Баннер

КМЗ:
от ремонта двигателей
к серийному производству

Главная / Наука / Научные проблемы кораблестроения и их решение

Научные проблемы кораблестроения и их решение: Введение

И.Г. ЗАХАРОВ - доктор технических наук, профессор, контр-адмирал,
В.В. ЕМЕЛЬЯНОВ - кандидат технических наук, капитан 1 ранга,
В.П. ЩЕГОЛИХИН - доктор технических наук, капитан 1 ранга,
В.В. ЧУМАКОВ - доктор медицинских наук, профессор, полковник медицинской службы

Создание современного корабля основывается на достижениях многих наук, и, прежде всего на науках, изучающих мореходные характеристики корабля, архитектуру и прочность его корпуса, проблемы защиты от поражающего воздействия оружия, вопросы взрыво- и пожароопасности, скрытности от средств обнаружения по физическим полям, а также обеспечения обитаемости и многие другие качества корабля. Рекомендуемые при проектировании, строительстве кораблей технические идеи и конкретные решения должны отвечать уровню развития техники не только текущего периода, но и прогнозируемого на последующие 10-20 лет. Именно поэтому во всем цикле создания кораблей особенно важная и ответственная роль отводится решению различных научных проблем кораблестроения, направленных на улучшение боевых и эксплуатационных качеств надводных кораблей и подводных лодок.

Непотопляемость и остойчивость
Мореходность
Ходкость, управляемость и движители
Динамика подводных лодок
О кораблях с динамическими принципами поддержания (КДПП)
Прочность и конструкционные материалы
Вибрация
Взрывостойкость
Конструктивная защита
Пожаробезопасность
Скрытность и защита кораблей по физическим полям
Обитаемость корабей
Совершенствование методов проектирования кораблей и обоснование проектных решений

Непотопляемость и остойчивость

Основы теории и практики непотопляемости кораблей были заложены в начале ХХ в. замечательным русским флотоводцем и ученым вице-адмиралом С.О. Макаровым, которые затем развил академик А.Н. Крылов. Основоположником современной отечественной школы непотопляемости кораблей по праву считается видный ученый-кораблестроитель контр-адмирал В.Г. Власов. В практику борьбы за непотопляемость корабля внесли значительный вклад Д.В. Дорогостайский и Г.Е. Павленко.

В конце 40-х - начале 60-х годов встал вопрос о том, какой из методов спрямления корабля, получившего повреждение корпуса с затоплением части отсеков и имеющего значительный крен и дифферент, рекомендовать для внедрения на флоте. Проведенная по инициативе 1-го Центрального научно-исследовательского института (1-го ЦНИИ) ВМФ в 1953 г. научная конференция по вопросам живучести кораблей приняла решение начать натурные испытания по спрямлению кораблей.

Специальная комиссия, в которой участвовали видные флотские ученые 1-го ЦНИИ МО, Военно-морской академии (ВМА) им. А.Н. Крылова, Высшего военно-морского инженерного ордена Ленина училища (ВВМИОЛУ) им. Ф.Э. Дзержинского и специалисты промышленности, провела уникальные опытовые учения в Кронштадте по спрямлению крейсера “Максим Горький” и эсминца “Строгий”. На кораблях подвергались фактическому затоплению намеченные отсеки. В результате успешно проведенных испытаний комиссия единогласно признала наиболее целесообразным способ спрямления, предложенный В.Г. Власовым. Принципиальной особенностью этого способа являлось определение потребного спрямляющего момента и на этой основе подбора отсеков, используемых для спрямления в условиях, когда нет достоверных сведений о затопленных помещениях корабля. Такие условия в максимальной степени отвечали условиям борьбы за живучесть корабля в боевой обстановке. В этом отличие от ранее предложенного А.Н. Крыловым способа и его практическая ценность. Приказом по флоту опробованный способ спрямления кораблей был введен в действие.

Натурные испытания на эсминце “Сообразительный”, проведенные в 1949 г. с целью исследования воздействия ветрового крена на корабль, открыли большой цикл экспериментальных работ по изучению этой проблемы, и к 1953 г. была создана теория динамической остойчивости. Наиболее существенный вклад в эту работу внес сотрудник ЦНИИ им. А.Н. Крылова Г.А. Фирсов.

Результаты исследований в области остойчивости и непотопляемости кораблей вошли в требования ВМФ к проектированию, изданные впервые в 1952 г. Нормирование остойчивости корабля исходило из заданной интенсивности ветра и качки, а непотопляемости - по заданному количеству затопленных отсеков, параметров посадки и остойчивости при этом.

Применительно к подводным лодкам различают надводную и подводную непотопляемость. На первом этапе (до начала 60-х годов) нормирование надводной непотопляемости осуществлялось только по углу аварийного статического дифферента, величина которого была назначена без особых обоснований (при единственном требовании: отсутствии каких-либо серьезных последствий для вооружения и технических средств подводной лодки). Численные оценки дифферента определялись по диаграммам, предложенным специалистами ЦКБ-18 Д.Л. Гармашем А.В. Базилевичем.

Исследования продольной остойчивости кит сгонных и шпигатных подводных лодок, выполненные С.И. Крыловым (специалист 1-го ЦНИИ МО), показали, что не дифферент, а запас продольной остойчивости является решающим фактором при оценке безопасности положения аварийной подводной лодки (ПЛ). Поэтому нормирование было предложено производить не только по величине аварийного статического дифферента, но и по максимальному плечу диаграммы продольной статической остойчивости. Влияние на непотопляемость подводной лодки морского волнения не рассматривалось и не учитывалось Возросшие скорости кораблей, увеличение глубины погружения ПЛ потребовали более углубленного анализа требований, предъявляемых к их остойчивости и непотопляемости. Были разработаны “Общие правила восстановления остойчивости и спрямления поврежденного корабля” и макеты корабельной документации по непотопляемости для надводных кораблей и подводных лодок.

Исследовательские работы по изучению ветрового крена позволили в 1958 г. создать методику расчета предельной скорости ветра, выдерживаемой кораблем при его движении на волнении, что дало возможность перейти к нормированию остойчивости корабля не по давлению ветра, а по его скорости. В это же время сотрудниками ЦНИИ им. А.Н. Крылова решалась задача о действии на корабль воздушной ударной волны от атомного взрыва, что дало возможность разработать методику расчета крена корабля в этих условиях.

Несмотря на широкий комплекс теоретических и экспериментальных исследований непотопляемости подводных лодок, их создатели до начала 70-х годов не обращали должного внимания на повышенную опасность поведения бескингстонных лодок при авариях, связанных с поступлением воды в прочный корпус при волнении моря. Специальных требований в этом случае к проектировщикам не выдвигалось. Позже были сформулированы требования к надводной непотопляемости, которые учитывали как затопление шпигатных ЦГБ от воздействия морского волнения, так и влияния качки самой подводной лодки.

При создании подводных лодок с малым запасом плавучести выявилось, что требования по непотопляемости к ПЛ двухкорпусного типа не могут быть в полном объеме применены к ПЛ однокорпусной архитектуры. Поэтому 1-й ЦНИИ МО в конце 80-х годов разработал новую концепцию обеспечения надводной и подводной непотопляемости, которая учитывала их взаимное влияние друг на друга. Одновременно было выдвинуто требование к обязательному оборудованию кингстонами однокорпусных подводных лодок и концевых ЦГБ на двухкорпусных лодках.

Начиная с 50-х годов проводились исследования по созданию автоматизированных систем, обеспечивающих работу технических средств по борьбе за живучесть и непотопляемость аварийной ПЛ. Такие системы были затем созданы и внедрены.

Особое внимание обращалось на конструктивное обеспечение запасов плавучести и остойчивости, автоматизацию расчетов непотопляемости. В решении последней задачи активное участие приняли специалисты 1-го ЦНИИ МО, ЦНИИ им. А.Н. Крылова и НПО “Аврора”. Специалисты 1-го ЦНИИ МО являлись, как правило, не только инициаторами, но и непосредственными исполнителями большей части исследований в области непотопляемости кораблей и подводных лодок, разработчиками ряда методических материалов и монографий (академик Н.С. Соломенко, С.И. Крылов, Ю.И. Кузнецов и Л.Ю. Худяков).

Мореходность

Опыт войны, повышение требований к перспективным проектам кораблей и анализ возможности их использования в различных погодных условиях ставили перед отечественными учеными проблему дальнейшего совершенствования мореходных качеств кораблей.

