые дорожки переменной жёсткости. При этом документ не определяет критериев выбора того или другого способа в зависимости от конкретных условий, хотя и утверждает, что «при больших свесах оконечностей основным путём решения задачи является уменьшение жёсткости кильблоков к концам дорожки, в первую очередь путём введения в их конструкцию сминающихся прокладок».
Рис. 2. Кормовая часть килевой дорожки
В разделе, посвящённом приближённому расчёту реакций ДОУ, предлагается следующее: «Если величина реакций докового опорного устройства в районе свесов корпуса судна превышает допустимые, то пик реакций может быть устранён либо увеличением длины килевой дорожки, либо введением более прочных и более часто расположенных кильблоков и клеток... Устранение пиков реакций может быть произведено также выкладкой килевой дорожки переменной жёсткости или одним из способов, приведённых ниже.
Способ № 1 - Введение параболического зазора между днищем корпуса и верхней кромкой килевой дорожки. Дорожка в этом случае должна быть выпуклой.
Способ № 2 - Установка сминающихся прокладок в районе действия максимальных реакций» [15, с. 60].
В плавучем доке, в дополнение к вышеуказанным способам, предлагается использовать балластировку понтонов дока в районе перегруженных участков.
В обстоятельном труде [8, с. 169-170] предлагаются те же принципиальные решения, однако отмечено (на наш взгляд, безосновательно), что «последний вариант неудобен, потому его следует использовать как исключение». Стоит отметить, что автор этого утверждения Г.Н. Финкель, принимавший участие в разработке отраслевой нормали ОН9-964-69, многие положения которой вошли в более поздний документ [15], указывает, что свесы оконечностей могут быть конструктивными (килевая линия значительно меньше длины судна) и эксплуатационными (длинное судно в коротком доке), но не делает никаких различий в способах снижения пиков реакций для этих вариантов.
Руководящий документ требует при выходе реакций за допустимые пределы «в первую очередь подпереть большие свешивающиеся части клетками, если они не предусмотрены доковым чертежом. Уменьшить давление на кильблоки можно также дополнительной балластировкой понтонов в районе рассматриваемого конца килевой дорожки, следя при этом за изменением изгибающих моментов. Кроме этих мер можно увеличить допустимую погонную нагрузку за счёт более частой установки кильблоков в районе перегруженных концов килевой дорожки» [16, с. 64].
Вопросы применения сминающихся прокладок и расчёта ДОУ с ними подробно рассмотрены в [6], содержащей обширный теоретический и экспериментальный материал.
Возможности регулирования напряжённо-деформированного состояния системы судно-стальной плавучий док, в том числе уменьшения реакций на концах килевой дорожки, за счёт рационального распределения балласта по понтонам дока рассматривает В.Ф. Лапинский [12]. Автор проводил исследования в стальных плавучих доках Ильичёвска и Одессы при доковании крупнотоннажных судов.
П.Я. Павлов и Г.Т. Карнаухов [13] при выходе реакций за допустимые пределы предлагают устанавливать дополнительные упоры, производить перебалластировку дока, увеличивать количество кильблоков. В другом, более позднем, издании рекомендации несколько изменены: уменьшения действующих или увеличения допускаемых реакций можно достичь установкой дополнительных опор в районе свешивающихся частей судна, дополнительной перебалластировкой понтонов, специальной выкладкой кильблоков или установкой сминающихся прокладок. Применение сминающихся прокладок необходимо в случаях постановки судов с большими свесами оконечностей или повреждённых судов. Правильность принятого решения проверяют расчётом [14].
Ю.М. Гуткин предлагает методику расчётного обоснования ДОУ для крупного корабля с большими свесами обеих оконечностей [7]. В качестве способов регулирования опорных реакций (ограничения их пиковых значений) в сухом доке он рассматривает килевые дорожки переменной жёсткости, сминающиеся прокладки, профилирование килевой дорожки. Последний способ он считает наиболее эффективным, полагая, однако, что строительной погибью судна в ряде случаев можно пренебречь.
Итак, можно сделать вывод, что вопросы обеспечения прочности судна и килевой дорожки при наличии свешивающихся оконечностей большой длины интересовали многих авторов, однако предлагаемые решения противоречивы, недостаточно конкретны и обоснованы, не учитывают ряд важных особенностей, о которых пойдёт речь ниже.
