Динаміка
підводних човнів
І.Г. Захаров,
доктор технічних наук, професор, контр-адмірал; В. В. Ємельянов, кандидат
технічних наук, капітан 1 рангу; В.П. Щеголіхін, доктор технічних наук, капітан
1 рангу; В.В. Чумаков, доктор медичних наук, професор, полковник
медичної служби
Створення
атомних енергетичних установок на початку 50-х років зумовило революційний
стрибок у підводному кораблебудуванні. Підводні човни перетворилися на високошвидкісні
кораблі з великою автономністю підводного плавання. При цьому виник і ряд
складних науково-технічних завдань, зокрема, в області гідродинаміки і
динаміки плавання. Великі швидкості, тривалі режими підводного ходу
вимагали змін традиційної форми корпусу ПЛ, розробки більш досконалої
теорії керованості, нових підходів до забезпечення безпеки плавання в
допустимому інтервалі глибин. До того ж час можливого досягнення граничних
глибин різко скорочувалася при високошвидкісному маневруванні. Були потрібні нові
засоби та нові підходи до боротьби за живучість і т.п.
Вирішення таких
завдань для проектованих і перспективних човнів визначало напрямок робіт в
галузі динаміки підводного плавання протягом усієї другої половини XX ст.
Над їх вирішенням, при тісній взаємодії з 1-м ЦНІІМО, продовжували трудитися
колектив філії ЦАГІ під керівництвом Н. К. Федяевского (Д. В. Якушевіч,
І. Б. Федорова, А. В. Шаріпов та ін), колектив співробітників при ЦКБ-18 (нинішній
ЦКБМТ "Рубін") на чолі з А. П. Скобовим та А. В. Калачова (В. Н. Квасников,
В. В. Рождественський та ін), колектив співробітників ЦНДІ ім.академікаА.Н.Крилова
під керівництвом С. І. Девніна, а потім А. В. Герасимова, Е. Б. Юдіна та М. Я. Мазора. До
вирішення проблеми динаміки човнів підключилися ВВМІОЛУ ім.Ф.Е.Дзержінского
(А. Н. Патрашев) і ВМА ім.Н.Г.Кузнецова (Я. Т. Пугачов). У 1-м ЦНІІМО цю роботу
очолювали послідовно С. В. Козлов та С. І. Крилов.
У 50-х роках
була проведена конференція з керованості підводних човнів, в якій взяли
участь організації ВМФ і промисловості. На ній були визначені основні
завдання та напрямки досліджень. Виявити недостатність експериментальної
бази для проектування атомних підводних човнів в частині керованості.
Необхідно було проведення систематичних натурних випробувань за визначенням
гідродинамічних характеристик і маневрених елементів для формування та
обгрунтування вимог до керованості. Проведення цих випробувань було
покладено на 1-йЦНІІМО.
Для
науково-технічного супроводу проектування першому і наступних атомних
підводних човнів було потрібно спорудження спеціальних аеро-та гідродинамічних
лабораторій в ЦНДІ ім.академікаА.Н.Крилова, оскільки існуючі на той
часу гідроканали не дозволяли отримувати необхідні експериментальні дані
в потрібному обсязі. Було розпочато проектування і будівництво
маневреної-морехідного басейну. Створення його дозволило на моделях вивчати
маневрені якості човнів в надводному положенні в умовах штучного
хвилювання, а також визначати на малих моделях (близько 2 м) гідродинамічні
характеристики човнів при криволінійної русі в підводному положенні.
Що мала великий аеродинамічна труба дозволяла імітувати поступальний
рух човна в товщі води при наявності кутів атаки і дрейфу. У найбільшому в
Світ циркуляційному басейні можна було проводити модельні випробування при
криволінійної рух великих моделей (близько 6,0 м) в широкому діапазоні
швидкостей. У розпорядженні дослідників перебував ряд спеціальних установок і
стендів.
Спорудження
таких лабораторій в ЦНДІ ім.академікаА.Н.Крилова поставило нашу країну на один
рівень із найбільш розвиненими суднобудівними державами світу і дозволило в
ході проектування відпрацювати такі проектні рішення, які забезпечували
вітчизняним ПЛ високі маневрові якості і хорошу керованість. Так, за
більш ніж 40-річний період будівництва та експлуатації атомного підводного
флоту не було випадків незадовільною керованості вітчизняних
підводних човнів.
У результаті
виконаних досліджень та натурних випробувань розроблялися критерії
керованості і обгрунтовувалися їх нормативні характеристики, на базі яких
формувалися архітектура і геометричні елементи оперення і керма.
