Как продувают корабли

Когда начинается путь кораблей на морской простор? Одни скажут, что с момента утверждения проекта в конструкторских бюро, другие – со спуска на воду на судостроительной верфи. В Крыловском государственном научном центре уверены: пока они не дадут добро, корабли и суда так и останутся в макетах и чертежах. Военные моряки с этим не спорят и активно сотрудничают с учёными.

ВОЛНА ДЛЯ ЖЁЛТОЙ ПОДЛОДКИ
…Подводная лодка была необычного цвета – ярко-жёлтого. Впрочем, для специально изготовленной модели, созданной для мореходных испытаний, эта деталь несущественна. Зато все габариты ПЛ с учётом масштаба соблюдены с точностью до 0,1 мм. Столь же скрупулёзно в соответствии с натурным объектом подобраны статические и динамические характеристики, в том числе размещение груза. Иными словами, объект вполне реален, но только в уменьшенном виде.

«В мореходном бассейне в соответствии с программой испытаний задаются конкретные показатели водной среды, в частности волнение, – поясняет заместитель начальника лаборатории Константин Корнилов (к слову, отнюдь не однофамилец легендарного героя Крымской войны: вице-адмирал Владимир Алексеевич Корнилов – его пращур). – При этом с помощью волнопродуктора можно воссоздать поведение волн в любой точке Мирового океана. В данный момент у нас смоделированы 6 баллов: на подводную лодку накатываются волны высотой 3–4 метра. Помимо природного волнения, оценивается влияние течения и ветра, а также некоторые другие показатели».
Затем будет проведён тщательный анализ – изучение поведения объекта в заданных условиях. После этого дадут рекомендации проектировщикам: что требуется поменять и какие внести коррективы, чтобы эксплуатация реального объекта была наиболее безопасна. Диапазон предотвращения возможных «неприятностей» широк: начиная от уменьшения качки и заканчивая снятием угрозы переворота. Зафиксированные при испытаниях показатели учитываются и при проектировании различных узлов и агрегатов, так как их размещение также влияет на мореходность.

«В среднем программа испытаний занимает две недели, – говорит начальник отделения гидроаэродинамики Вячеслав Магаровский. – Практика показывает: чем раньше те или иные предложения проектировщиков будут проверены в мореходном бассейне, тем лучше – проще, да и дешевле вносить коррективы. За год в бассейне проходит порядка 50 модельных испытаний. При этом Крыловский ГНЦ гарантирует точно такое же поведение объекта в реальных условиях – никаких сбоев или отклонений никогда не случалось. Во многом благодаря уникальной программе испытаний, когда воссоздаются практически все ситуации и режимы, в которые может попасть корабль или подлодка».

ЭКЗАМЕНУЕТ ГЛУБИНА
В Крыловском ГНЦ самый длинный глубоководный опытовый бассейн в мире – его длина составляет 1324 метра. Для сравнения: бассейн Давида Тейлора в США – 575 м, Парижский опытовый бассейн – 525 м. Глубина – не меньше 7 метров.

Во время моего посещения там проходило испытание перспективного корабля океанской зоны. Пока это эскизный проект, который создатели решили проверить в бассейне. Символично, что в числе тех, кто наблюдал за испытаниями, оказались и курсанты кораблестроительного факультета Военно-морского политехнического института (ВМПИ) – это корабль их будущего проходит пока что первую проверку.

«В глубоководном опытовом бассейне проводятся испытания ходовых качеств кораблей, – рассказывает начальник лаборатории отделения ходкости Сергей Капранцев. – Для этого используется буксировочная тележка, которая ведёт за собой модель, изготовленную у нас же в Крыловском центре в соответствующем масштабе. Полученные в ходе испытаний данные позволяют спрогнозировать достижимую скорость корабля, дать рекомендацию по изменению формы обводов для уменьшения сопротивления воды. Кроме того, это и работа над движителем, так как любой корабль – это уникальное сооружение. Тот же гребной винт, который мы проектируем, тоже конструкция уникальная. Здесь нужно учитывать скорость объекта, размещение гребного винта, его диаметр».

