Ветер, волны, глубина: где надводные корабли и субмарины держат экзамен на выход в море
Навскидку нечто объединяющее уловить сложно, но оно есть: все названные объекты прошли испытания в Крыловском государственном научном центре — главном отраслевом НИИ судостроения. Корреспондент «Армейского стандарта» увидел, как эти испытания проходят.
«Шарль де Голль» тоже…
Сейчас в это трудно поверить, но в стенах Крыловского центра (в то время Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н.Крылова) в начале 1990-х годов испытывали… французский авианосец «Шарль де Голль». Тогда такое было возможно, и заказчик остался доволен проверкой мореходных качеств корабля. Обращение не было случайным: до этого «добро» на выход в море здесь получили отечественные авианосцы проекта 1143 «Кречет». Хотя надо признать, что больше клиентов из стран НАТО не случалось — только по линии гражданского судостроения. Зато все советские и позднее российские корабли в обязательном порядке проходили и проходят через цикл испытаний в Крыловском центре.
Что дает «экзамен» в Крыловском ГНЦ и в чем он заключается? В первую очередь речь о проверке надежности конструкции кораблей и обеспечении безопасности за счет тщательных и всесторонних исследований их моделей. Подход комплексный: изучаются мореходные качества, проводятся исследования в области гидро- и аэродинамики, изучаются гидроакустические и электромагнитные характеристики, корабельная электроэнергетика и т.д.
Неужели в наш век IT-технологий и 3D-моделирования нельзя обойтись без испытаний моделей? Оказывается, они весьма актуальны и поныне. Да, ряд ситуаций можно воссоздать на компьютере, но, как показывает практика, даже самые современные программы имеют погрешность порядка 10 процентов. А вот при модельных испытаниях она составляет всего 1–2 процента. Что называется, почувствуйте разницу.
Подлодка на волне
Все и начинается с создания самой модели надводного корабля, подводной лодки или какого-то инфраструктурного объекта. При этом точность ювелирная — масштабная копия выполняется с погрешностью не более 0,1 мм. Остальные характеристики также соответствуют реальным. К примеру, вес объекта, в том числе с возможным грузом.
Затем испытания. Самые разные — благо позволяет мощная экспериментальная база. Только бассейнов на территории центра шесть: помимо мореходного еще и глубоководный, мелководный, ледовый, циркуляционный, маневренно-мореходный. Плюс комплекс аэродинамических труб, эллинг ресурсных и статических испытаний и др.
Обычно программа испытаний стартует в мореходном бассейне. Как рассказал заместитель начальника профильной лаборатории Константин Корнилов, для модели задаются конкретные показатели водной среды. Так, с помощью волнопродуктора можно создать необходимое волнение воды в бассейне. Цель — увидеть, к примеру, что будет с подводной лодкой, выкрашенной для удобства наблюдений в яркий желтый цвет, при попадании в шестибалльный шторм с волнами высотой до четырех метров. Помимо этого моделируются ветер и течение, типичные для той или иной точки Мирового океана.
Полученные данные анализируются, и конструкторы получают рекомендации: что необходимо скорректировать для более безопасной эксплуатация объекта.
«Программа испытаний в среднем занимает две недели, — поясняет начальник отделения гидроаэродинамики Вячеслав Магаровский. — При этом чем раньше модель окажется в мореходном бассейне, тем проще и дешевле вносить те или иные изменения в проект. Ежегодно такую проверку проходит порядка 50 моделей кораблей и судов. Мы гарантируем такое же поведение объекта в реальных условиях — никаких сбоев или отклонений никогда не случалось».
Скорость перспективного
Гордость Крыловского центра — глубоководный бассейн. По длине ему нет равных — 1324 метра. Аналогичный в Исследовательском институте в Нидерландах — всего 250 метров, в Гамбургской лаборатории судостроения — 300, ближе всего приблизившийся бассейн Давида Тейлора в США — 575 метров.
Глубина задается не менее семи метров. Это только кажется, что испытания здесь во многом схожи с проводимыми в мореходном бассейне. Тут проверяются другие характеристики — ходовые качества. При мне, например, шло испытание эскизного проекта перспективного корабля океанской зоны.