Нужны были более современная теория, надлежащая экспериментальная база, систематические испытания моделей и натурные испытания, позволяющие проверить возможности корабля в море.

В ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского и ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова были проведены испытания в бассейне серии моделей эсминца с различными обводами на различных скоростях и волнении. Это позволило создать один из лучших, с точки зрения мореходности, корабль в нашей стране - эскадренный миноносец проекта 56. Его корпус до сих пор служит прототипом для современных кораблей. Вершиной проверки стали расширенные мореходные испытания этого корабля в море, которые подтвердили правильность выбранного пути.

В ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова уделялось серьезное внимание развитию экспериментальных средств изучения мореходности. Под руководством Г.А. Фирсова создан отечественный волнопродуктор в старейшем опытовом бассейне. Это позволило приступить к экспериментальным исследованиям качки на волнении и связанных с нею явлений. Программа предусматривала испытания большой серии моделей на предмет выявления оптимальных коэффициентов и геометрических соотношений элементов корпуса корабля с точки зрения дополнительного сопротивления, заливаемости и оголения днища.

В начале 50-х годов усилия специалистов 1-го ЦНИИ МО, ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, НПО “Аврора” (А.Н. Шмырев, Г.А. Фирсов, Г.М. Хорошанский, В.А. Мореншильд, В.Б. Терезова и другие) были сосредоточены на исследованиях, натурных проверках успокоителей качки корабля, их внедрении и совершенствовании. Этими работами определялась эффективность различных систем успокоителей качки, законов управления ими, оценена надежность конструкций приводов и наметилось направление дальнейших работ. Добившись высоких гидродинамических качеств управляемых бортовых рулей, на боевых кораблях удалось достичь существенного снижения бортовой качки при сильном волнении моря.

Работы Е.Б. Юдина послужили основой для методики расчета стабилизирующего момента, создаваемого бортовыми рулями, а также необходимой для их перекладки мощности, что позволило создать первый, вошедший в серийное производство, отечественный успокоитель качки с бортовыми управляемыми рулями (установлен на кораблях проекта 56). В середине 60-х годов в ЦНИИ им. А.Н. Крылова проводились исследования успокоителей качки в виде разрезных бортовых рулей, что способствовало значительному улучшению их мореходных качеств. Мореходные испытания вошли в практику государственных испытаний головных кораблей.

На базе теоретических и экспериментальных исследований, многочисленных натурных испытаний были разработаны требования к мореходности кораблей различных типов. Они были изложены во “Временных общих требованиях к проектированию боевых надводных кораблей” и нашли отражение в “Методике проведения мореходных испытаний кораблей ВМФ”.

В совокупности с модельными испытаниями в бассейнах натурные мореходные испытания кораблей и судов позволили более глубоко изучить поведение их на волнении и обеспечить требуемую мореходность при проектировании. Предложенная на основании этих исследований статистическая теория качки обобщила и расширила выводы теории качки на регулярном волнении, разработанной академиком А.Н. Крыловым, и открыла новые пути для развития этого раздела науки о корабле работами А.И. Вознесенского, А.В. Герасимова, М.Д. Хаскинда, И.Е. Бородая. Особенно значителен вклад в теорию корабля и современного учения о мореходности Г.А. Фирсова. В связи с необходимостью обеспечения использования ракетного оружия из подводного положения возникла проблема исследования качки подводной лодки под водой. Такое исследование было впервые выполнено в 1-м ЦНИИ МО Ю.И. Кузнецовым. В дальнейшем определение параметров качки подводных лодок на перископной и стартовой глубине стало обязательным для всех ракетных подводных лодок.

С появлением авианесущих кораблей стал актуальным вопрос безопасности взлета-посадки самолетов на палубу корабля в условиях волнения. Возникла необходимость изучения мореходности кораблей с динамическими принципами поддержания (КДПП) при их движении в режиме плавания. С этим направлением связан ряд работ В.Г. Платонова и А.М. Янчевского. Заметное место стали занимать исследования поведения на волнении глубоководных аппаратов при плавании в надводном положении.

К началу 90-х годов относятся работы по созданию быстроходных кораблей сравнительно небольшого водоизмещения, выполненные как в традиционном, так и в многокорпусном вариантах. Разрабатываются методы расчетного прогнозирования качки быстроходных кораблей, плавающих в переходном режиме, с учетом действия днищевых управляемых интерцептов, используемых в качестве успокоителей (ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, 1-й ЦНИИ МО, МАИ).

В 1987 г. И.К. Бородаем сформулированы методы расчета качки в наиболее общем случае движения корабля на волнении - при маневрировании с непрерывно изменяющимися скоростью и курсом по отношению к волнению, был завершен цикл систематических исследований Н.Н. Рахманина по динамике аварийного корабля с затопленными отсеками различной категории, что непосредственно связано с решением проблем непотопляемости корабля на волнении.

Ходкость, управляемость и движители

В понятие “ходкость корабля”, как известно, вкладывается способность корабля осуществлять движение с максимальной скоростью хода при минимальных энергетических затратах. Применительно к подводным лодкам это понятие расширяется: их движение не должно сопровождаться интенсивным демаскирующим шумом, приводящим к потере их скрытности. За последние 50 лет в области ходкости ПЛ проводились исследования по обеспечению минимально возможного их сопротивления в основном режиме хода, достижению наиболее высоких пропульсивных характеристик ПЛ при ее движении в этом режиме, а также созданию конструкций гребных винтов, обладающих низким уровнем шумоизлучения. Интенсивному развитию исследовательских работ в области ходкости подводных лодок, начиная с начала 50-х годов, послужило широкое внедрение на них атомных энергетических установок.

Опыт натурных испытаний первой отечественной атомной подводной лодки убедительно показал, что прежние подходы к выбору наружных обводов лодок и их внешней архитектуре, расчетам их буксировочного сопротивления при движении в воде, изучению условий работы гребных винтов за корпусом корабля нуждались в серьезном пересмотре. Эти же испытания продемонстрировали перспективность применения на подводных лодках специальных малошумных гребных винтов. Были развернуты комплексные целенаправленные исследования, связанные с совершенствованием конструкции винтов. Задача обесшумливания гребных винтов решалась не только путем акустической оптимизации их геометрических элементов, но и за счет реализации других идей, улучшающих условия работы винтов за корпусом подводной лодки. Благодаря тесному сотрудничеству специалистов промышленности и ВМФ удалось добиться заметных успехов в разработке принципиально новых теоретических методов проектирования гребных винтов, в создании физико-математической модели их шумоизлучения, что, по существу, открыло новый раздел теории корабля. Были детально и последовательно исследованы все составляющие сопротивления подводной лодки при ее движении в воде, осуществлен поиск форм корпуса и определены главные размерения, обеспечивающие наилучшие пропульсивные качества и наиболее благоприятные условия для работы гребного винта за корпусом корабля.

Следует отметить, что в ходе выполнения этих работ предложена ювелирная “операция вписывания” лопастей малошумного гребного винта в ту неоднородность потока, которую формируют корпус подводной лодки и его выступающие части для придания ему в полной мере свойств “малошумности”. В корне видоизменилась сама концепция проектирования гребных винтов для ПЛ. Корпусы подводных лодок приобрели хорошо обтекаемую форму, с них были убраны все детали, увеличивающие сопротивление при движении на глубине. Доля сопротивления турбулентного трения воды об обшивку корпуса ПЛ резко возросла и составила 65-70% от полного сопротивления, став определяющей.

В получении положительных результатов исследований в области ходкости подводных лодок большое значение имело развитие гидродинамической экспериментальной базы ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, а также создание современных измерительных средств, позволивших резко расширить номенклатуру выполняемых модельных измерений, повысить их точность и надежность. В результате исследований были найдены наиболее перспективные и реальные пути существенного снижения сопротивления движению в воде. Теоретические расчеты были подтверждены серией испытаний крупномасштабных моделей. Для проверки методов снижения сопротивления и для проведения гидродинамических и других исследований в натурных условиях, выясняющих степень влияния так называемого масштабного эффекта, было принято решение о строительстве специальной подводной лодки-лаборатории. На этой подводной лодке в 80-х годах были проведены эксперименты по совершенствованию гидродинамических характеристик за счет применения различных способов воздействия на так называемый пограничный слой. В натурных условиях было достигнуто снижение сопротивления трения на 30%, что в общем сопротивлении составляет около 25%.