В настоящей работе рассматриваются исследования некоторых вопросов докования крупных кораблей в крупнейшем в мире трёхсекционном плавучем доке ПД-41 японской постройки грузоподъёмностью 80 000 т. Основные характеристики этого дока таковы:
- длина по стапель-палубе 304,8 м;
- длина концевой секции 50,4 м;
- ширина стапель-палубы 71 м;
- ширина на миделе 84 м;
- ширина концевых секций 99 м;
- высота понтона в ДП 7,4 м;
- высота борта до топ-палубы 28,6 м;
- осадка рабочая 6,6 м;
- осадка максимальная 23,9 м.
Некоторые особенности докования крупных кораблей в плавучем доке
Выше было отмечено, что с точки зрения постановки в док для кораблей характерны такие особенности, как большие свесы оконечностей и выступающие части ниже основной плоскости. Кроме того, местная прочность конструкций днища может оказаться недостаточной для безопасного восприятия нагрузок от доковых опор. Определённые сложности также связаны с ограниченной шириной горизонтального киля, что неблагоприятно влияет на прочность килевой дорожки.
Но имеются и другие немаловажные особенности. Нагрузка масс корабля сосредоточена преимущественно в его средней части, тогда как масса оконечностей относительно невелика. Натурные измерения, выполненные в Николаеве под руководством проф. В.П. Суслова [9] и во Владивостоке при участии автора [1, 2], показали, что у кораблей появляется строительный прогиб (подъём оконечностей), который может не только уменьшить пик реакций от свесов, но и полностью его ликвидировать. Здесь проявляется различие между конструктивными и
эксплуатационными свесами, упомянутое Г.Н. Финкелем (см. выше): при конструктивных свесах характерен общий строительный прогиб корпуса, при эксплуатационных нередко встречается перегиб, по крайней мере в пределах килевой дорожки, а нагрузка масс в оконечностях (машинное отделение с надстройкой - в корме, балласт - в носу) больше, чем в средней части. Следствием этих различий является то обстоятельство, что реальные трудности с обеспечением прочности возникают при эксплуатационных свесах, тогда как при конструктивных свесах трудностей может и не быть. Но в специальной литературе это обстоятельство не упоминается.
Широкое использование в корпусах кораблей, даже сравнительно малого водоизмещения, сталей повышенной прочности приводит к небольшим толщинам конструктивных элементов, что усложняет обеспечение их прочности и особенно устойчивости при постановке в док. Это характерно в первую очередь для средней части корабля.
Применительно к крупным кораблям отметим ещё одно обстоятельство, учёт которого может дать значительную экономию при подготовке ДОУ. Опорное устройство для таких кораблей является разовым и весьма материалоёмким. После выхода корабля из дока лесоматериал, использованный для изготовления килевой дорожки и боковых клеток, в значительной мере окажется невостребованным для следующих доковых комплектов и потому подлежит списанию. Следовательно, можно допустить повышенные давления на деревянные подушки, которые приведут к их перегрузке, если, конечно, такие давления не опасны для корпуса корабля. Естественно, повреждений штатных кильблоков, которые должны использоваться многократно, необходимо избегать. Нормативные документы не предусматривают такой возможности, что может оказаться препятствием к использованию этой рекомендации.
Опыт разработки ДОУ для авианесущих кораблей
Кроме вышеназванных сложностей, дальневосточные судоремонтники столкнулись ещё с одной. Глубина котлована в месте установки дока ПД-41 недостаточна и не позволяет погрузиться доку по предельную осадку, в отличие от подобного дока ПД-50, эксплуатирующегося на Северном флоте. Это потребовало, с одной стороны, принять высоту килевой дорожки минимально возможной по условиям ввода корабля в док (около 2,5 м), с другой - потребовать устранения дифферента и получения минимальной осадки корабля, для чего было необходимо принять 2 000 т балласта. При разрешённой глубине погружения «докмейстерский зазор» при вводе корабля в док составлял 120 мм в носу и 200 мм в корме при регламентируемом зазоре 300 мм. Но при более детальной проработке вопросов докования конструкторы обнаружили, что стрелка поперечного прогиба понтона под действием реакций килевой дорожки, определённая по имеющимся рекомендациям, составила 250 мм, тогда как минимальный зазор между самой нижней точкой выступающих частей и стапель-палубой дока в ненагруженном состоянии был принят равным 200 мм. В связи с наличием протяжённого разрыва в килевой дорожке имелись опасения, что вследствие изгиба понтона и деформации подушек кильблоков корабль сядет на стапель-палубу и получит серьёзные повреждения. Однако выполненная нами оценка изгиба стапель-палубы показала безосновательность этих опасений.