К примеру, если при проектировании семиметрового гребного винта, который весит порядка 30 т, будет допущена ошибка, то это миллионы рублей, выброшенные на ветер. Отсюда важность скрупулёзных испытаний.

«Для корабля океанской зоны влияние глубины весьма существенно, – вступает в разговор начальник 1-го научно-исследовательского отделения Крыловского ГНЦ вице-адмирал запаса Владимир Пепеляев. – Поэтому при испытаниях соотношение осадки и глубины под килем должно соответствовать реальным условиям, так как на мелководье корабли ведут себя по-другому, особенно на больших скоростях. Кстати, скорость, которую должен дать корабль после ввода в строй, – важнейший показатель для ВМФ. Тут даже минус пол-узла – серьёзное упущение».

В это время тележка с моделью пошла по водной глади бассейна, буксируя её со скоростью 2 м/с. Для реального корабля это соответствует скорости приблизительно 30 узлов. На данном этапе проверяется, как ведёт себя корабль, какое сопротивление испытывает, какая волновая реакция при движении. Ну а дальше алгоритм взаимодействия с проектировщиками тот же, что и в мореходном бассейне.

В Крыловском ГНЦ самый длинный глубоководный бассейн в мире – его длина составляет 1324 метра

ВЕТЕР ДАЁТ ДОБРО
Это резануло слух: «Продуваем корабли». Понимай, как знаешь! Однако, оказывается, понимать надо дословно: будущие корабли и подлодки проходят испытание такими же штормовыми ветрами, которые ожидают их в морских походах. Это ещё одно направление в Крыловском ГНЦ – аэродинамика.

«Оно существует у нас более 70 лет, – говорит заместитель начальника отделения гидроаэродинамики Сергей Соловьёв. – Мы занимаемся определением аэродинамических характеристик военных кораблей и судов. В интересах ВМФ решаем две задачи. Во-первых, определяем аэродинамические характеристики надводной части корабля, которые дальше как исходные данные поступают для составления математических моделей по управляемости. Вторая задача – определение полей скоростей над взлётно-посадочными вертолётными площадками. Как известно, сегодня многие морские корабли оснащены вертолётной техникой, и для безопасного взлёта и посадки очень важно точно определить структуру воздушного потока над палубой. Иначе может произойти жёсткая посадка или даже авария».

Для выполнения этих исследований используется комплекс аэродинамических труб – всего их шесть. Но с каждым годом проекты становятся всё сложнее и амбициознее, поэтому и ветровые нагрузки здесь стремятся учитывать на качественно более высоком уровне. Три года назад была построена принципиально новая ландшафтная аэродинамическая труба – единственная в России и одна из пяти в мире. Её главной особенностью является закрытая рабочая часть, имеющая большие размеры – длина порядка 18 метров. За счёт этого теперь можно моделировать пограничный слой атмосферы. Характеристики реального ветра существенно меняются с высотой: как его сила, так и турбулентность. В экспериментах с создаваемыми кораблями это обязательно нужно моделировать, а большинство аэродинамических труб в России самолётного типа и не могут смоделировать пограничную атмосферу. В Крыловском ГНЦ такая возможность есть.

Вторая особенность этой уникальной аэродинамической трубы в том, что благодаря широкой рабочей части испытываются крупные макеты с высокой степенью детализации. В частности, здесь проводили эксперименты с известным проектом 1143, и полученные результаты совпали с имеющими данными практической эксплуатации. Иными словами, вполне можно проводить испытания перспективных проектов любой сложности, в том числе на новом уровне определять аэродинамические характеристики над взлётно-посадочной палубой.