Значительный вклад в исследование прикладных аспектов проблемы снижения гидродинамического сопротивления и разработку конструкторских решений внесли ученые Сибирского отделения Российской академии наук - сотрудники Института теплофизики. Иркутского института органической химии (ИрИОХ), Института гидродинамики.

Одной из важнейших вех в развитии исследований в рассматриваемой области теории корабля явилось создание в начале 70-х годов скоростной серийной атомной подводной лодки, на которой в значительной степени были реализованы все мероприятия по гидродинамической отработке обводов корпуса и геометрических элементов гребных винтов. На этой подводной лодке (проект 661) была достигнута максимальная скорость под водой (более 40 уз.), которая до сих пор не перекрыта за рубежом. Зафиксированные высокие значения пропульсивного коэффициента (80%) и критических скоростей подводной лодки (скоростей, при которых шум гребного винта еще не проявляется) оказались близкими к предельно достижимым и полностью совпали с прогнозируемыми, что свидетельствовало об обоснованности и надежности разработанных к тому времени расчетных методов.

Но уже тогда специалистам в области ходкости подводных лодок стало понятно, что в ближайшие годы на скрытных режимах движения их шумность будут определять шумы гребных винтов некавитационной природы, которые ранее маскировались другими источниками. Создание конструкций малошумных гребных винтов, обладающих низкими уровнями некавитационного шума, при сохранении уже достигнутых пропульсивных и кавитационных характеристик, явилось следующим циклом исследований в области ходкости подводных лодок и обесшумливания гребных винтов. Эти исследования продолжаются до сих пор. Достижения в области ходкости подводных лодок стали возможными благодаря работам Ю.В. Кривцова, которого заслуженно называют отцом отечественного глубоководного бассейна, А.Д. Перника - автора первой отечественной конструкции малошумных гребных винтов, а также И.А. Титова - первопроходца в области ходкости подводных лодок в ее современном понимании и многих других сотрудников ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, 1-го ЦНИИ МО и ВВМИОЛУ им. Ф.Э. Дзержинского (В.Ф. Бавип, Б.А. Самарин, А.С. Горшков, О.Н. Гончаров, Б.А. Бискуп, С.В. Куликов, В.П. Ильин, Б.Г. Тощев, И.А. Воров, А.Н. Патрашев, В.Ф. Дробленков, В.Н. Герасимов, Ю.С. Шалин, И.И. Сизов).

Как известно, традиционный гребной винт как тип движителя в большинстве случаев применяется на водоизмещающих надводных кораблях.

Основным требованием, предъявляемым к гребным винтам надводных кораблей послевоенной постройки, было обеспечение наилучших пропульсивных качеств, позволяющих максимально повысить их скорость и дальность плавания. Как правило, это были трехлопастные гребные винты.

Начиная с середины 60-х годов в качестве движителей надводных кораблей стали применяться так называемые “малошумные” гребные винты, в конструкции которых реализуются некоторые идеи, направленные на задержку момента возникновения кавитации с увеличением частоты вращения. Винты были четырехлопастными. Поскольку возникновение кавитации определяется не только конструкцией гребных винтов, но и условиями их работы, в частности, неоднородностью поля скоростей натекающего потока, то одновременно реализовывались предложения по выравниванию натекающего потока. Все это позволило на 30-40% повысить докавитационные скорости и соответственно снизить уровни шума на закритических ходах.

В 70-е годы продолжалось строительство серийных кораблей с малошумными гребными винтами первого поколения. Однако в интересах повышения эффективности новых мощных гидроакустических комплексов потребовался дополнительный прогресс в обесшумливании корабельных движителей.

К концу 70-х годов был сформулирован облик малошумных корабельных винтов второго поколения. Серийные надводные корабли оборудуются преимущественно пятилопастными гребными винтами с умеренной саблевидностью. В ряде проектов применяются подвод воздуха к входящим кромкам лопастей и выравнивающие устройства.

Эти меры позволили увеличить докавитационные скорости на 35-45% при снижении уровней подводного шума на закритических ходах на 10-15 Дб. Одновременно в 2-2,5 раза снизились амплитуды периодических сил, передаваемых гребными винтами корпусу.

Несмотря на достигнутый прогресс в обесшумливании корабельных движителей, проблема дальнейшего улучшения гидроакустических качеств продолжает оставаться. Стало очевидным, что для ее решения необходимо совершенствование как теоретических, так и экспериментальных исследований. К настоящему времени практически все резервы пропульсивных и гидроакустических качеств кораблей в условиях применения обычных гребных винтов в значительной мере исчерпаны. Поэтому актуальной задачей стала разработка таких конструкций винтов, которые обладают повышенными гидроакустическими качествами не только в идеализированных условиях сдаточных испытаний кораблей, но и в реальных условиях эксплуатации с учетом влияния волнения, ухудшения состояния поверхности обшивки корпуса, маневрирования и т.д. Данная проблема может быть решена путем применения винтов регулируемого шага. Предпосылки для этого на отечественных быстроходных водоизмещающих надводных кораблях созданы за счет разработки силовых установок со сниженной номинальной частотой вращения.

Для обеспечения нового прорыва в улучшении пропульсивных и гидроакустических качеств надводных кораблей предпочтительно применение движителей новых типов, например, соосных гребных винтов противоположного вращения. Большой вклад в создание современной теории ходкости и движителей надводных кораблей, в строительство современной экспериментальной базы и проведение натурных испытаний внесли специалисты ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, 1-го ЦНИИ МО, ЛКИ и проектных бюро: В.А. Миниович, А.М. Басин, И.А. Титов, С.В. Куликов, И.Д. Желтухин, В.К. Турбал, В.К. Иванов, И.Н. Сыркин, Л.С. Артюшков, А.Ш. Ачкинадзе, М.Н. Саморуков, Ю.С. Шалин и другие.

Динамика подводных лодок

Создание атомных энергетических установок в начале 50-х годов обусловило революционный скачок в подводном кораблестроении. Подводные лодки превратились в высокоскоростные корабли с большой автономностью подводного плавания. При этом возник и ряд сложных научно-технических задач, в частности, в области гидродинамики и динамики плавания. Большие скорости, длительные режимы подводного хода требовали изменений традиционной формы корпуса ПЛ, разработки более совершенной теории управляемости, новых подходов к обеспечению безопасности плавания в допустимом интервале глубин. К тому же время возможного достижения предельных глубин резко сокращалось при высокоскоростном маневрировании. Требовались новые средства и новые подходы к борьбе за живучесть и т.п.

Решение таких задач для проектируемых и перспективных лодок определяло направление работ в области динамики подводного плавания на протяжении всей второй половины XX в. Над их решением, при тесном взаимодействии с 1-м ЦНИИ МО, продолжали трудиться коллектив филиала ЦАГИ под руководством Н.К. Федяевского (Д.В. Якушевич, И.Б. Федорова, А.В. Шарипов и др.), коллектив сотрудников при ЦКБ-18 (нынешний ЦКБ МТ “Рубин”) во главе с А.П. Скобовым и А.В. Калачевой (В.Н. Квасников, В.В. Рождественский и др.), коллектив сотрудников ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова под руководством С.И. Девнина, а затем А.В. Герасимова, Е.Б. Юдина и М.Я. Мазора. К решению проблемы динамики лодок подключились ВВМИОЛУ им. Ф.Э. Дзержинского (А.Н. Патрашев) и ВМА им. Н.Г. Кузнецова (Я.Т. Пугачев). В 1-м ЦНИИ МО эту работу возглавляли последовательно С.В. Козлов и С.И. Крылов.

В 50-х годах была проведена конференция по управляемости подводных лодок, в которой приняли участие организации ВМФ и промышленности. На ней были определены основные задачи и направления исследований. Выявилась недостаточность экспериментальной базы для проектирования атомных подводных лодок в части управляемости. Необходимо было проведение систематических натурных испытаний по определению гидродинамических характеристик и маневренных элементов для формирования и обоснования требований к управляемости. Проведение этих испытаний было возложено на 1-й ЦНИИ МО.

Для научно-технического сопровождения проектирования первой и последующих атомных подводных лодок потребовалось сооружение специальных аэро- и гидродинамических лабораторий в ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, поскольку существующие к тому времени гидроканалы не позволяли получать необходимые экспериментальные данные в нужном объеме. Было начато проектирование и строительство маневренно-мореходного бассейна. Создание его позволило на моделях изучать маневренные качества лодок в надводном положении в условиях искусственного волнения, а также определять на малых моделях (около 2 м) гидродинамические характеристики лодок при криволинейном движении в подводном положении. Имевшаяся большая аэродинамическая труба позволяла имитировать поступательное движение лодки в толще воды при наличии углов атаки и дрейфа. В крупнейшем в мире циркуляционном бассейне можно было проводить модельные испытания при криволинейном движении больших моделей (около 6,0 м) в широком диапазоне скоростей. В распоряжении исследователей находился ряд специальных установок и стендов.