В ходе подготовки к первой постановке ТАВКР «Минск» в док по требованию проектанта корабля нами были выполнены расчёты реакций ДОУ применительно к доковому чертежу, разработанному конструкторами специального конструкторского бюро (СКБ) во Владивостоке на основе чертежа проектанта. Как известно, разработчики проектов кораблей и судов выпускают чертёж постановки в док и соответствующие ему расчёты, но для условного сухого дока. В ответственных случаях требуется выполнять такие расчёты для реального дока и его опорного устройства. Кроме того, были проведены испытания деревянных брусков под прессом. Дело в том, что проектант предусматривал использование дубовых кильблоков, но получение требуемых 300 м дубовых брусьев необходимого качества оказалось затруднительным. В состав штатных кильблоков входят брусья яванской сосны, свойства которой нам не были достоверно известны. Как вариант рассматривалась также возможность использования ясеня вместо дуба. Испытания
показали, что жёсткость штатных кильблоков чрезмерно велика. Это приведёт к неравномерному распределению опорных реакций и, вполне возможно, к повреждениям днища корабля. Ясень же по характеристикам прочности и жёсткости оказался близок к дубу.
Дополнительно нами были выполнены натурные измерения просадок штатных кильблоков при постановке в док большого противолодочного корабля «Ташкент», которые дали удовлетворительное согласование с результатами испытаний брусков. Это придало уверенности в правильности предварительных расчётов.
При наибольшей длине корабля свыше 270 м длина килевой дорожки составляла 190 м, при длине свешивающихся оконечностей по 40 м. Но согласно ранее выполненным измерениям, результаты которых были отражены в чертеже постановки корабля в Северный док в Севастополе, корабль имел строительный прогиб, который с лихвой компенсировал перегиб от свесов. Кроме того, важно было получить неравномерное распределение реакций килевой дорожки по её длине, соответствующее местной прочности днища корабля, которая в оконечностях в несколько раз выше, чем в средней части.
Доковый чертёж предусматривал постановку корабля на три штатные дорожки, центральную и боковые, удалённые от ДП на 8,5 м. Штатные кильблоки всех семи дорожек дока имеют размеры в плане 2,25-1,2 м при проектной допускаемой нагрузке 540 т. Дополнительно в корме набирались 3 пары клеток размерами в плане 2-2 м, причём верхнюю часть последней клетки высотой 2 м предусматривалось набирать уже после всплытия дока. Общее количество кильблоков центральной и боковых дорожек составляло 169. Конструкция кильблоков включала дополнительные деревянные подушки со стальными наголовниками, на которых набиралась деревянная прокладка. Понятно, что для монтажа и демонтажа ДОУ вокруг каждой опоры требовалось изготавливать рештования.
Первое докование корабля, которое состоялось в июне 1980 г., прошло успешно. При этом были выполнены натурные измерения, которые включали определение просадок кильблоков и клеток, измерение продольного и поперечного изгиба стапель-палубы дока с помощью нивелира и общего продольного изгиба корабля при постановке в док (нивелированием по верхней палубе) [4, 5].
При последующих докованиях согласование докового чертежа с проектантом корабля не требовалось. Практика показала настоятельную необходимость совершенствования ДОУ. Пожалуй, основная задача состояла в смягчении ограничений по посадке корабля. Важность этого проявилась позднее, поскольку с годами водоизмещение кораблей («Минск» и «Новороссийск») существенно возросло. Но важно было также уменьшить количество опор в составе ДОУ, трудоёмкость их изготовления и потребность в древесине твёрдой породы.