«Все корабли проходят через аэродинамическую трубу, но для авианесущих это особенно важно – требуется точно определить, насколько палуба корабля пригодна для посадки летательных аппаратов, – ссылается на богатый личный опыт (вплоть до должности заместителя главкома ВМФ) Владимир Пепеляев. – Не менее важно проверить, какой будет результирующий ветер над палубой при различных курсах и скоростях корабля. Тут всё влияет: надстройка, конфигурация палубы и т.д. В аэродинамической трубе надо прояснить мельчайшие нюансы, пока корабль не вышел в море и на него не стали садиться летательные аппараты».
Кстати, в этой аэродинамической трубе проверялись и конструкции Крымского моста – тут знаковый объект тоже получал добро на строительство.

ВЕТЕР ДАЁТ ДОБРО
Всё более актуальное направление работы Крыловского ГНЦ – участие в создании кораблей и инфраструктуры для Арктической зоны. Здесь тоже используется современная, зачастую не имеющая аналогов база. Так, бассейн ледового комплекса был построен в 2014 году.

Его изюминка – уникальные инновационные технологии, позволяющие моделировать самые разные массивы льда высоких широт, их толщину и даже плотность. Иными словами, в ходе испытаний обеспечивается всесторонний контроль надёжности и стойкости корабля или подлодки к тяжело проходимым условиям.

Как и в других бассейнах, испытания проводятся на моделях, но условия для них в переводе на реальные создаются очень сложные. К примеру, 8-сантиметровый слой льда – это аналог двух метров в Арктике! Ноу-хау – именно моделирование ледовой обстановки.

По результатам испытаний тяговых характеристик модели объекта на чистой воде и по ледовому сопротивлению определяется ледопроходимость и даются рекомендации по изменению проекта. После оптимизации формы корпуса снова проводятся испытания. Полный цикл обычно длится около месяца. При сравнении результатов экспериментов с натурными испытаниями в реальных условиях после постройки точность сомнений не вызывает. Равно как и высочайший уровень квалификации специалистов Крыловского ГНЦ. Все объекты, которые испытывались в ледовом бассейне, выходят в Арктику в полной готовности к её суровой действительности – безопасность плавания гарантирована.

Неудивительно, что нагрузка на это структурное подразделение велика. При этом 80 процентов времени занимают сами модельные испытания в ледовом бассейне, а остальные 20 – их всесторонняя подготовка: моделирование льда, формирование искусственного дна, установка датчиков.

Можно с полным основанием утверждать, что зона ответственности Крыловского ГНЦ комплексная: мореходные качества, проектирование движителей различных типов, корабельная энергетика и электроэнергетика, исследования в области гидро- и аэродинамики, гидроакустические и электромагнитные качества, информационные технологии и т.д. Эксперименты, нормативно-методическая документация, правила проектирования – традиционная продукция на протяжении десятилетий. Всё это время ведётся работа и в интересах Военно-морского флота. Новые ориентиры по военно-научному сопровождению поставит кораблестроительная программа до 2050 года, где Крыловскому ГНЦ по-прежнему будет отведена важная роль. Потенциал для плодотворного сотрудничества с Минобороны РФ есть. В частности, некоторые из 100 стендов, входящих в состав центра, нигде в мире больше не встречаются. Но главное даже не уникальные технические возможности – здесь работают преданные своему делу профессионалы, в том числе более 60 докторов и порядка 300 кандидатов наук.

…Покидая Крыловский ГНЦ вместе с курсантами ВМПИ, не мог не поинтересоваться их впечатлениями.

«В будущем предстоит заниматься строительством и ремонтом подводных лодок, поэтому во время сегодняшнего посещения Крыловского центра мы узнали много нового, – выразил общее мнение старшина 2-й статьи Даниил Сотин. – Напишу об этом брату Павлу, который тоже окончил кораблестроительный факультет. Сейчас он капитан-лейтенант, служит на Севере. Рассказывал мне об этом грандиозном центре, но, как говорится, лучше один раз увидеть. Ещё раз убедился, насколько сложна и интересна моя будущая специальность, как много нужно знать и уметь. И конечно же горжусь, что у Военно-морского флота России большое будущее, которое закладывается и в этих стенах».

Источник: "Краская звезда"