Сооружение таких лабораторий в ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова поставило нашу страну на один уровень с наиболее развитыми судостроительными державами мира и позволило в ходе проектирования отработать такие проектные решения, которые обеспечивали отечественным ПЛ высокие маневренные качества и хорошую управляемость. Так, за более чем 40-летний период строительства и эксплуатации атомного подводного флота не было случаев неудовлетворительной управляемости отечественных подводных лодок.

В результате выполненных исследований и натурных испытаний разрабатывались критерии управляемости и обосновывались их нормативные характеристики, на базе которых формировались архитектура и геометрические элементы оперения и рулей.

Особое значение для атомных подводных лодок приобретали вопросы движения в таких специальных режимах, как малошумное маневрирование, при котором обеспечиваются акустическая скрытность, всплытие под поверхность моря в условиях морского волнения (для осуществления сеансов связи), аварийное всплытие с использованием продувания балластных цистерн, экстренное снижение скорости с осуществлением реверса гребными винтами, а также требовали решения вопросов гидродинамики подводных лодок при движении с большими углами атаки и дрейфа.

Были разработаны важные практические рекомендации, позволяющие обеспечивать безопасное плавание при высокоэффективных средствах управления и системах главного балласта.

Впервые в мировой практике на отечественных лодках проектов 671, 971 были применены автоматические противоаварийные системы, предотвращающие катастрофические последствия из-за ошибок в управлении, обусловленных неправильными действиями оператора или сбоями в автоматических системах, управляющих эксплуатационными маневрами, а также в случаях возможной заклинки горизонтальных рулей ПЛ. В качестве советчика командиру разработана автоматическая система, выдающая рекомендации по управлению при такой тяжелой аварии, как поступление воды внутрь прочного корпуса при нарушении его герметичности.

О кораблях с динамическими принципами поддержания (КДПП)

В интересах создания кораблей на подводных крыльях был проведен большой объем теоретических, экспериментальных и опытно-конструкторских работ по выявлению влияния параметров подводных крыльев на их гидродинамические характеристики с целью разработки подводных крыльев с наилучшими гидродинамическими качествами. Исследованы различные компоновочные схемы и их влияние на характеристики движения корабля, а также способы передачи мощности к движителям. На основании приведенных теоретических и экспериментальных исследований в конце 50-х годов были построены два катера проекта 125 с обычными и суперкавитирующими двухкрыльевыми схемами, на которых достигнута скорость 73 уз.

Исследования по применению крыльев для катеров относительно большого водоизмещения выполнен в начале 60-х годов на катере водоизмещением 240 т, который был оснащен носовым крылом и расположенной в корме управляемой транцевой плитой. Специальные ходовые и мореходные испытания этого катера, проведенные с участием 1-го ЦНИИ МО, показали существенное повышение скоростей на волнении, улучшение мореходности и снижение перегрузок. Это послужило основанием для создания в дальнейшем серийных кораблей, оборудованных указанной крыльевой схемой.

На натурных испытаниях корабля типа “Смерч” достигнута скорость более 100 уз. На серийных ракетных катерах на подводных крыльях проекта скорость составляла около 60 уз.

Объем исследований, проведенных за период до 1965 г., позволил создать ряд боевых кораблей на подводных крыльях (КПК) и определить дальнейшие пути улучшения их мореходных свойств. Было определено, что принципиальным путем повышения мореходности КПК большого водоизмещения является переход на глубокопогруженные автоматические управляемые подводные крылья.

На пути создания кораблей на воздушной подушке (КВП) основные усилия направлялись на выявление наиболее перспективных способов формирования воздушной подушки; отработку обводов элементов КВП, находящихся в контакте с водой, с целью снижения гидродинамического сопротивления; определение наиболее рациональных типов движителей; выявление путей повышения ресурса воздушных винтов и вентиляторов; на поиск наилучших способов обеспечения мореходности, управляемости и остойчивости; уменьшение заливаемости и забрызгиваемости. В результате теоретических и экспериментальных исследований в начале 70-х годов были созданы амфибийные КВП “Скат”, “Кальмар”, “Джейран”. Накопленный научный задел и практический опыт эксплуатации этих кораблей позволили обосновать дальнейший путь повышения мореходных свойств КВП - создание КВП скегового типа. Силами СМКБ “Алмаз” и 1-го ЦНИИ МО по инициативе А.Д. Круглова были созданы и испытаны крупномасштабные модели первых морских КВП, наиболее экономичных на скоростях выше 50 уз. В настоящее время ведутся теоретические, экспериментальные и опытно-конструкторские работы по обеспечению проектирования боевых скеговых КВП.

В 60-е годы ученые и специалисты страны по инициативе Р.Е. Алексеева приступили к разработке третьего направления в развитии кораблей с динамическими принципами поддержания -созданию экранопланов.

Проведен большой объем исследований по изучению физики явления экранного эффекта и перспективам его использования для создания реальных объектов, по обобщению и анализу опыта авиации в целях возможного использования различных решений применительно к разработке аэродинамических схем экранопланов. Специалисты судостроительной промышленности, МАП и ВМФ выполнили натурные испытания корабля-макета “КМ” (главный конструктор Р.Е. Алексеев), которые подтвердили техническую реальность создания экранопланов. В дальнейшем основные исследования направлялись на поиск форм и профилей крыльев, наиболее эффективно работающих вблизи экрана, на отработку аэродинамических компоновок такого аппарата. Определялись типы движителей, наилучшие способы обеспечения устойчивости движения, мореходности, управляемости, маневренности и остойчивости. Велась отработка взлетно-посадочных устройств, изучение и отработка амфибийных качеств.

В результате всего комплекса работ и исследований созданы и вступили в состав ВМФ транспортный экраноплан “Орленок” и боевой экраноплан “Лунь”. Ныне имеется научно-технический задел и определены пути дальнейшего развития экранопланостроения.

Для обеспечения исследований по аэрогидродинамике надводных кораблей, и в особенности КДПП, разработаны основные направления теоретических и экспериментальных работ для организаций ВМФ и промышленности, академической и вузовской науки, выполнение которых послужит основой для создания нового поколения кораблей начала XXI в.

Прочность и конструкционные материалы

Усиление вооруженности кораблей, их конструктивной защиты с одновременным повышением эксплуатационной скорости хода потребовали глубокого изучения внешних сил, действующих на корпус корабля, особенностей напряженно-деформированного состояния основных корпусных конструкций, нормирования общей и местной прочности, разработки новых конструкционных материалов и технологий строительства кораблей. Анализ и обобщение опыта боевого использования кораблей во второй мировой войне и задач, поставленных перед промышленностью по созданию нового отечественного флота, позволили разработать программу научных исследований, обеспечивающих запросы промышленности и ВМФ. В разработке и реализации этой программы активное участие принимали ЦНИИ им. А.Н. Крылова, 1-й ЦНИИ МО, ЦНИИ КМ “Прометей”, конструкторские бюро, институты и заводы судостроительной отрасли. В интересах подводного кораблестроения в начале 50-х годов проводились углубленные исследования устойчивости и напряженного состояния оболочки корпуса с различными вариантами системы набора, прочных цистерн, рубок, сферических переборок. Большое внимание было уделено уточнению запасов прочности, норм допускаемых напряжений, оценке влияния начального прогиба на прочность корпуса, рационализации конструкций. На основе исследований созданы нормы прочности, отвечающие повышенным глубинам погружения проектируемых кораблей по сравнению с довоенными.

Материалы исследований вошли в монографии Ю.А. Шиманского “Строительная механика подводных лодок” (1948 г.), П.Ф. Папковича “Строительная механика корабля” (1947 г.), В.В. Новожилова “Теория тонких оболочек” (1951 г.), Н.С. Соломенко “Строительная механика подводных лодок”.