Особливе значення
для атомних підводних човнів набували питання руху в таких спеціальних
режимах, як малошумне маневрування, при якому забезпечуються акустична
скритність, спливання під поверхню моря в умовах морського хвилювання (для
здійснення сеансів зв'язку), аварійне спливання з використанням продування
баластних цистерн, екстрене зниження швидкості із здійсненням реверсу
грібними гвинтами, а також вимагали вирішення питань гідродинаміки підводних
човнів під час руху з великими кутами атаки і дрейфу.
Були
розроблені важливі практичні рекомендації, що дозволяють забезпечувати
безпечне плавання при високоефективних засобах управління і системах
головного баласту.
Вперше в
світовій практиці на вітчизняних човнах проектів 671, 971 були застосовані
автоматичні протиаварійні системи, що запобігають катастрофічні
наслідки через помилки в управлінні, обумовлених неправильними діями
оператора або збоями в автоматичних системах, керуючих експлуатаційними
маневрами, а також у випадках можливої заклінкі горизонтальних рулів ПЛ. У
як порадника командиру розроблена автоматична система, що видає
рекомендації з управління за такої важкої аварії, як надходження води
всередину міцного корпусу при порушенні його герметичності.
Про кораблях з
динамічними принципами підтримки (КДПП)
В інтересах
створення кораблів на підводних крилах був проведений великий обсяг
теоретичних, експериментальних і дослідно-конструкторських робіт з виявлення
впливу параметрів підводних крил на їх гідродинамічні характеристики з
метою розробки підводних крил з найкращими гідродинамічними якостями.
Досліджено різні компонувальні схем та їх вплив на характеристики
руху корабля, а також способи передачі потужності до рушієм. На підставі
наведених теоретичних та експериментальних досліджень в кінці 50-х років
були побудовані два катери проекту 125 з звичайними і суперкавітірующімі
двухкрильевимі схемами, на яких досягнута швидкість 73уз.
Дослідження з
застосування крил для катерів щодо великого водотоннажності виконаний у
початку 60-х років на катері водотоннажністю 240 т, який був оснащений носовою
крилом і розташованої в кормі керованої транцевой плитою. Спеціальні
ходові і морехідні випробування цього катери, проведені за участю 1-гоЦНІІМО,
показали істотне підвищення швидкостей на хвилювання, поліпшення мореплавства і
зниження перевантажень. Це послужило підставою для створення в подальшому
серійних кораблів, обладнаних зазначеної крильевих схемою.
На натурних
випробуваннях корабля типу "Смерч" досягнута швидкість більше 100уз. На серійних
ракетних катерах на підводних крилах проекту швидкість становила близько 60уз.
Обсяг
досліджень, проведених за період до 1965р., дозволив створити ряд бойових
кораблів на підводних крилах (КПК) і визначити подальші шляхи поліпшення їх
морехідних властивостей. Було визначено, що принциповим шляхом підвищення
мореплавства КПК великого водотоннажності є перехід на глубокопогруженние
автоматичні керовані підводні крила.
На шляху
створення кораблів на повітряній подушці (КВП) основні зусилля спрямовувалися на
виявлення найбільш перспективних способів формування повітряної подушки;
відпрацювання обводів елементів КВП, що перебувають у контакті з водою, з метою
зниження гідродинамічного опору; визначення найбільш раціональних
типів рушіїв; виявлення шляхів підвищення ресурсу повітряних гвинтів і
вентиляторів; на пошук найкращих способів забезпечення мореплавства,
керованості і остійності; зменшення заліваемості і забризгіваемості. У
результаті теоретичних та експериментальних досліджень на початку 70-х років
були створені амфібійні КВП "Скат", "Кальмар", "джейран". Накопичений науковий
доробок і практичний досвід експлуатації цих кораблів дозволили обгрунтувати
подальший шлях підвищення морехідних властивостей КВП - створення КВП скегового типу.
Силами СМКБ "Алмаз" і 1-гоЦНІІМО за ініціативою А. Д. Круглова були створені і
випробувані великомасштабні моделі перших морських КВП, найбільш економічних на
швидкостях вище 50 уз. В даний час ведуться теоретичні,
експериментальні та дослідно-конструкторські роботи із забезпечення проектування
бойових скегових КВП.
У 60-і роки
вчені та фахівці з ініціативи Р. Е. Алексєєва приступили до розробки
третій напрямки в розвитку кораблів з динамічними принципами підтримки
-створення екранопланів.