Было принято решение принципиально изменить конструкцию опор. Вместо традиционных опор с размещением деревянной подушки в верхней части опоры использовались опоры с металлическим верхом, предложенные на Дальзаводе (авт. свид. СССР № 413089). Впервые, видимо, они были использованы при доковании трёх китобойных судов пр. 393, «Важный», «Звёздный» и «Иван Носенко» в конце 1969 г. и хорошо себя зарекомендовали. Большую роль в распространении опор с металлическим верхом (и внедрении на Дальзаводе многих других усовершенствований) сыграл Е.И. Козлов, который через некоторое время возглавил доковую группу Приморского ЦКБ. Благодаря тому, что опоры новой конструкции передавали нагрузку непосредственно на жёсткие связи днищевых перекрытий, не загружая наружную обшивку, они позволили значительно увеличить допускаемые нагрузки на судно и уменьшить количество кильблоков и клеток. Попутно решалась другая задача: резкое уменьшение трудоёмкости изготовления (и демонтажа) ДОУ, поскольку подушка набиралась на высоте 1,5 м, а нужная высота достигалась установкой на подготовленную подушку штатного металлического основания. Но использованию таких опор на других судоремонтных предприятиях, очевидно, мешал «груз традиций», психологический барьер. З.И. Ларина, руководившая корпусным отделом СКБ, главный конструктор СКБ Г.М. Мурзин и начальник ПД-41 А.П. Проломов в итоге поддержали предложение использовать опоры с металлическим верхом, хотя ленинградские специалисты, получившие информацию об этих предложениях, отнеслись к ним с опаской.
Уменьшение количества опор позволило избавиться от набора высоких клеток и намного уменьшить длину боковых дорожек. Благодаря увеличению зазора между гребными винтами корабля и кормовыми клетками появилась возможность уменьшить количество принимаемого балласта (на 1300-1400 т) и вводить в док корабль с дифферентом на корму 1,5-2,0 м. Тем самым были практически сняты ограничения по посадке кораблей.
В итоге при доковании корабля в 1982 г. общее количество опор было уменьшено со 169 до 87. Высокие клетки не набирались. Заметим попутно, что установку дополнительных опорных конструкций (подстав, клеток) после всплытия дока, часто практикуемую при наличии свешивающихся оконечностей большой длины, мы считаем даже не бесполезной - скорее вредной, поскольку воспринимаемые ими нагрузки не регулируются и будут или незначительными (дополнительные клетки), или опасными (подставы жёсткой конструкции).
ДОУ проектировалось на заданную кривую реакций, которая учитывала допускаемые нагрузки на днище корабля и прочность кильблоков. Эта кривая обеспечивалась профилированием, которое учитывало результаты нивелирования килевой линии, выбором материала и конструкции деревянной подушки. В оконечностях были использованы кильблоки твёрдой породы, в средней части - мягкой породы, на боковых дорожках брусья укладывались с промежутками. Среднее расчётное давление на кильблоки в оконечностях составляло 2,17 МПа, в средней части - 1,41 МПа, на боковых дорожках - 1,34 МПа. Это выше, чем допускается нормативными документами, но оправдано особенностями, о которых было сказано выше (рис. 3-5).
Рис. 3. Конструкция кормовых кильблоков. На штатном кильблоке набрана подушка из ясеня (в средней части - из сосны) с сосновой прокладкой, поверх которой установлено металлическое основание
Рис. 4. Конструкция кильблока боковой дорожки. На штатном кильблоке ряд сосновых брусьев уложен с промежутками, затем - без промежутков, сверху установлено металлическое основание
Рис. 5. Работа деревянной подушки бокового кильблока по принципу сминающейся прокладки
Отметим ещё одну деталь. Боковые дорожки дока расположены на расстоянии 8,5 м от ДП, а днищевые стрингеры корабля - на 7,5 и 10,0 м. Было предложено сдвинуть боковые кильблоки в сторону ДП на 0,7 м с таким расчётом, чтобы их положение было относительно благоприятным и для корабля, и для дока. Количество брусьев в ряду было принято таким, чтобы при расчётном давлении на них нагрузки на корпуса корабля и дока не вышли за допустимые пределы.