Увеличение глубины погружения подводных лодок было невозможно без использования стали с повышенными прочностными свойствами. Работы по созданию такой стали велись в ЦНИИ-48 (ныне ЦНИИ КМ “Прометей”) и завершились разработкой и промышленным освоением сталей типа АК. Однако освоение этих сталей встретило ряд существенных трудностей. Так, для исключения возможности хрупких разрушений шпангоутов пришлось предусматривать специальную их термообработку. Большое внимание уделялось сварке высокопрочных сталей с тем, чтобы избежать неблагоприятного влияния на прочность околошовных зон. Были внесены конструктивные изменения в ответственные узлы корпуса. При решении всех этих вопросов и проверке работоспособности сталей большую роль играли поставленные впервые в широком объеме испытания натурных опытных отсеков подводных лодок в специально созданных док-камерах (А.И. Кудрин, Л.М. Бунич, О.М. Палий, С.К. Родионова, Ю.П. Шишалов). Натурные испытания были дополнены систематическими испытаниями образцов и малых моделей конструкций.

Результаты испытаний по совокупности подтвердили корректность теоретических исследований и расчетных схем, позволили получить опытные данные по устройству и несущей способности оболочек, ввести поправочные коэффициенты к формулам критического давления, обосновать запасы прочности основных элементов корпусов. Путевка в жизнь была дана и новой стали АК-25. Испытания подтвердили ее достаточную работоспособность при принятой технологии постройки кораблей.

На основе обобщения результатов проведения теоретических и экспериментальных исследований, участием накопленного опыта проектирования, постройки и эксплуатации подводных лодок в 1954 г. ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, с участием предприятий и организаций промышленности и 1-го ЦНИИ МО, разработал новый нормативный документ “Правила выполнения расчетов прочности конструкций прочного корпуса подводных лодок” и типовые расчеты к ним (авторы В.В. Новожилов, В.Ф. Сегаль и др.). Наряду с совершенствованием аналитических методов расчета начали внедряться численные методы, создавались алгоритмы для получения более точных решений с помощью ЭВМ все усложняющихся задач теории оболочек (В.С. Чувиковский, В.Е. Спиро, В.М. Рябов, И.Л. Дикович, О.М. Палий). Расчетные проработки подтверждали эффективность предложенных алгоритмов.

В подводное кораблестроение внедрялись более прочные материалы, в том числе (наряду со сталями) титановые сплавы, обладающие рядом преимуществ (меньший удельный вес, коррозионная стойкость, немагнитность, не подверженность ползучести). Проведенные в течение ряда лет в ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова многоплановые работы по анализу влияния на работоспособность разнообразных конструктивных и технологических факторов позволили установить общие положения, обеспечивающие надежность корпусов подводных лодок, и разработать “Требования к механическим свойствам корпусных материалов и их сварных соединений для подводного кораблестроения”.

Внедрение титановых сплавов потребовало пересмотра части принципиальных положений, связанных с нормированием прочности корпусов (учет текучести материала, пониженная цикличная прочность, ограниченные пластические свойства). Был выполнен комплекс теоретических и экспериментальных работ, в которых обоснованы новые принципиальные подходы к обеспечению прочности и надежности конструкций из этих сплавов (О.М. Палий, В.С. Чувиковский, В.Е. Спиро, И.Г. Гуревич, А.И. Шитов). На основе исследований и испытаний крупномасштабных отсеков в 1977 г. изданы “Правила проектирования подводных лодок из титановых сплавов” (В.В. Новожилов, Н.С. Соломенко, А.И. Кудрин).

Внедрение новых методов расчета и высокопрочных материалов завершилось контрольными испытаниями натурных и опытных конструкций новых проектов подводных лодок. Эти испытания служили прямой экспериментальной проверкой принятых конструктивных решений и готовности заводов-строителей к реализации разработанной технологии сварки.

На рубеже 70-х годов, в расчете на перспективу создания глубоководных кораблей, ЦКБ МТ “Рубин” с участием ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова и ЦНИИ КМ “Прометей” под руководством главных конструкторов В.Н. Перегудова, С.Н. Ковалева, Н.Н. Исанина, И.Д. Спасского, И.В. Горынина и члена-корреспондента РАН В.М. Пашина, Б.И. Купенского и Г.Н. Чернышева был спроектирован и построен на ПО “Севмашпредприятие” уникальный стенд с док-камерами, в котором прошли испытания натурных и опытных отсеков всех основных типов подводных лодок, включая ПЛ “Комсомолец”.

В 70-е годы ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова совместно с 1-м ЦНИИ МО исследовали проблемы циклической прочности конструкций корпусов подводных лодок. Постановка этих исследований была необходима, с одной стороны, для успешной разработки материалов еще большей удельной прочности (стали с пределом текучести до 100 кг/мм2, титановых сплавов с пределом текучести до 80 кг/мм2), предназначенных для глубоководных подводных лодок нового поколения. с другой стороны, в связи с ужесточением требований ВМФ к числу погружений корабля на большие глубины. Была выполнена экспериментальная оценка ресурса циклической прочности находящихся в строю подводных лодок, внесены ограничения по применению конструкций, в которых возникают растягивающие напряжения - основной источник циклических разрушений.

Ресурсные испытания были продолжены в 80-е годы, в ходе которых установлены основные закономерности развития повреждений, выявлены неудачные конструктивно-технологические решения, рекомендованы принципиально новые варианты корпусных узлов, повышающих их долговечность. Исследования циклической долговечности проводились на грани смежных научных направлений - физики твердого тела и механики разрушений. На их базе, ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова и ЦНИИ КМ “Прометей”, были выпущены документы, позволяющие дать расчетную оценку циклической прочности узлов прочного корпуса и оценить остаточный ресурс находящихся в эксплуатации и модернизируемых подводных лодок (1989 и 1993 гг.).

Работы по обеспечению прочности и рациональному конструированию корпусов глубоководных аппаратов (ГА) приобрели самостоятельное значение в 60-х годах.

Накопленный к концу 70-х - началу 80-х годов опыт создания глубоководных аппаратов, анализ проведенных теоретических и экспериментальных исследований в области прочности позволили разработать “Основные положения по методам расчета и нормам прочности прочных корпусов глубоководных аппаратов” (1981 г.). Исследования прочности, несущей способности и работоспособности корпусов объектов глубоководной техники, на базе уже имеющихся данных, продолжались на новом качественном уровне. Были решены задачи прочности, устойчивости и надежности корпусов, состоящих из цилиндрических и сферических оболочек с учетом фактической точности их изготовления, определены пределы снижения несущей способности корпусов в зависимости от принятых допусков, подтверждена эффективность обработки поверхности (В.Р. Ибнояминов, Ю.П. Шишалов, В.М. Греков).

Новое направление исследований в 90-е годы - обращение к малопластичным материалам с высокой удельной прочностью. Проблема их внедрения стала весьма актуальной, поскольку применяемые материалы исчерпали свою возможность, не позволяя рассчитывать на сколько-нибудь существенное снижение массы корпусов или увеличение глубины погружения. Выполненные в 1990-1993 гг. исследования подтвердили принципиальную возможность получения приемлемых показателей надежности изделий к конструкции корпусов и технологии их изготовления, выявили круг основных вопросов, требующих дальнейшего решения.

Особенностью надводного судостроения в 50-е годы были: переход полностью на сварные корпуса, широкое применение высокопрочных легированных сталей, повышение мощности и скорострельности артиллерийского вооружения, создание и опытная эксплуатация корабельного реактивного оружия и высокие эксплуатационные скорости кораблей малого и среднего водоизмещения. Появилась новая архитектура кораблей с удлиненным корпусом, развитыми надстройками, чисто продольной системой наборов корпуса. Для обеспечения проектирования кораблей нового поколения был проведен большой объем исследовательских работ.

Прежде всего, были рассмотрены особенности деформирования цельносварного корпуса корабля при действии статических и динамических нагрузок. Для этой цели выполнен комплекс теоретических исследований и проведены натурные статические испытания кораблей проектов 50 и 68 на прогиб и перегиб при нагрузке на опорах в доке. Были проведены натурные мореходные испытания этих кораблей с измерением деформаций основных продольных связей корпуса при движении с различными скоростями на волнении различной бальности.

Исследования показали, что при расчетах общей прочности корабля необходимо учитывать динамическую составляющую изгибающих моментов, которая при высоких скоростях движения может быть сопоставима со статической составляющей и даже превосходить ее. Необходимость более полного учета работы несущих связей корпуса корабля при его общих деформациях предопределила проведение тщательного изучения работы отдельных связей в составе перекрытия при различных видах нагрузки, устойчивости пластин и жестких связей в составе сложных конструкций. Это дало существенный толчок к развитию строительной механики корабля (Ю.А. Шиманский, Г.О. Таубин, А.А. Курдюмов, Н.С. Соломенко).

