CC BY-NC
31
ОТ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА
EDITORIAL
© В.С. Никитин
© V.S. Nikitin
О ВАЖНОСТИ СОЗДАНИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДЕЛА В СУДОСТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ
ON IMPORTANCE OF ADVANCED R&D FOR SHIPBUILDING INDUSTRY
Б01: 10.24937/2542-2324-2017-4-382-5-10
Важность создания научно-технического задела в кораблестроении и судостроении сегодня невозможно отрицать. Работами по созданию научно-технического задела в судостроении фактически формируется фундамент для успешного проектирования кораблей с основными параметрами, соответствующими или превышающими мировой уровень и тем самым обеспечивающими конкурентоспособность отечественных судов на внешнем и внутреннем рынках. Анализ достигнутых результатов работ по созданию научно-технического задела позволяет уверенно прогнозировать успешное совершенствование характеристик кораблей и судов в ближайшие десятилетия.
Парадоксально, но при этом даже в узких профессиональных кругах все еще можно услышать мнение, что начало жизненного цикла высокотехнологичных объектов, в том числе кораблей и судов, начинается с этапа конструирования, а вовсе не с научно-исследовательских работ. А ведь только научные изыскания позволяют по-настоящему разрабатывать новую инновационную продукцию, а если начинать делать это уже на стадии проектирования, то параметры изделий получится улучшить незначительно - всего лишь на 5-10 %. Понятно, что это более чем скромный показатель, особенно если принимать в расчет стоимость заказа новой техники, а также острейшую на сегодняшний день необходимость обеспечения конкурентоспособности отечественной продукции на международном рынке как в гражданском судостроении, так и военном кораблестроении. Более того, мировой опыт показывает, что выполнение опытно-конструкторских работ при недостаточном научно-техническом заделе приводит к значительным проблемам на всех стадиях создания новой высокотехнологичной военной техники: увеличиваются сроки ее строительства,
повышаются стоимость разработки и стоимость закупки финальных образцов по сравнению с первоначальной оценкой. В условиях постоянно усиливающейся мировой гонки технологий российские создатели перспективных образцов кораблей и судов просто не могут позволить себе такой растраты временных и финансовых ресурсов. Поэтому наиболее рациональным является формирование научно-технического задела до начала проектирования, как это показано на рис. 1. Цифрами указаны уровни готовности технологий в соответствии с таблицей.
Можно без преувеличения сказать, что научно-технический задел является национальным достоянием. Высокий научно-технический уровень опережающего задела в судостроении обеспечивается за счет трансфера технических достижений из других отраслей науки и техники (рис. 2). И тот факт, что его создание поддерживается на самом высоком государственном уровне, дает возможность положительно оценивать перспективы развития отечественной судостроительной и кораблестроительной отрасли; еще несколько лет назад положение было совсем иным. Сегодня утвержден «Перечень приоритетных направлений фундаментальных, прогнозных и поисковых исследований в интересах обеспечения обороны страны и безопасности государства на период до 2025 года». Государственная программа «Развитие оборонно-промышленного комплекса», предусматривает увеличение доли инноваций в общем объеме продукции до 39,6 % к 2020 году. Она включает 196 НИОКР, из которых 53 приходятся на долю Кры-ловского государственного научного центра. Кроме того, реализуется государственная программа «Развитие судостроения и техники для освоения шельфовых месторождений на 2013-2030 годы», важнейшей задачей которой определено «создание
Рис. 1. Создание и реализация НТЗ на стадиях жизненного цикла морской техники
Fig. 1. Development & implementation of advanced technologies versus life cycle phases
опережающего научно-технического задела и технологий, необходимых для создания перспективной морской и речной техники». При этом особый акцент делается на уникальных плавсредствах для освоения месторождений углеводородов на континентальном шельфе замерзающих морей Арктики и Дальнего Востока. В мировой судостроительной практике почти не встречаются разработки судов и морских технических средств, предназначенных для эксплуатации в природно-климатических условиях российской Арктики. Это требует больших объемов работ, прежде всего научно-
исследовательских, и именно Крыловский центр выступает генератором множества новых научных идей и поставщиком бесценных экспериментально подтвержденных данных. Наши ученые активно делятся результатами своих уникальных исследований. «Труды Крыловского государственного научного центра» являются самой авторитетной профессиональной научной площадкой, предназначенной для публикации лучших интеллектуальных результатов.
Первый раздел текущего номера, «Теория корабля и строительная механика», начинается статьей,
Таблица. Уровни технологий НТЗ
Table. Advanced technology levels
Рис. 2. Структура опережающего комплекса НТЗ в судостроительной отрасли
Fig. 2. Forward looking R&D in shipbuilding
посвященной изучению гидродинамического взаимодействия судов при совместном движении на волнении. Учет этого взаимодействия необходим при создании систем безаварийного проведения морских операций, в том числе передачи груза с корабля обеспечения, снабжения корабля на ходу топливом и т.п. Рассмотрены характерные варианты расположения судов - лагом к волнению и вразрез набегающим волнам. Предложенные соотношения, определяющие структуру гидродинамических нагрузок, являются составляющими, необходимыми для получения данных о кинематике качки судов - как ошвартованных, так и при совместном ходе на волнении.