Работы по совершенствованию ДОУ для ТАВКР продолжались вплоть до их последнего докования в 1992 г. За эти 10 лет водоизмещение кораблей выросло по сравнению с 1982 г. на 1015 %. Тем не менее количество кильблоков центральной дорожки удалось уменьшить до 52, а боковых дорожек - до 11 пар, т.е. с 87 до 74, при полном отказе от использования дуба или ясеня.
Докование других кораблей
Выполненные теоретические и экспериментальные исследования [4, 5] позволили разработать практические рекомендации [3] и для других крупных кораблей. Мы здесь не останавливаемся на специфике расчёта реакций ДОУ в больших плавучих доках. Обратим внимание лишь на то, что традиционная схема, которая может дать удовлетворительные результаты в сухих и сравнительно небольших плавучих доках, в случае больших понтонных плавучих доков способна привести к серьёзным ошибкам. Подробнее об этом говорится, например, в [2].
Сходные задачи пришлось решать для ТРКР «Фрунзе» (ныне «Адмирал Лазарев»). Корабль имеет носовой свес длиной около 45 м и массой около 1500 т и кормовой свес соответственно 35 м и 2500 т. Кроме того, во время пребывания автора в Кронштадте в 1983 г., когда корабль находился в доке им. Велещинского, было замечено наличие значительного строительного прогиба, который не был отражён в доковом чертеже проектанта. При разработке проекта докования нами совместно с СКБ был проведён сравнительный анализ 15 вариантов ДОУ. Принятый вариант вызвал недоумение у проектантов корабля, поскольку предусматривал использование бруса твёрдых пород в оконечностях и мягких - в средней части, что противоречило традициям Северного ПКБ: сминающиеся прокладки в районе свесов и твёрдая порода в средней части. Стоило определённых трудов переубедить их. Мало того, что в большом плавучем доке из-за малой поперечной жёсткости сминающиеся прокладки неэффективны - это грозит еще и нарушением местной прочности в средней части корабля. Следовало также иметь в виду, что изгибная жёсткость крейсера заметно меньше, чем авианесущего корабля.
Анализировались варианты как с отсутствием строительной погиби корабля, так и с наличием прогиба со стрелкой 100 и 200 мм. Можно было бы попытаться уточнить величину прогиба, измерив осадки корабля на плаву, но это не было сделано. Тем не менее предложенный вариант был не слишком чувствителен к строительной погиби.
Разработанное ДОУ состояло из 38 кильблоков и 6 пар боковых клеток размерами в плане 2х2 м; все опоры были с металлическим верхом, в том числе в районах с лекальными обводами; в последнем случае они обязательно должны опираться на узел соединения двух прочных связей, например стрингера и флора. Конструкция клетки не должна быть более прочной, чем корабля в месте её установки. Ввиду ограниченной глубины котлована, здесь также стояла задача минимизировать высоту ДОУ. Для этого следовало избегать установки клеток вблизи оконечностей и на большом удалении от ДП. Корабль вводился в док вблизи одной из башен и наводился на ДОУ лагом, что также ограничивало удаление клеток.
Докование в целом прошло успешно, опорные реакции не вышли за допустимые пределы. Как и при доковании авианесущих кораблей, выполнялись натурные измерения по программе, кратко изложенной выше. Не было только возможности определить изгиб судна при постановке в док нивелированием ввиду отсутствия открытого участка палубы достаточной длины. Измерения подтвердили факт наличия общего строительного прогиба корпуса корабля, но стрелка его оценивается в 400 мм.
Определённый интерес представляет также постановка в док корабля измерительного комплекса (КИК) «Урал» с атомной энергетической установкой. По своим размерениям и доковому водоизмещению он близок к авианесущим кораблям, но, в отличие от них, имеет свешивающиеся оконечности меньшей длины. Не было и жёстких требований к посадке корабля, поскольку запас глубины воды под днищем был достаточным. В отличие от кораблей, о которых шла речь выше, «Урал» ставился не на центральную, а на боковую дорожку, со смещением ДП корабля относительно ДП дока на 17,5 м. При этом зазор между бортом и башней дока составлял 3 м (что допускается инструкцией по эксплуатации дока), бортовые дорожки располагались несимметрично относительно ДП корабля: на расстояниях 9,0 и 8,1 м от ДП. Большой запас грузоподъёмности дока и ширина его стапель-палубы позволяли одновременно принять вместе с «Уралом» несколько других кораблей.