Переход к более прочным сталям и соответствующее уменьшение размеров несущих связей и повышение их нагружености потребовало более детального исследования влияния концентрации напряжений в районах вырезов и окончания прерывистых связей. На основе теории Ю.А. Шиманского (“Проектирование прерывистых связей судового корпуса”, 1949 г.), а также большого количества теоретических и экспериментальных работ и успешного опыта проектирования были разработаны “Положения по конструированию корпусов надводных кораблей”, 1957 г. (Ю.А. Шиманский, Г.С. Чувиковский, Г.О. Таубин, Б.П. Кузовенков, Н.Л. Сивере, В.П. Белкин, А.А. Карпов).

Появление на кораблях ракетного оружия поставило перед судостроением ряд новых, нетрадиционных задач. При старте ракет на близлежащие конструкции корпуса от газовой струи ракетного двигателя действуют большие внешние давления (до 30 кгс/см2) при одновременном интенсивном тепловом воздействии (температура газовой струи 2000-4000°С), что принципиально отличает этот вид нагрузок от традиционных гидродинамических. Те же нагрузки, только более продолжительные во времени, воздействуют на конструкции погребов хранилищ ракетного оружия при несанкционированном срабатывании ракетного двигателя.

Требования, методы расчетов прочности, конструирования, а также защиты конструкций, расположенных в зоне действия газовых струй ракетных двигателей, были разработаны на основе исследования газо- и термодинамических особенностей таких струй и обобщения результатов систематических модельных и натурных испытаний (В.А. Никитин, Ю.А. Зимницкий, В.Г. Бессонов, А.А. Карпов).

В конце 50-х годов определилась необходимость создания кораблей противоминной обороны (тральщиков) водоизмещением 300-600 т с корпусами из немагнитных материалов, что привело к идее использования стеклопластика. Этот материал является нетрадиционным для судостроения и обладает рядом специфических особенностей. Он создается одновременно с изготовлением конструкции, отличается существенной анизотропией механических свойств, относительно низким модулем упругости, склонностью к ползучести даже при нормальной температуре и т.д. В связи с этим необходимо было заново разрабатывать методы определения напряженно-деформированного состояния корпуса, нормы опасных и допустимых напряжений, принципы конструирования.

Первый в мире тральщик из стеклопластика водоизмещением 280 т был спущен на воду в 1964 г. и вступил в строй в 1965 г. Корабль находился в строю до конца 80-х годов.

В 90-е годы велись исследования по оценке ресурса кораблей, находящихся в эксплуатации более 15-20 лет, разрабатывались концепция обеспечения прочности кораблей нетрадиционной архитектуры (катамараны, корабли с малой площадью ватерлинии, корабли с усиленной ледовой защитой), комплексный подход к оценке прочности корпуса корабля по результатам мореходных испытаний и др.

Опыт создания первых отечественных КПК и экранопланов показывает, что для КДПП характерно многообразие архитектурных форм, компоновочных, конструктивных и технологических решений. Они до настоящего времени еще окончательно не установились и претерпевают значительные изменения от проекта к проекту. Расчетные методы, используемые для проверки прочности конструкций, в значительной мере носят сопоставительный характер и поэтому не могут гарантировать безопасность и ресурс конструкций при наличии нетрадиционных конструктивных и технологических решений и изменений условий эксплуатации. По этим причинам НИИ и КБ вынуждены были по примеру авиастроителей обратиться к широкому проведению экспериментальных работ для обеспечения прочности КДПП. Такой подход нашел отражение в требованиях к конструкции и прочности корпусов, разработанных под руководством Б.П. Кузовенкова в положениях по расчетно-экспериментальной проверке прочности конструкций КПК, СВП и кораблей-экранопланов (1976 г.).

В 80-х годах акцент в развитии КДПП делался на создании кораблей большого водоизмещения (СВП “Зубр”, “Сивуч”). Для этого потребовалось использование новых высокопрочных материалов и решение проблем обеспечения прочности конструкций, испытывающих в эксплуатации высокие уровни напряжений.

В частности, были уточнены способы расчетного определения внешних сил, действующих на конструкции, с учетом динамики упругого пространственного деформирования конструкций (Ю.В. Бельгов, Г.Б. Крыжевич); созданы пакеты прикладных программ для расчета напряженно-деформированного состояния сложных конструкций (Е.Я. Вороненок, А.Ю. Бабурин, Е.А. Шишенин и др.); предложены новые нормы прочности и расчета конструкций, базирующиеся на теории надежности и механике разрушения (Ю.В. Головешкин, С.Д. Кноринг, Г.Б. Крыжевич, Н.И. Тузлукова); изучены особенности работы резинотканевых конструкций в эксплуатационных условиях и предложены на основе экспериментальной отработки рациональные конструктивные решения для узлов гибких ограждений больших КВП (М.В. Филиппео, М.Е. Алешин, Ю.Г. Ефимов, Д.С. Комиссаров и др.). Испытания этих кораблей и их эксплуатация подтвердили высокую надежность конструкций. По критерию весового совершенства они не уступают лучшим зарубежным, а по водоизмещению и некоторым другим параметрам превосходят их.

Вибрация

На первых цельносварных кораблях ВМФ, построенных в начале 50-х годов, вскоре после сдачи их флоту, наблюдалось массовое появление усталостных трещин в корпусных конструкциях машинных отделений и кормовой оконечности на протяжении до 1/4 длины корабля. На многих из них отмечалась также повышенная вибрация корпуса, препятствовавшая нормальной эксплуатации механизмов, точных приборов и вооружения.

Новизна возникшей проблемы и сложность физической картины происходящих при этом явлений обусловили многоплановый характер последующих исследований. С первых же шагов наметились два основных направления: исследование динамических характеристик и общей ходовой вибрации корпуса и исследование местной вибрации корпусных конструкций и обеспечение их вибрационной прочности. Для решения этих проблем требовалось прежде всего совершенствование виброизмерительной техники, создание специального оборудования, в частности, вибровозбудителей эксцентрикового типа, а также соответствующих стендов.

В результате проведенных исследований были изучены физическая природа, характер возбуждения и распространения вибрации по корпусу и его конструкциям. Для практических нужд надводного кораблестроения разработаны методы расчетного прогнозирования (на стадии проектирования корабля) уровней ходовой вибрации его корпуса, а также динамических характеристик таких корпусных конструкций, как стенки цистерн, переборок и наружной обшивки. Это потребовало создания и существенного развития общей теории вибрации корабля, основы которой были заложены академиками А.Н. Крыловым и Ю.А. Шиманским.

В работах Н.Н. Бабаева, С.Д. Дорофеюка, В.С. Чувиковского, В.Г. Лентякова, А.К. Сборовского и ряда других сотрудников ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, а также специалистов 1-го ЦНИИ МО Я.Ф. Шарова, В.Д. Боярского и других исследованы характеры и закономерность распространения вибрации на ряде кораблей ВМФ, разработаны методы практических расчетов общей ходовой вибрации корпуса и корпусных конструкций, принципы их рационального проектирования. Одновременно установлены нормы, ограничивающие амплитуды колебаний корпуса надводного корабля, и нормы, обеспечивающие вибрационную прочность его корпусных конструкций. Были исследованы: особенности вибрации основных типов кораблей с динамическими принципами поддержания, завершившиеся разработкой рекомендаций по расчетной оценке параметров их ходовой вибрации; вибрация крыльевых устройств КПК; разработана схема определения критической скорости флаттера. По результатам исследований составлены методика и требования к выполнению расчетов вибрации корпуса и крыльевых устройств КПК.

В обеспечение проектирования надводных кораблей с развитым авиационным вооружением исследована вибрация большепролетных палубных перекрытий этих кораблей и разработаны рекомендации по выбору их конструкций, исходя из необходимости предотвращения возможности их повышенной вибрации.

Значительное место в комплексе работ по обеспечению необходимых вибрационных качеств надводных кораблей занимали также систематически проводившиеся вибрационные испытания головных кораблей. Были спроектированы и созданы ряд виброгенераторов большой мощности для лабораторных и натурных вибрационных исследований, стенды усталостных испытаний в агрессивной среде, имитирующей морскую воду, крупногабаритных образцов различных типов сварных соединений элементов корпусных конструкций, а также вибропреобразователи повышенной чувствительности в расширенном диапазоне частот. Руководителями и основными творческими исполнителями этих работ явились Е.Н. Щукина, Э.И. Иванюта, Ю.Н. Шавров, Ю.А. Никольский, О.Н. Лычев, В.И. Поляков, Ф.П. Щуйгин и др.