Проведено
великий обсяг досліджень з вивчення фізики явища екранного ефекту і
перспектив його використання для створення реальних об'єктів, з узагальнення та
аналізу досвіду авіації з метою можливого використання різних рішень
відповідно до розробки аеродинамічних схем екранопланів. Фахівці
суднобудівної промисловості, МАП і ВМФ виконали натурні випробування
корабля-макету "КМ" (головний конструктор Р. Е. Алексєєв), які підтвердили
технічну реальність створення екранопланів. Надалі основні
дослідження спрямовувалися на пошук форм і профілів крил, найбільш ефективно
працюють поблизу екрана, на відпрацювання аеродинамічних компонувань такого
апарату. Визначалися типи рушіїв, найкращі способи забезпечення
стійкості руху, мореплавства, керованості, маневреності і
остійності. Велася відпрацьовування злітно-посадкових пристроїв, вивчення і
відпрацювання амфібійних якостей.
У результаті
всього комплексу робіт і досліджень створені і вступили до складу ВМФ
транспортний екраноплан "Орлятко" та бойової екраноплан "Лунь". Нині є
науково-технічний доробок та визначено шляхи подальшого розвитку
екранопланостроенія.
Для забезпечення
досліджень з аерогідродінаміке надводних кораблів, і особливо КДПП,
розроблені основні напрямки теоретичних та експериментальних робіт для
організацій ВМФ і промисловості, академічної та вузівської науки, виконання
яких послужить основою для створення нового покоління кораблів початку XXIв.
Міцність і
конструкційні матеріали
Посилення озброєності
кораблів, їх конструктивної захисту з одночасним підвищенням експлуатаційної
швидкості ходу зажадали глибокого вивчення зовнішніх сил, що діють на корпус
корабля, особливостей напружено-деформованого стану основних корпусних
конструкцій, нормування загальної та місцевої міцності, розробки нових
конструкційних матеріалів та технологій будівництва кораблів. Аналіз та
узагальнення досвіду бойового використання кораблів у другій світовій війні і завдань,
поставлених перед промисловістю зі створення нового вітчизняного флоту,
дозволили розробити програму наукових досліджень, що забезпечують запити
промисловості і ВМФ. У розробці та реалізації цієї програми активну участь
брали ЦНДІ ім.А.Н.Крилова, 1-йЦНІІМО, ЦНІІКМ "Прометей", конструкторські
бюро, інститути та заводи суднобудівної галузі. В інтересах підводного
кораблебудування на початку 50-х років проводилися поглиблені дослідження
стійкості і напруженого стану оболонки корпусу з різними варіантами
системи набору, міцних цистерн, рубок, сферичних перегородок. Велика увага
було приділено уточненню запасів міцності, норм допустимих напружень, оцінці
впливу початкового прогину на міцність корпусу, раціоналізації конструкцій. На
основі досліджень створені норми міцності, що відповідають підвищеним глибин
занурення проектованих кораблів в порівнянні з довоєнними.
Матеріали
досліджень увійшли в монографії Ю. А. Шиманського "Будівельна механіка підводних
човнів "(1948г.), П. Ф. Папковіча" Будівельна механіка корабля "(1947г.),
В. В. Новожилова "Теорія тонких оболонок" (1951г.), Н. С. Соломенко "Будівельна
механіка підводних човнів ".
Збільшення
глибини занурення підводних човнів було неможливо без використання сталі з
підвищеними властивостями міцності. Роботи зі створення такої сталі велися в
ЦНДІ-48 (нині ЦНІІКМ "Прометей") і завершилися розробкою та промисловим
освоєнням сталей типу АК. Однак освоєння цих сталей зустріло ряд
істотних труднощів. Так, для виключення можливості крихких руйнувань
шпангоутів довелося передбачати спеціальну їх термообробку. Велике
увага приділялася зварювання високоміцних сталей з тим, щоб уникнути
несприятливого впливу на міцність околошовних зон. Були внесені
конструктивні зміни у відповідальні вузли корпусу. При вирішенні всіх цих
питань і перевірці працездатності сталей велику роль грали поставлені
вперше в широкому обсязі випробування натурних досвідчених відсіків підводних човнів у
спеціально створених док-камерах (А. И. Кудрін, Л. М. Бунич, О. М. Палій,
С. К. Родіонова, Ю. П. Шішалов). Натурні випробування були доповнені систематичними
випробуваннями зразків і малих моделей конструкцій.
Результати
випробувань за сукупністю підтвердили коректність теоретичних досліджень і
розрахункових схем, дозволили отримати досвідчені дані із пристрою й несучої
здатності оболонок, ввести поправочні коефіцієнти до формул критичного
тиску, обгрунтувати запаси міцності основних елементів корпусів. Путівка в
життя була дана і нової стали АК-25. Випробування підтвердили її достатню працездатність
при прийнятій технології будування кораблів.