В статье о развитии прогнозирования ходовых качеств транспортных судов рассмотрены три метода: пересчет данных буксировочных испытаний на натурные условия; пересчет результатов испытаний моделей гребных винтов в «свободной» воде на натурные условия; пересчет результатов самоходных испытаний на натурные условия. Выполненный анализ показал, что два последних метода являются достаточно разработанными, а метод прогнозирования буксировочного сопротивления судов
по результатам буксировочных испытаний требует значительного совершенствования.
Также проанализировано влияние на гребной винт неоднородности набегающего потока. В результате выполнения анализа приводятся оценки изменения коэффициента влияния неоднородности на момент в неравномерном поле скоростей. Полученные математические соотношения могут быть полезны для анализа влияния радиального распределения потока, набегающего на гребной винт.
Целью работы по совершенствованию профиля насадки водометного движителя является улучшение его кавитационных характеристик. Результаты квазиакустических испытаний для модели с сегментным профилем доказали наличие кавитации на насадке, а для модели водометного движителя с откорректированным профилем сечения насадки -исчезновение кавитации на насадке в диапазоне рабочих поступей. Данный результат является новым для водометных движителей насосного типа и имеет практическое значение для применения водометного движителя на натурном судне.
Цикл работ по проведению валидации технологии расчета кавитационного обтекания судовых
движителей показал, что современное состояние численных методов и суперкомпьютерной техники позволяет с достаточной для инженерных задач точностью прогнозировать кавитационные характеристики объектов морской техники и гидродинамические характеристики судовых движителей, работающих в условиях возникновения кавитации. Современный уровень развития вычислительной техники и технологий численного моделирования кавитации позволяет сократить объем экспериментальных исследований, а в тех случаях, когда такие исследования по-прежнему необходимы, существенно их дополнить. При более полном распространении данной технологии на натурные условия появляется возможность оценки масштабного эффекта для всех типов кавитации.
Следующий раздел сборника содержит материалы по проектированию и конструкции судов. Исследованы тенденции внедрения композитов в зарубежное подводное кораблестроение, определен перечень тех узлов конструкций подводных лодок, которые предпочтительно выполнять из композитов, отражены наиболее распространенные конструктивные решения. Приведен научно обоснованный прогноз дальнейшего применения композитов в подводном кораблестроении.
В этом же разделе предложен новый метод обеспечения самостабилизации глубоководных аппаратов на любой глубине без хода на основе противофазного взаимодействия изменения плотности морской воды при изменении глубины, температуры, солености и обжатия его корпуса при погружении/всплытии. Обоснован рациональный выбор материала, обеспечивающий значительный выигрыш в удельной массе корпуса.
Другая важная новая методика - оценки прочности корпусов судов внутреннего и смешанного плавания - позволяет производить прямые проверочные расчеты остаточной местной прочности конструкций судов внутреннего и смешанного плавания с сохранением расчетных схем, принятых в действующих Правилах Регистра. Ее применение обеспечивает возможность принятия обоснованных технических решений для изношенных пластин, балок, рам и перекрытий при проведении очередных освидетельствований и выполнении проектов по обновлению корпусов судов, что в рамках действующей нормативной базы невозможно.
В разделе «Судовые энергетические установки» приводятся конкретные практические возможности применения разработок ученых Крыловского цен-
тра. Результаты исследования, посвященного судовой электроэнергетической системе переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот, состоят в возможности исключения из состава паротурбинной установки промежуточного понижающего редуктора, значительном уменьшении расчетной полной мощности обратимого преобразователя частоты и в улучшении качества электроэнергии. Все это может найти применение при создании электроэнергетических систем для крупнотоннажных судов с турбогенераторными источниками электроэнергии.
Темой следующей статьи стала разработка системы управления гребным частотно-регулируемым электроприводом на основе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором мощностью 20 МВт, который по быстродействию и поддержанию точности задаваемых выходных координат не уступает лучшим электроприводам отечественного и зарубежного производства. Ценность полученных практических результатов заключается в создании системы управления гребным электроприводом в виде совокупности блоков, производящих мате-магические операции как с контролируемыми параметрами, так и с ненаблюдаемыми физическими координатами. Эта система принята за основу в ходе разработки программного продукта, закладываемого в микропроцессорную систему управления гребной электрической установки универсальных атомных ледоколов проекта 22220, которые находятся в постройке.
Кроме того, предложен ряд функциональных схем гребных электроприводов на основе синхронных двигателей, предназначаемых для главных энергетических установок судов различных типов. Разработаны алгоритмы управления синхронными двигателями к представленным схемотехническим решениям. В пакете БшиИпк реализованы их структурные модели. Рассмотренные технические решения пользуются заслуженной популярностью среди отечественных и зарубежных производителей электроприводов морского назначения, так как обеспечивают глубокое регулирование скорости, хорошую управляемость, динамику и высокую перегрузочную способность, следовательно, могут быть использованы для реализации всех требуемых режимов работы современных главных энергетических установок.