Проектант настоял на том, чтобы в состав ДОУ было включено несколько дополнительных клеток, мотивируя это низкой прочностью днища. При строительстве корабля выполнялись измерения деформаций корпуса (что, возможно, связано с его назначением, требующим согласованной работы оборудования; на атомных крейсерах, которые строились на том же Балтийском заводе, такие измерения, надо полагать, не велись, хотя контроль положения судна на стапеле в процессе формирования корпуса, безусловно, проводился). По информации проектанта, измеренный прогиб составил приблизительно 200 мм. Эта величина была признана слишком большой, и в доковом чертеже была указана существенно меньшая цифра. Перед постановкой корабля в док были определены осадки в носу, на миделе и в корме с двух бортов и рассчитана ожидаемая упругая линия при постановке в док (изгиб корпуса под действием снятых сил поддержания и появившихся реакций ДОУ). Прогиб корабля получился близким к 300 мм. Ординаты профилирования ДОУ, указанные в проектном чертеже, были пропорционально пересчитаны. Результаты натурных измерений подтвердили предварительно найденную стрелку прогиба, но действительная форма килевой линии отличалась от указанной в чертеже.
Заключение
Немногочисленность крупных надводных кораблей в российском ВМФ и специфические особенности, связанные с постановкой их в док, привели к тому, что теоретические и практические вопросы их докования проработаны довольно слабо. По имеющимся данным, опорные устройства для таких кораблей (и кораблей меньшего водоизмещения - БПК, эсминцев и др.), как правило, отличаются сложностью и высокой стоимостью. Если подготовка ДОУ для гражданских судов в плавучем доке часто ограничивается расстановкой боковых клеток и, возможно, изменением положения некоторых кильблоков, то трудоёмкость этой работы для кораблей многократно возрастает. Но опыт показывает, что здесь имеются значительные резервы, выявление которых может дать высокий экономический эффект. В данной работе приведены некоторые сведения об опыте докования наиболее крупных кораблей отечественного ВМФ.
Стандартная процедура расчётов постановки судна в док предполагает определение реакций килевой дорожки заданной конструкции и при неудовлетворительных результатах -принятие тех или иных мер по ограничению опорных реакций. Автор считает, что в сложных случаях (что в полной мере относится к крупным кораблям) целесообразно проектировать ДОУ на заданную кривую реакций с обязательным учётом боковых клеток. При этом эффективны доковые опоры с металлическим верхом, также могут быть полезны известные способы регулирования и ограничения реакций: профилирование ДОУ, опорные устройства переменной жёсткости, в том числе со сминающимися прокладками, применённые в разумных сочетаниях.
Здесь мы не затрагивали разработки, которые выполнялись нами для планировавшихся к постройке авианесущих кораблей (шестого, аналогичного ТАВКР «Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов», и восьмого, атомного, строительство которого так и не началось). Также обойдены вниманием разработки по совместным постановкам одного крупного и нескольких более мелких судов. Не рассматривались вопросы прочности дока при доковании таких кораблей и ряд других, которые выходят далеко за рамки данной статьи.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аникин Е.П., Антоненко С.В. Некоторые результаты экспериментального изучения опорных реакций в сухих доках // Судостроение. 1978. № 10. С. 72-75.
2. Антоненко С. Докование судов. Теория и практика. (Рус. яз.) Saarbrücken, Deutschland, LAP Lambert Academic Publishing, 2012. 300 с.
3. Антоненко С.В. Обеспечение прочности при доковании кораблей // ВМФ и судостроение в современных условиях: сб. материалов междунар. конф. NSN-96. СПб., 1996.
4. Антоненко С.В. Опыт постановки в плавучий док судов с большими свесами оконечностей // Судостроение. 2010. № 3. С. 62-67.
5. Антоненко С.В. Постановка в плавучий док судов с большими свесами оконечностей // Судостроение. 2010. № 5. С. 59-62.