На основі
узагальнення результатів проведення теоретичних та експериментальних
досліджень, участю накопиченого досвіду проектування, будівництва і
експлуатації підводних човнів у 1954 році. ЦНДІ ім.академікаА.Н.Крилова, за участю
підприємств і організацій промисловості і 1-гоЦНІІМО, розробив новий
нормативний документ "Правила виконання розрахунків міцності конструкцій
міцного корпуса підводних човнів "і типові розрахунки до них (автори
В. В. Новожилов, В. Ф. Сегаль та ін.) Поряд з вдосконаленням аналітичних
методів розрахунку почали впроваджуватися чисельні методи, створювалися алгоритми для
отримання більш точних рішень за допомогою ЕОМ все ускладнюються задач теорії
оболонок (В. С. Чувіковскій, В. Е. Спіро, В. М. Рябов, І. Л. Діковіч, О. М. Палій).
Розрахункові опрацювання підтверджували ефективність запропонованих алгоритмів.
У підводне
кораблебудування впроваджувалися більш міцні матеріали, в тому числі (поряд з
сталями) титанові сплави, що володіють низкою переваг (менша питома вага,
корозійна стійкість, немагнітного, не схильність повзучості).
Проведені протягом ряду років в ЦНДІ ім.академікаА.Н.Крилова багатопланові
роботи з аналізу впливу на працездатність різноманітних конструктивних і
технологічних факторів дозволили встановити загальні положення, що забезпечують
надійність корпусів підводних човнів, і розробити "Вимоги до механічних
властивостям корпусних матеріалів та їх зварних з'єднань для підводного
кораблебудування ".
Впровадження
титанових сплавів зажадало перегляду частини принципових положень,
пов'язаних з нормуванням міцності корпусів (облік плинності матеріалу,
знижена циклічна міцність, обмежені пластичні властивості). Був
виконано комплекс теоретичних та експериментальних робіт, в яких обгрунтовані
нові принципові підходи до забезпечення міцності і надійності конструкцій
з цих сплавів (О. М. Палій, В. С. Чувіковскій, В. Е. Спіро, І. Г. Гуревич,
А. И. Шитов). На основі досліджень і випробувань великомасштабних відсіків у
1977р. видані "Правила проектування підводних човнів з титанових сплавів"
(В. В. Новожилов, Н. С. Соломенко, О. І. Кудрін).
Впровадження нових
методів розрахунку і високоміцних матеріалів завершилося контрольними випробуваннями
натурних і досвідчених конструкцій нових проектів підводних човнів. Ці випробування
служили прямий експериментальною перевіркою прийнятих конструктивних рішень і
готовності заводів-будівельників до реалізації розробленої технології зварювання.
На рубежі 70-х
років, з розрахунку на перспективу створення глибоководних кораблів, ЦКБ МТ "Рубін"
за участю ЦНДІ ім.академікаА.Н.Крилова і ЦНІІКМ "Прометей" під керівництвом
головних конструкторів В. Н. Перегудова, С. Н. Ковальова, Н. Н. Ісаніна, І. Д. Спаського,
І. В. Гориніна та члена-кореспондента РАН В. М. Пашина, Б. І. Купенского і
Г. Н. Чернишова був спроектований і побудований на ВО "Севмашпредприятие" унікальний
стенд з док-камерами, в якому пройшли випробування натурних і досвідчених відсіків
всіх основних типів підводних човнів, а також ПЛ "Комсомолець".
У 70-і роки
ЦНДІ ім.академікаА.Н.Крилова спільно з 1-м ЦНІІМО досліджували проблеми
циклічної міцності конструкцій корпусів підводних човнів. Постановка цих
досліджень була необхідна, з одного боку, для успішної розробки
матеріалів ще більшої питомої міцності (сталі з межею плинності до 100
кг/мм2, титанових сплавів з межею плинності до 80 кг/мм2),
призначених для глибоководних підводних човнів нового покоління. з іншого
боку, у зв'язку з жорсткістю вимог ВМФ до числа занурень корабля на
великі глибини. Була виконана експериментальна оцінка ресурсу циклічної
міцності що знаходяться в строю підводних човнів, внесені обмеження щодо
застосування конструкцій, в яких виникають розтягують напруги - основний
джерело циклічних руйнувань.
Ресурсні
випробування були продовжені в 80-і роки, в ході яких встановлені основні
закономірності розвитку пошкоджень, виявлені невдалі
конструктивно-технологічні рішення, рекомендовані принципово нові
варіанти корпусних вузлів, що підвищують їх довговічність. Дослідження циклічної
довговічності проводилися на межі суміжних наукових напрямків - фізики
твердого тіла і механіки руйнувань. На їх базі, ЦНДІ ім.академікаА.Н.Крилова і
ЦНІІКМ "Прометей", були випущені документи, що дозволяють дати розрахункову оцінку
циклічної міцності вузлів міцного корпусу і оцінити залишковий ресурс
знаходяться в експлуатації і модернізуються підводних човнів (1989 та 1993рр .).