«Используем буксировочную тележку, которая по воде ведет за собой модель, — говорит начальник лаборатории отделения ходкости (есть, оказывается, у судов такая характеристика) Сергей Капранцев. — Датчики дают информацию, позволяющую спрогнозировать достижимую скорость корабля, а при необходимости — изменить форму обводов для уменьшения сопротивления воды».
Одним из основных, если официально, то — Первым научно-исследовательским отделением Центра — руководит вице-адмирал запаса Владимир Пепеляев, в недавнем прошлом занимавший должность заместителя главнокомандующего ВМФ России.
«Почему важны испытания в глубоководном бассейне? — задает он вопрос и тут же дает ответ. — Для корабля океанской зоны влияние глубины весьма важный фактор: соотношение осадки и глубины под килем должно соответствовать реальным условиям. Ведь, к примеру, на мелководье корабли ведут себя по-другому, особенно на больших скоростях».
В глубоководном бассейне свой масштаб. Если тележка с моделью движется со скоростью 2 метра в секунду, то в реальности объект выдает порядка 30 узлов. Учитывается, как проявляет себя корабль в тех или иных заданных условиях, какова волновая реакция и т.д. Ну, а дальше — рекомендации конструкторам.
Экстрим во льдах
Особое внимание ледовому бассейну. Это и понятно — активизируется освоение Арктики, требуется все больше кораблей и судов ледового класса.
В 2014 году для проведения профильных испытаний кораблей и инфраструктуры Арктической зоны в Крыловском центре был построен бассейн ледового комплекса. Его технологическое оснащение позволяет создавать самые различные условия, с которыми можно столкнуться за Полярным кругом. Длина — 102 метра, из которых 80 — ледовое поле.
Моделирование ледовой обстановки — это не только формирование массивов льда необходимой толщины, но также и определенной плотности, исходя из конкретной ситуации в том или ином районе Арктики.
Так, его 8-сантиметровый слой в бассейне — это два метра в реальной обстановке (диапазон намораживаемого льда в бассейне — от 1 до 10 см). Таким образом, есть возможность исследовать поведение корабля или подводной лодки в самых сложных условиях.
В ходе испытаний тяговых характеристик объекта на чистой воде и при созданном ледовом сопротивлении определяется ледопроходимость и даются рекомендации проектировщикам. Затем, после корректировки проекта, вновь испытания модели. Совместная работа длится примерно месяц, после чего можно гарантировать — со льдами Арктики реальный корабль или судно справится успешно.
На семи ветрах
Важнейший экзамен для модели корабля — испытание в аэродинамической трубе.
«В ходе него получаем аэродинамические характеристики надводной части корабля, которые используются для составления математических моделей по управляемости, — комментирует заместитель начальника отделения гидроаэродинамики Сергей Соловьев. — Кроме того, определяем поля скоростей над взлетно-посадочными вертолетными площадками: для безопасного взлета и посадки очень важно точно определить структуру потока над палубой во избежание жесткой посадки или даже аварии».
В итоге становится ясно, какой будет результирующий ветер над палубой при различных курсах и скоростях корабля. Тут все влияет, включая надстройку, конфигурацию палубы и пр.».
Исследовательский комплекс — это шесть аэродинамических труб. Знаковым событием стало введение в строй качественно новой ландшафтной аэродинамической трубы. Таких всего пять в мире. Длина закрытой рабочей части порядка 18 метров, что дает возможность моделировать поведение различных слоев атмосферы, создаваемые ими воздушные потоки и даже турбулентность.
Кроме того, широкая рабочая часть позволяет испытывать крупные макеты с высокой степенью детализации. В частности, здесь проводили эксперименты с моделью авианесущего крейсера «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов», и полученные результаты совпали с данными практической эксплуатации. То есть точность характеристик высочайшая. Не случайно в новой аэродинамической трубе прошел проверку и Крымский мост. Ветры в Керченском проливе бывают сильными.
…Учитывая перспективную программу отечественного кораблестроения, можно с уверенностью сказать: работы у коллектива Крыловского центра будет много. К тому же 2019 год — юбилейный: ведущая отраслевая исследовательская организация отметит 125-летие.