6. Архангородский А.Г., Беленький Л.М., Литвин А.Б. Сминающиеся прокладки в судостроении и судоремонте. Л.: Судостроение, 1966. 132 с.
7. Гуткин Ю.М. О регулировании давлений от судов с большими свесами на доковые опорные устройства в сухих доках // Судостроение. 2008. № 3. С. 56-60.
8. Козляков В.В., Финкель Г.Н., Хархурим И.Я. Проектирование доковых опорных устройств. Л.: Судостроение, 1973.176 с.
9. Кочанов Ю.П., Суслов В.П. Прочность судов при спуске с продольных стапелей и некоторые вопросы строительной механики корабля // Тр. НКИ. 1970. С. 20-29. [Юбилейный выпуск].
10. Крылов А.Н. Мои воспоминания. 7-е изд. Л.: Судостроение, 1979. 480 с.
11. Кузин В.П., Никольский В.И. Военно-морской флот СССР 1945-1991. СПб.: Историческое морское общество, 1996. 614 с.
12. Лапинский В.Ф. Расчёт системы док-судно. М.: Транспорт, 1967. 144 с.
13. Павлов П.Я., Карнаухов Г.Т. Эксплуатация доков. М.: Транспорт, 1968. 136 с.
14. Павлов П.Я., Рогулин А.Н. Эффективность эксплуатации доков. М.: Транспорт, 1987. 176 с.
15. РД5-076.011-82. Корпуса кораблей и судов. Методы расчёта прочности. Расчёт на ЭВМ общей и местной прочности кораблей и судов при постановке в сухой и плавучий доки. Л., 1982. 237 с.
16. Сборник общих инструкций по эксплуатации судоподъёмных средств ВМФ. М.: Воениздат, 1973. 176 с.
THIS ARTICLE IN ENGLISH SEE NEXT PAGE
Ship Design and Construction
Antonenko S.V.
SERGEY V. ANTONENKO, Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Shipbuilding and Ocean Technique, School of Engineering, Far Eastern Federal University, Vladivostok. 8 Sukhanova St., Vladivostok, Russia, 690950, e-mail: antonenko48@rambler.ru ,
Some problems of docking large vessels into floating docks and the experience of their solution
The paper is concerned with the peculiarities of docking a large surface vessel into a floating dock involving mainly those of affording the strength of the ship, the strength of the support structure, and that of the dock as well as the development of the construction of the dock support structure (DSS). In the last 25 years, Russia has not built large surface ships and almost all made previously have been withdrawn, part of them being sold abroad or scrapped. Professionals leave the industry and the experience of putting ships into docks is being lost. However, in sight is the construction of destroyers similar in characteristics to cruisers and that of aircraft carriers. That will generate a need to dock ships. In this connection, the author considers it useful to share his experience in the field.
Key words: docking, vessels, strength securing, dock support.
REFERENCES
1. Anikin E.P., Antonenko S.V. Some results of the experimental study of the support reactions in dry docks. Shipbuilding. 1978;10:72-75. (in Russ). [Anikin E.P., Antonenko S.V. Nekotorye rezul'taty jeksperimental'nogo izuchenija opornyh reakcij v suhih dokah // Sudostroenie. 1978. № 10. S. 72-75].
2. Antonenko S. Docking of vessels. Theory and practice. Saarbrücken, Deutschland, LAP Lambert Academic Publishing, 2012, 300 p. (in Russ). [Antonenko S. Dokovanie sudov. Teorija i praktika. (Rus. jaz.) Saarbrücken, Deutschland, LAP Lambert Academic Publishing, 2012. 300 s.].
3. Antonenko S.V. Providing strength docking ships. Navy shipbuilding in modern conditions: Proceedings of the International Conference NSN-96. SPb., 1996. (in Russ). [Antonenko S.V. Obespechenie prochnosti pri dokovanii korablej // VMF i sudostroenie v sovremennyh uslovijah: sb. materialov mezhdunar. konf. NSN-96. SPb., 1996].
4. Antonenko S.V. Experience in setting floating dock ships with large overhangs extremities. Shipbuilding. 2010;3:62-67. (in Russ). [Antonenko S.V. Opyt postanovki v plavuchij dok sudov s bol'shimi svesami okonechnostej // Sudostroenie. 2010. № 3. S. 62-67].