Необходимость активного воздействия на уровни вибрации корпусов подводных лодок обусловливалась увеличением скоростей их подводного хода, а также предъявлением к ПЛ повышенных требований в отношении их акустической скрытности. На начальном этапе для оценки ожидаемых уровней ходовой вибрации подводных лодок в процессе их проектирования использовались методы, разработанные для надводных кораблей, откорректированные с учетом наиболее существенных отличий.

С середины 60-х годов, в связи с общей проблемой повышения акустической скрытности ПЛ, выполнялись теоретические исследования распределения амплитуд ходовой вибрации совместности по длине корпуса одно- и двухвальных лодок, необходимые для оценки параметров их гидроакустических полей в инфразвуковом диапазоне частот и влияния на параметры этой вибрации совместности колебаний системы “гребной винт-валопровод-ГУЛ-корпус”. Были спроектированы и построены вибрационные машины специально для возбуждения колебаний лодочных корпусов при их акустических испытаниях, выполнена строгая расчетная оценка величин гидродинамических сил от работы гребных винтов и разработаны рекомендации по методам и средствам снижения ходовой вибрации.

В последующие годы изучалось влияние на вибрацию различных конструкций ПЛ скоростного потока, в частности, рассматривались вопросы возникновения гидроупругой неустойчивости обшивки наружного корпуса в потоке, на демпфирование колебаний корпусных конструкций, поведение в потоке выступающих частей и др. Одновременно продолжались исследования общей ходовой вибрации корпуса современных ПЛ и ее связи с их внешним гидроакустическим полем с учетом конструктивных особенностей лодок. Разрабатывались расчетные математические модели и программы практических расчетов.

Взрывостойкость

После окончания второй мировой войны были кардинально пересмотрены принципы защиты кораблей от поражающего действия морского оружия. В связи с появлением ядерного оружия основным видом защиты была признана противоатомная защита (ПАЗ), призванная обеспечить взрывостойкость корпуса корабля, защиту его оборудования от ударных нагрузок, защиту экипажа от светового излучения и радиоактивного заражения.

Исследования в области ПАЗ кораблей были развернуты в начале 50-х годов. Они проводились в ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова под руководством члена-корреспондента АН СССР В.В. Новожилова, в филиале 12-го НИИ МО под руководством Ю.С. Яковлева, в 1-м ЦНИИ МО под руководством Ф.С. Шлемова, а также в ряде других организаций промышленности и Минобороны. За короткий срок (5-7 лет) трудами перечисленных ученых и руководимых ими коллективов были разработаны теоретические основы воздействия основного поражающего фактора ядерного взрыва — ударной волны на корабельные конструкции, а также первые (временные) методики расчета динамической прочности и сотрясений корпусных конструкций кораблей от воздействия подводного и воздушного ядерного взрывов. Наибольший вклад в эти работы внесли, помимо вышеуказанных руководителей работ, А.А. Александрин, Ю.В. Горяинов, Б.В. Замышляев, И.И. Дехтяр, И.Л. Дикович, М.Н. Лефонова, К.В. Лопухов, Г.С. Мигиренко, И.Л. Миронов, И.Д. Пивен, А.К. Перцев, Л.И. Слепян, Л.В. Фремке.

Изучением параметров ударной волны ядерного взрыва, в том числе вблизи свободной поверхности, занимался Институт химической физики АН СССР (академики С.А. Христианович, М.А. Садовский). Результаты теоретических исследований в этой части были экспериментально проверены при проведении натурных испытаний кораблей на действие ядерных взрывов в 1955 г.

В 1958-1959 гг. были проведены уникальные испытания на взрывостойкость подводной лодки проекта 613 (С-45) под научным руководством Ф.С. Шлемова. При испытаниях впервые использовались шнуровые заряды; в последующих натурных испытаниях методика их использования для имитации ударной волны подводного ядерного взрыва неоднократно совершенствовалась. На основании результатов испытаний определен безопасный радиус для дизель-электрических лодок послевоенной постройки, выявлены их слабые места в корпусных конструкциях и оборудовании, откорректированы нормативно-методические материалы по оценке взрывостойкости при воздействии ударной волны подводного ядерного взрыва. Все это позволило при проектировании атомных подводных лодок первого поколения включать в тактико-техническое задание (ТТЗ) обоснованные требования по величине безопасного радиуса (по прочности корпуса) при действии подводного ядерного взрыва.

В 60-70-е годы был проведен комплекс теоретических исследований сотрясений оборудования и вооружения подводной лодки при подводном ядерном взрыве (Ю.С. Крючков, Н.Л. Мошенский, Н.С. Каратеев), а также натурных испытаний на взрывостойкость ПЛ и натурных стендов с комплексами ракетного оружия и энергетического оборудования. На основании результатов этих исследований и испытаний разработаны руководящие технические материалы (РТМ) по обеспечению взрывостойкости ПЛ, в частности:

требования ВМФ к противоатомной защите подводных лодок;
правила и методы расчета динамической прочности и сотрясений подводной лодки при действии ударной волны подводного ядерного взрыва;
конструктивные меры по защите ракетного оружия;
нормы ударостойкости механизмов и оборудования.

Использование РТМ, ОКР, выполненных в обеспечение конкретных проектов лодок, в практике проектирования атомных подводных лодок второго поколения позволило обеспечить определенный уровень взрывостойкости не только по корпусу, но и по кораблю в целом.

При проектировании третьего поколения подводных лодок в ТТЗ включался пункт о необходимости обеспечения безопасного радиуса. В связи с увеличением предельных глубин погружения, усложнением архитектуры и применением на ряде проектов новых корпусных материалов проведен большой объем НИОКР, в особенности по ПЛ проектов 941 и 945. В результате были разработаны методы расчета динамической прочности сложных узлов корпуса (крепление модулей, всплывающих камер и контейнеров, межкорпусные связи и др.), произведена их экспериментальная проверка на опытных крупномасштабных отсеках, предложены и проверены схемы конструктивной амортизации оборудования, подтверждена достаточная взрывостойкость корпусных конструкций из высокопрочных сталей и титановых сплавов.

Экспериментальные исследования проводились в основном на полигоне Ладожского озера в районе Лахденпохья. В 1982 г. на территории ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова создан стенд для проведения испытаний масштабных конструкций на совместное воздействие гидростатичекого давления и взрывной нагрузки, что дало возможность отказаться от проведения глубоководных натурных испытаний (Н.С. Каратеев, В.А. Чернобыльский). Выполнение перечисленных работ и внедрение их результатов в практику проектирования ПЛ третьего поколения позволили решить задачу обеспечения их взрывостойкости на уровне требований ВМФ.

В целях обеспечения взрывостойкости НК исследования проводились применительно как к ядерному взрыву, так и к обычному (преимущественно для кораблей противоминной обороны). В 1957 г. 1-м ЦНИИ МО с участием ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова проведены первые испытания на действие неконтактных подводных взрывов на тральщик проекта 254 (научный руководитель - А.Р. Миропольцев). Испытания позволили оценить фактическую взрывостойкость корабля в целом и его отдельных элементов, дали большой экспериментальный материал для разработки методов расчета взрывостойкости кораблей этого класса. В дальнейшем были проведены испытания на взрывостойкость натурных отсеков тральщиков с корпусом из дерева (проект 257Д, 1961 г., научный руководитель - А.А. Александров) и стеклопластика (проект 1252, 1963 г., научный руководитель - В.Г. Бессонов), испытания головного тральщика проекта 1256 (1976 г., научный руководитель - В.М. Худов), а также испытания тральщика МТ-139 проекта 254 (1973 г., научный руководитель - К.Г. Абрамян) с большим объемом измерений параметров, характеризующих воздействие взрыва и реакцию на него корпуса и оборудования корабля. На основании результатов этих испытаний разрабатывались рекомендации по обеспечению взрывостойкости кораблей конкретных проектов, а также соответствующие методы расчета взрывостойкости. При исследовании подводного ядерного взрыва учитывалась отраженная от грунта ударная волна. Исследования выполнялись 1-м ЦНИИ МО (разработка “Требований”), филиалом 12-го НИИ МО (определение параметров внешних сил), ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова (разработка методов расчета и норм ударостойкости оборудования). Работы завершились составлением комплекса РТМ по обеспечению взрывостойкости надводных кораблей, аналогичного разработанным применительно к подводным лодкам, которые использовались при проектировании всех кораблей, включая авианесущие корабли проекта 1143.