При разработке покрытий для деталей тракта газотурбинного двигателя, при оценке последствий использования форсированных режимов его работы, а также при проектировании новых мате-
риалов могут быть использованы результаты исследования коррозионных характеристик суперсплава СЛЖС-5. Они показали, что как на воздухе, так и в коррозионной среде (при наличии соленой морской воды) при превышении температуры испытаний 900 °С потери массы сплава СЛЖС5-ВИ значительно снижаются. Данные, полученные при температуре 950 °С, были подтверждены дополнительными испытаниями при температуре 930 °С.
Рубрику «Физические поля корабля» открывает статья, обосновывающая новый метод (метод функций Грина) решения задач дифракции звука на телах аналитической формы со смешанными граничными условиями и на идеальных и упругих телах неаналитической формы. Предложенный метод позволит разработать методики расчета характеристик отражения звука подводными объектами различной геометрической формы.
Новый способ измерений параметров внутренних волн в океане методом оптиколокации предоставляет дополнительные возможности для проведения гидрофизических исследований в океане, имеет хорошие перспективы для практического использования при изучении параметров внутренних волн.
Определение намагниченности тонкостенной бесконечно длинной цилиндрической оболочки при намагничении ее материала по закону Рэлея может быть использовано при выполнении практических расчетов намагниченности конструкций, тонкостенных удлиненных цилиндрических оболочек. Показаны возможность и достаточность решения рассматриваемой задачи методом усечения, приведен пример расчета.
Для расчета результирующего электромагнитного поля внутри замкнутых оболочек с сильным экранирующем действием используется метод вторичных источников - поверхностных электрических и магнитных токов. Предложенный метод также позволяет вычислить результирующее поле внутри экрана с отверстием. Для сферического экрана выполнено сравнение численного и аналитического решений. Рассмотрено влияние малых отверстий на экранирующее действие ряда металлических экранов (сфера, куб).
Наконец, получены зависимости соотношения резонансного и нерезонансного звукоизлучения оболочки, установлена возможность выбора радиуса и длины оболочки для минимизации уровней звукоизлучения при действии точечной силы. Эти результаты могут быть использованы для приближенной оценки максимальных уровней
звукоизлучения оболочки с выбранными геометрическими размерами.
Пятый раздел сборника посвящен общим вопросам морской техники, в частности таким, как применение критериев безопасности для оценки риска морских операций. Предложенный подход представляет собой эффективную методологию управления рисками. Учет различных критериев достаточности безопасности, основанных на применении показателей риска, позволяет повысить безопасность проектов морских операций, выбрать наиболее эффективный и безопасный вариант их проведения, что особенно актуально в арктических морях со сложными климатическими, гидрографическими и ледовыми условиями.
Рассмотрены аспекты утилизации судов атомного технологического обслуживания (АТО) в Приморском крае. В ходе разработки проектов утилизации судов атомного технологического обслуживания проведена технико-экономическая оценка вариантов утилизации. По результатам анализа выбран вариант формирования одной блок-упаковки судна АТО для хранения на твердом основании в пункте долговременного хранения радиоактивных отходов (ПДХ РО) «Устричный». В качестве решающего критерия при выборе варианта принято обеспечение радиационной безопасности персонала в условиях крайне тяжелой радиационной обстановки на судне. Разработаны организационная схема утилизации судна АТО на стапельном месте № 2 в ПДХ РО, а также технологические решения по техническому перевооружению ПДХ РО «Устричный», обеспечивающие минимальное воздействие технологических процессов и отходов утилизации на окружающую среду.
Возможное негативное воздействие на экологическую обстановку является предметом рассмотрения и в последней статье сборника. В ней предложены аппаратурные средства и соответствующий алгоритм диагностики образования солевых отложений, загрязненных радионуклидами природного происхождения, внутри трубопроводов морских нефтегазодобывающих платформ. Аппаратура, реализуемая в виде малогабаритной измерительно-вычислительной системы, и разработанный алгоритм проведения измерений позволят обнаружить начальную стадию образования радиоактивного солевого отложения внутри колонны насосно-компрессорных труб скважины с целью определения оптимального комплекса мероприятий по предупреждению образования дальнейших радиоактивных солевых отложений
во всем промысловом контуре морской нефтегазодобывающей платформы.
Конечно, в сборник Трудов Крыловского центра по вполне объективным причинам попадают далеко не все разработки в области судостроения и, в особенности, военного кораблестроения. Тем не менее каждую предложенную в вышеперечис-
ленных статьях научную идею можно назвать новаторской, прорывной. Вызывая конкретный практический интерес и способствуя всемерному повышению эффективности отечественного флота будущего, эти исследования и формируют тот научно-технический задел, необходимость которого сегодня так остро ощущается в российской науке.
Главный редактор, д.т.н., профессор, генеральный директор ФГУП «Крыловский государственный научный центр»
В. С. Никитин