5. Antonenko S.V. Camp floating dock ships with large overhangs extremities. Shipbuilding. 2010;5:59-62. (in Russ). [Antonenko S.V. Postanovka v plavuchij dok sudov s bol'shimi svesami okonechnostej // Sudostroenie. 2010. № 5. S. 59-62].
6. Arhangorodsky A.G., Belenky L. M., Litvin A.B. Crushes laying in shipbuilding and ship repair. Leningrad, Shipbuilding, 1966, 132 p. (in Russ). [Arhangorodskij A.G., Belen'kij L.M., Litvin A.B. Sminajushhiesja prokladki v sudostroenii i sudoremonte. L.: Sudostroenie, 1966. 132 s.].
7. Gutkin Yu. On the regulation of the pressure vessels with large overhangs on the dock supporting devices in dry docks. Shipbuilding. 2008;3:56-60. (in Russ). [Gutkin Ju.M. O regulirovanii davlenij ot sudov s bol'shimi svesami na dokovye opornye ustrojstva v suhih dokah // Sudostroenie. 2008. № 3. S. 56-60].
8. Kozlyakov V.V., Finkel G.N. Harhurim I.J. Design dock supporting devices. Leningrad, Shipbuilding, 1973, 176 p. (in Russ). [Kozljakov V.V., Finkel' G.N., Harhurim I.Ja. Proektirovanie dokovyh opornyh ustrojstv. L.: Sudostroenie, 1973. 176 s.].
9. Kochanov Yu. P., Suslov V.P. The strength of the courts during the descent from the longitudinal stocks and some problems of structural mechanics of the ship. Proceedings of the NCI, 1970:20-29. [Anniversary Issue]. (in Russ). [Kochanov Ju.P., Suslov V.P. Prochnost' sudov pri spuske s prodol'nyh stapelej i nekotorye voprosy stroitel'noj mehaniki korablja // Tr. NKI. 1970. S. 20-29. [Jubilejnyj vypusk].
10. Krylov A.N. My memory. 7th ed. Lenigrada, Shipbuilding, 1979, 480 p. [Krylov A.N. Moi vospominanija. 7-e izd. L.: Sudostroenie, 1979. 480 s.].
11. Kuzin V.P., Nickolskij V.I. Soviet Navy 1945-1991. SPb., Maritime Society, 1996, 614 p. (in Russ). [Kuzin V.P., Nikol'skij V.I. Voenno-morskoj flot SSSR 1945-1991. SPb.: Istoricheskoe morskoe obshhestvo, 1996. 614 s.].
12. Lapinsky V.F. Calculation of docking ship. M., Transportation, 1967, 144 p. (in Russ). [Lapinskij V.F. Raschjot sistemy dok-sudno. M.: Transport, 1967. 144 s.].
13. Pavlov P.Y., Karnaukhov G.T. Operation docks. M., Transportation, 1968, 136 p. (in Russ). [Pavlov P.Ja., Karnauhov G.T. Jekspluatacija dokov. M.: Transport, 1968. 136 s.].
14. Pavlov P.Y., Rogulin A.N. Operational efficiency docks. M., Transportation, 1987, 176 p. (in Russ). [Pavlov P.Ja., Rogulin A.N. Jeffektivnost' jekspluatacii dokov. M.: Transport, 1987. 176 s.].
15. RD5-076.011-82. Cases of ships and vessels. Methods for calculating the strength. Calculation of computer general and local strength of ships and vessels in the formulation in the dry and floating docks. L., 1982, 237 p. (in Russ). [RD5-076.011-82. Korpusa korablej i sudov. Metody raschjota prochnosti. Raschjot na JeVM obshhej i mestnoj prochnosti korablej i sudov pri postanovke v suhoj i plavuchij doki. L., 1982. 237 s.].
16. Proceedings of general instructions for use of ship lifting means of the Navy. Moscow, Military Publishing, 1973, 176 p. (in Russ). [Sbornik obshhih instrukcij po jekspluatacii sudopodjomnyh sredstv VMF. M.: Voenizdat, 1973. 176 s.].