Роботи з
забезпечення міцності і раціонального конструювання корпусів глибоководних
апаратів (ГА) придбали самостійне значення в 60-х роках.
Накопичений до
кінця 70-х - початку 80-х років досвід створення глибоководних апаратів, аналіз
проведених теоретичних та експериментальних досліджень в галузі міцності
дозволили розробити "Основні положення щодо методів розрахунку і нормам міцності
міцних корпусів глибоководних апаратів "(1981р.). Дослідження міцності,
несучої здатності і працездатності корпусів об'єктів глибоководної
техніки, на базі вже наявних даних, тривали на новому якісному
рівні. Були вирішені завдання міцності, стійкості і надійності корпусів,
складаються з циліндричних і сферичних оболонок з урахуванням фактичної
точності їх виготовлення, визначені межі зниження несучої здатності
корпусів в залежності від прийнятих допусків, підтверджена ефективність
обробки поверхні (В. Р. Ібноямінов, Ю. П. Шішалов, В. М. Греков).
Нове
напрямок досліджень у 90-ті роки - звернення до малопластічним матеріалами з
високою питомою міцністю. Проблема їх впровадження стала дуже актуальною,
оскільки застосовувані матеріали вичерпали свою можливість, не дозволяючи
розраховувати на скільки-небудь істотне зниження маси корпусів або
збільшення глибини занурення. Виконані в 1990-1993рр. дослідження
підтвердили принципову можливість отримання прийнятних показників
надійності виробів до конструкції корпусів і технології їх виготовлення, виявили
коло основних питань, що потребують подальшого вирішення.
Особливістю
надводного суднобудування в 50-і роки були: перехід повністю на зварні корпусу,
широке застосування високоміцних легованих сталей, підвищення потужності і
скорострільності артилерійського озброєння, створення і дослідна експлуатація
корабельного реактивного зброї і високі експлуатаційні швидкості кораблів
малого та середнього водотоннажності. З'явилася нова архітектура кораблів з
подовженим корпусом, розвиненими надбудовами, чисто поздовжньої системою наборів
корпусу. Для забезпечення проектування кораблів нового покоління був проведений
великий обсяг дослідних робіт.
Перш за все,
були розглянуті особливості деформування суцільнозварного корпусу корабля при
дії статичних та динамічних навантажень. Для цієї мети виконано комплекс
теоретичних досліджень і проведені натурні статичні випробування кораблів
проектів 50 та 68 на прогин і перегин при навантаженні на опорах в доці. Були
проведені натурні морехідні випробування цих кораблів з вимірюванням деформацій
основних поздовжніх зв'язків корпусу при русі з різними швидкостями на
хвилюванні різної бальністю.
Дослідження
показали, що при розрахунках загальної міцності корабля необхідно враховувати
динамічну складову згинальних моментів, що при високих швидкостях
руху може бути порівнянна із статичною складовою і навіть перевершувати
її. Необхідність більш повного врахування роботи несучих зв'язків корпусу корабля при
його загальних деформаціях зумовила проведення ретельного вивчення роботи
окремих зв'язків у складі перекриття при різних видах навантаження,
стійкості пластин і жорстких зв'язків у складі складних конструкцій. Це дало
істотний поштовх до розвитку будівельної механіки корабля (Ю. А. Шиманський,
Г. О. Таубін, А. А. Курдюмов, Н. С. Соломенко).
Перехід до більш
міцним сталей і відповідне зменшення розмірів несучих зв'язків та підвищення
їх навантаженості зажадало більш детального дослідження впливу концентрації
напружень у районах вирізів і закінчення переривчастих зв'язків. На основі теорії
Ю. А. Шиманського ( "Проектування переривчастих зв'язків судового корпусу", 1949р.),
а також великої кількості теоретичних та експериментальних робіт та успішного
досвіду проектування були розроблені "Положення з конструювання корпусів
надводних кораблів ", 1957р. (Ю. А. Шиманський, Г. С. Чувіковскій, Г. О. Таубін,
Б. П. Кузовенко, Н. Л. Сіверс, В. П. Бєлкін, А. А. Карпов).
Поява на
кораблях ракетної зброї поставило перед суднобудуванням ряд нових,
нетрадиційних завдань. При старті ракет на прилеглі конструкції корпусу від
газового струменя ракетного двигуна діють великі зовнішні тиску (до 30
кгс/см2) при одночасному інтенсивному тепловому впливі
(температура газового струменя 2000-4000 ° С), що принципово відрізняє цей вид
навантажень від традиційних гідродинамічних. Ті ж навантаження, тільки більш
тривалі в часі, впливають на конструкції погребів сховищ
ракетної зброї при несанкціонованому спрацьовуванні ракетного двигуна.
Вимоги,
розташованих в зоні дії газових струменів ракетних двигунів, були
розроблені на основі дослідження газо-і термодинамічних особливостей таких
струменів і узагальнення результатів систематичних модельних і натурних випробувань
(В. А. Нікітін, Ю. А. Зимницьким, В. Г. Бессонов, А. А. Карпов).
Наприкінці 50-х
років визначилася необхідність створення кораблів протимінної оборони
(тральщиків) водотоннажністю 300-600т з корпусами з немагнітних матеріалів, що
привело до ідеї використання склопластику. Цей матеріал є
нетрадиційним для суднобудування і має ряд специфічних особливостей. Він
створюється одночасно з виготовленням конструкції, відрізняється істотною
анізотропією механічних властивостей, відносно низьким модулем пружності,
схильністю до повзучості навіть при нормальній температурі і т.д. У зв'язку з цим
необхідно було заново розробляти методи визначення напружено-деформованого
стану корпусу, норми небезпечних та допустимих напружень, принципи
конструювання.
Перший в світі
тральщик зі склопластику водотоннажністю 280 т було спущено на воду в 1964р. і
став до ладу в 1965р. Корабель знаходився в строю до кінця 80-х років.
У 90-і роки
велися дослідження з оцінки ресурсу кораблів, що знаходяться в експлуатації
більше 15-20 років, розроблялися концепція забезпечення міцності кораблів
нетрадиційної архітектури (катамарани, кораблі з малою площею ватерлінії,
кораблі з посиленою льодової захистом), комплексний підхід до оцінки міцності
корпусу корабля за результатами морехідних випробувань та ін
Досвід створення
перших вітчизняних КПК та екранопланів показує, що для КДПП характерно
кількість архітектурних форм, компонувальних, конструктивних і
технологічних рішень. Вони до теперішнього часу ще остаточно не
встановилися і зазнають значних змін від проекту до проекту.
Розрахункові методи, які використовуються для перевірки міцності конструкцій, в
значною мірою носять порівняльний характер і тому не можуть
гарантувати безпеку і ресурс конструкцій при наявності нетрадиційних
конструктивних і технологічних рішень і змін умов експлуатації. За
цих причин НДІ і КБ змушені були за прикладом авіабудівників звернутися до
широкому проведення експериментальних робіт для забезпечення міцності КДПП.
Такий підхід знайшов відображення у вимогах до конструкції і міцності корпусів,
розроблених під керівництвом Б. П. Кузовенкова в положеннях з розрахунково-експериментальної
перевірці міцності конструкцій КПК, СВП і кораблів-екранопланів (1976г.).
У 80-х роках
акцент у розвитку КДПП робився на використанні кораблів великої водотоннажності (СВП
"Зубр", "Сівуч"). Для цього треба було використання нових високоміцних
матеріалів та вирішення проблем забезпечення міцності конструкцій, що зазнають в
експлуатації високі рівні напруг.
Зокрема,
були уточнені способи розрахункового визначення зовнішніх сил, що діють на
конструкції, з урахуванням динаміки пружного просторового деформування
конструкцій (Ю. В. Бельгія, Г. Б. Крижевіч); створено пакети прикладних програм для
розрахунку напружено-деформованого стану складних конструкцій
(Є. Я. Вороненок, А. Ю. Бабурін, Е. А. Шішенін та ін); запропоновані нові норми
міцності і розрахунку конструкцій, що базуються на теорії надійності і механіки
руйнування (Ю. В. Головешкін, С. Д. Кнорінг, Г. Б. Крижевіч, Н. І. Тузлукова); вивчені
особливості роботи гумотканинних конструкцій в експлуатаційних умовах і
запропоновані на основі експериментальної відпрацювання раціональні конструктивні
рішення для вузлів гнучких огороджень великих КВП (М. В. Філіппео, М. Е. Альошин,
Ю. Г. Єфімов, Д. С. Комісарів та ін.) Випробування цих кораблів і їх експлуатація
підтвердили високу надійність конструкцій. За критерієм вагової досконалості
вони не поступаються кращим закордонним, а за водотоннажністю і деяким іншим
параметрами перевершують їх.
Вібрація
На першу
суцільнозварних кораблях ВМФ, побудованих на початку 50-х років, невдовзі після здачі
їх флоту, спостерігалося масове поява втомних тріщин у корпусних
конструкціях машинних відділень і кормової краю на протязі до 1/4
довжини корабля. На багатьох з них відзначалася також підвищена вібрація корпусу,
перешкоджати нормальній експлуатації механізмів, точних приладів і
озброєння.
Новизна
виниклої проблеми і складність фізичної картини відбуваються при цьому явищ
зумовили багатоплановий характер подальших досліджень. З перших же кроків
намітилися два основних напрямки: дослідження динамічних характеристик і
загальної ходової вібрації корпусу та дослідження місцевої вібрації корпусних
конструкцій і забезпечення їх вібраційної міцності. Для вирішення цих проблем
Потрібно передусім удосконалення виброизмерительні техніки, створення
спеціального обладнання, зокрема, вібровозбудітелей ексцентрикового типу,
а також відповідних стендів.
У результаті
проведених досліджень були вивчені фізична природа, характер порушення
і розповсюдження вібрації по корпусу і його конструкцій. Для практичних потреб
надводного кораблебудування розроблені методи розрахункового прогнозування (на
стадії проектування корабля) рівнів ходової вібрації його корпуса, а також
динамічних характеристик таких корпусних конструкцій, що стінки цистерн,
перегородок і зовнішньої обшивки. Це вимагало створення та істотного розвитку
загальної теорії вібрації корабля, основи якої були закладені академіками
А. Н. Крилов та Ю. А. Шиманський.
У роботах
Н. Н. Бабаєва, С. Д. Дорофеюка, В. С. Чувіковского, В. Г. Лентякова, А. К. Сборовского і
ряду інших співробітників ЦНДІ ім.академікаА.Н.Крилова, а також фахівців
1-гоЦНІІМО Я. Ф. Шарова, В. Д. Боярського та інших досліджені характери і
закономірність поширення вібрації на ряді кораблів ВМФ, розроблені
методи практичних розрахунків загальної ходової вібрації корпусу і корпусних
конструкцій, принципи їх раціонального проектування. Одночасно встановлені
норми, що обмежують амплітуди коливань корпусу надводного корабля, і норми,
забезпечують вібраційну міцність його корпусних конструкцій. Були
досліджені: особливості вібрації основних типів кораблів з динамічними
принципами підтримки, що завершилися розробкою рекомендацій з розрахункової
оцінки параметрів їх ходової вібрації; вібрація крильевих пристроїв КПК;
розроблена схема визначення критичної швидкості флаттера. За результатами
досліджень складені методика та вимоги до виконання розрахунків вібрації
корпусу і крильевих пристроїв КПК.
В забезпечення
проектування надводних кораблів з розвинутим авіаційним озброєнням
досліджено вібрація великопрольотних палубних перекриттів цих кораблів і
розроблені рекомендації з вибору їх конструкцій, виходячи з необхідності
запобігання можливості їх підвищеної вібрації.
Значне
місце в комплексі робіт щодо забезпечення необхідних вібраційних якостей
надводних кораблів займали також систематично проводилися вібраційні
випробування головних кораблів. Були спроектовані і створені ряд віброгенераторов
великої потужності для лабораторних і натурних вібраційних досліджень, стенди
втомних випробувань в агресивному середовищі, що імітує морську воду,
великогабаритних зразків різних типів зварних з'єднань елементів
корпусних конструкцій, а також віброперетворювачі підвищеної чутливості
в розширеному діапазоні частот. Керівниками і основними творчими
виконавцями цих робіт з'явилися Е. Н. Щукіна, Е. І. Іванюта, Ю. Н. Шавров,
Ю. А. Нікольський, О. Н. Личев, В. И. Поляков, Ф. П. Щуйгін та ін
Необхідність
активного впливу на рівні вібрації корпусів підводних човнів
обумовлювалася збільшенням швидкостей їх підводного ходу, а також пред'явленням
до ПЛ підвищених вимог щодо їх акустичної скритності. На початковому
етапі для оцінки очікуваних рівнів ходової вібрації підводних човнів у процесі
їх проектування використовувалися методи, розроблені для надводних кораблів,
відкориговані з урахуванням найбільш істотних відмінностей.
З середини 60-х
років, у зв'язку із загальною проблемою підвищення акустичної скритності ПЛ,
виконувалися теоретичні дослідження розподілу амплітуд ходової вібрації
спільності по довжині корпусу одно-і двохвальним човнів, необхідні для оцінки
параметрів їх гідроакустичних полів у інфразвукових діапазоні частот і
впливу на параметри цієї вібрації спільності коливань системи "гребний
гвинт-валопровод-ГУЛ-корпус ". Були спроектовані і побудовані вібраційні
машини спеціально для збудження коливань човнових корпусів при їх
акустичних випробуваннях, виконана сувора розрахункова оцінка величин
гідродинамічних сил від роботи гребних гвинтів і розроблені рекомендації з
методів і засобів зниження ходової вібрації.
У наступні
роки вивчався вплив на вібрацію різних конструкцій ПЛ швидкісного потоку,
зокрема, розглядалися питання виникнення гідроупругой нестійкості
обшивки зовнішнього корпусу в потоці, на демпфування коливань корпусних
конструкцій, поведінка в потоці виступаючих частин та ін Одночасно
тривали дослідження загальної ходової вібрації корпусу сучасних ПЛ та її
зв'язку з їх зовнішнім гідроакустичним полем з урахуванням конструктивних особливостей
човнів. Розроблялися розрахункові математичні моделі і програми практичних
розрахунків.
Взривостойкость
Після закінчення
другої світової війни були кардинально переглянуті принципи захисту кораблів від
вражаючої дії морської зброї. У зв'язку з появою ядерної зброї
основним видом захисту була визнана протиатомного захисту (ПАЗ), покликана
забезпечити взривостойкость корпусу корабля, захист його обладнання від ударних
навантажень, захистекіпажу від світлового випромінювання і радіоактивного зараження.
Дослідження в
області ПАЗ кораблів були розгорнуті на початку 50-х років. Вони проводилися в
ЦНДІ ім.академікаА.Н.Крилова під керівництвом члена-кореспондента АНСССР
В. В. Новожилова, у філії 12-го НІІМО під керівництвом Ю. С. Яковлєва, в 1-м ЦНІІМО
під керівництвом Ф. С. Шлемова, а також у низці інших організацій промисловості
і Міноборони. За короткий термін (5-7 років) працями перерахованих вчених і
керованих ними колективів були розроблені теоретичні основи впливу
основного вражаючого фактора ядерного вибуху - ударної хвилі на корабельні
конструкції, а також перший (тимчасові) методики розрахунку динамічної міцності
і струсів корпусних конструкцій кораблів від впливу підводного і
повітряного ядерного вибухів. Найбільший внесок у ці роботи внесли, крім
вищевказаних керівників робіт, А. А. Александрин, Ю. В. Горяїнов,
Б. В. замишляє, І. І. Дехтяр, І. Л. Діковіч, М. Н. Лефонова, К. В. Лопухов,
Г. С. Мігіренко, І. Л. Миронов, І. Д. Півен, А. К. Перцев, Л. І. Сліпучий, Л. В. Фремке.
Вивченням
параметрів ударної хвилі ядерного вибуху, у тому числі поблизу вільної
поверхні, займався Інститут хімічної фізики АН СРСР (академіки
С. А. Християнович, М. А. Садовський). Результати теоретичних досліджень у цій
частини були експериментально перевірені під час проведення натурних випробувань
кораблів на дію ядерних вибухів в 1955р.
У 1958-1959гг.
були проведені унікальні випробування на взривостойкость підводного човна проекту
613 (С-45) під науковим керівництвом Ф. С. Шлемова. При випробуваннях вперше
використовувалися шнурові заряди; в наступних натурних випробуваннях методика їх
використання для імітації ударної хвилі підводного ядерного вибуху
неодноразово вдосконалювалася. На підставі результатів випробувань визначено
безпечний радіус для дизель-електричних човнів повоєнної будівлі,
виявлені їх слабкі місця в корпусних конструкціях і обладнанні,
відкориговані нормативно-методичні матеріали з оцінки взривостойкості
при дії ударної хвилі підводного ядерного вибуху. Все це дозволило при
проектуванні атомних підводних човнів першого покоління включати в
тактико-технічне завдання (ТТЗ) обгрунтовані вимоги за величиною
безпечного радіусу (по міцності корпусу) при дії підводного ядерного
вибуху.
У 60-70-і роки
був проведений комплекс теоретичних досліджень струсів обладнання та
озброєння підводного човна при підводному ядерному вибуху (Ю. С. Крючков,
Н. Л. Мошенський, Н. С. Каратєєв), а також натурних випробувань на взривостойкость ПЛ
і натурних стендів з комплексами ракетної зброї та енергетичного
обладнання. На підставі результатів цих досліджень і випробувань
розроблені керівні технічні матеріали (РТМ) із забезпечення
взривостойкості ПЛ, зокрема:
вимоги ВМФ
до протиатомного захисту підводних човнів;
правила і
методи розрахунку динамічної міцності і струсів підводного човна при дії
ударної хвилі підводного ядерного вибуху;