Конструктивная защита

Опыт работы и появление в послевоенные годы новых видов противокорабельного оружия существенно повлияли на основные принципы, опытные работы и практическое применение на кораблях ВМФ конструктивной защиты от поражающих факторов морского оружия. Ушла в прошлое классическая броневая защита тяжелых кораблей от артиллерийских снарядов, противоминная конструктивная защита подводной части корабля стала противоторпедной (ТАВКР 1143.5). Большое внимание стало уделяться противоракетной защите кораблей среднего водоизмещения, а также противопульной защите десантно-высадочных средств.

Работы в области подводной конструктивной защиты (ПКЗ) проводились в 50-е годы применительно к тяжелым крейсерам проектов 69 и 82 и в 70-80-е годы - к авианесущим кораблям проектов 1153 и 11435 под руководством Ф.С. Шлемова.

В ходе этих работ исследовалось влияние отдельных элементов ПКЗ на ее сопротивляемость действию контактного подводного взрыва, а также проводилась опытная проверка различных вариантов ПКЗ на масштабных и натурных отсеках. В результате для строившегося проекта 82 были рекомендованы системы - бортовая ПКЗ с цилиндрической основной защитной переборкой и днищевая ПКЗ в виде тройного дна, сопротивляемость которых подтверждена масштабными испытаниями и соответствовала ТТЗ. Однако из-за прекращения строительства корабля эти системы ПКЗ не были реализованы.

В 60-е годы были рассмотрены принципы надводной конструктивной защиты кораблей применительно к воздействию крылатых ракет. Эти принципы сформулированы 1-м ЦНИИ МО в виде общих требований ВМФ к противоракетной конструктивной защите. Выполнен большой комплекс теоретических и экспериментальных работ в обеспечение проектирования и строительства корабля проекта 1144 (главный конструктор В.Е. Юхнин).

В результате разработаны рекомендации по проектированию и расчету конструктивной защиты надводных кораблей от ракет с фугасно-осколочными БЧ, а также создан альбом типовых конструкций защиты. Большое внимание уделялось отработке композитных конструкций, применение которых, как показали испытания, приводит к уменьшению массы конструкции защиты. Наибольший вклад при этом внесли Ю.А. Артамонов, В.Г. Бессонов, В.Е. Никитин, Г.Л. Никифоров.

В дальнейшем работы выполнялись в рамках комплексной НИР (КНИР) “Бастион” (научные руководители В.В. Дмитриев, Н.С. Каратаев). Были исследованы вопросы моделирования взрывных и ударных процессов, сопровождающих воздействие ракет на конструкции защиты, проведен большой объем испытаний масштабных и натурных конструкций защиты на подрывных площадках, на судне-мишени и на разгонных треках. Для изучения процессов высокоскоростного взаимодействия осколков ракет с конструкциями защиты в ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова создан стенд с легкогазовой метательной установкой, на котором отрабатывались фрагменты защиты конструкций из различных материалов.

В рамках КНИР “Бастион” проводились также работы, направленные на создание противоосколочной и противопульной защиты кораблей с динамическими принципами поддержания. ВМФ были разработаны общие требования к уровню их защиты, которые конкретизировались в ТТЗ на проектирование отдельных кораблей, изысканы специальные материалы для защитных конструкций, обладающие повышенной осколочной и пулевой стойкостью по сравнению с традиционными корпусными материалами. Созданы схемы конструктивной защиты, обеспечивающие требуемый уровень стойкости и живучести защиты при характерном для кораблей этого класса жестком ограничении по нагрузке масс. В ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова эти работы выполнялись под руководством А.В. Агафонова, в ЦНИИ ТС - Б.И. Боброва, в ЦМКБ “Алмаз” - В.А. Булкина. Их выполнение позволило решить задачу обеспечения уровня защиты КДПП второго поколения в соответствии с требованиями ВМФ.

Пожаробезопасность

Актуальность обеспечения пожаробезопасности диктовалась все возрастающим количеством пожаров на кораблях ВМФ. Так, с 1952 г. по 1989 г. имело место 94 случая пожаров и возгораний на дизельных и около 175 случаев на АПЛ. На НК в этот период произошло около 480 пожаров. Оснащение кораблей ракетным оружием и появление атомной энергетики резко увеличивали степень их пожароопасности.

Ряд крупных аварий, связанных с пожарами и взрывами в машинных выгородках ПЛ проекта 615А, потребовал разработки и установки на ПЛ систем пенного тушения. Первые атомные подводные лодки оснащаются атомной системой пожаротушения реакторных отсеков.

Серьезное внимание обращено на обеспечение взрывопожароопасности ракетных погребов кораблей. С этой целью, например, на ракетном корабле проекта 56М предусматривалось оборудование погреба ингибиторной системой и системой автоматического орошения. Для снятия избыточного давления при аварии корпусные конструкции хранилищ оснащались “слабыми звеньями” в виде выхлопных крышек. Комплекс перечисленных систем срабатывал автоматически при повышениях температуры и давления в ракетном погребе, возникающих вследствие аварийного и боевого повреждения ракет.

На кораблях снижается доля горючих и трудногорючих материалов от общего количества неметаллических материалов, применяемых в кораблестроении. На подводных лодках горючая гидравлическая жидкость заменена на негорючую.

Разработаны и поставлены на снабжение надводных кораблей и подводных лодок индивидуальные переносные дыхательные аппараты (позже ПЛ снабжаются стационарными дыхательными системами). Это привело к увеличению времени защиты органов дыхания личного состава на кораблях.

Несмотря на возросшие возможности по обеспечению положительного исхода аварий при пожаре, ряд факторов требовал ужесточения условий пожаробезопасности. На кораблях возрастало в 2-3 раза количество взрывчатых веществ, в 8 раз выросла масса ракетных топлив, в 2-3 раза увеличился объем хранилищ боезапаса, который стал составлять 9-12% от всего корабельного объема, с учетом же помещений для летательных аппаратов он стал занимать от 15 до 31% объемов корабля, а по протяженности - от 40 до 70% всей длины корпуса корабля. При этом погреба из-за больших габаритов ракет не только не умещались ниже ватерлинии, что было непременным условием расположения артиллерийских погребов, но и выходили на верхнюю палубу, а это приводило к вероятности непосредственного воздействия средств поражения на боезапас.

Повышению опасности возникновения пожаров способствовало многократное увеличение энерговооруженности кораблей за счет использования новых видов энергетических установок, которые работают в условиях высоких температур, давлений, напряжений рабочих сред. Рост суммарной мощности электротехнических систем кораблей привел к усложнению схем распределения электроэнергии. Это десятки распределительных щитов, сотни электродвигателей, тысячи километров кабелей (силового и управления).

Объемные пожары, которые имели место на АПЛ первого поколения, потребовали разработки системы объемного пожаротушения. Огневые натурные испытания опытного образца системы объемного химического пожаротушения с огнегасителем (халдон 114В2) были проведены в 1969 г. За короткий срок все находившиеся в строю ПЛ были оснащены этими системами.

Результаты данной работы, проведенной под руководством 1-го ЦНИИ МО (И.И. Богдашев) при головном исполнителе СПМБ “Малахит” (В.А. Петлин, Г.Б. Шапот, Л.А. Тавдиашвили, И.Н. Павлова), позволили значительно усилить противопожарную защиту кораблей, 60% пожаров на ПЛ было потушено именно системой объемного химического пожаротушения. В 1968-1971 гг. системы пожаротушения были модернизированы.

На НК были установлены: системы автоматической индикации пожара в хранилищах боезапаса, модернизированная арматура на системах орошения, новые типы электрических пожарных водяных насосов, системы объемного химического пожаротушения, а также пенные системы. На ПЛ модернизировалась система пенного тушения и устанавливалась система объемного химического пожаротушения.

Большой объем исследований и экспериментальных работ по проверке достаточности и эффективности систем противопожарной и противовзрывной защиты хранилищ твердотопливных зенитных ракет был проведен 1-м ЦНИИ МО. Огневые натурные испытания выполнены на натурном отсеке корабля проекта 61 межведомственной комиссией (председатель В.Н. Буров).

К сожалению, до 1976 г. противопожарная и противовзрывная защита хранилищ создавалась без учета особенностей каждого комплекса оружия. На фактическую эффективность системы и средства в натурных условиях не проверялись. Гибель ВПК “Отважный” проекта 61 в 1974 г. заставила резко ускорить работы в этом направлении.

На экспериментальной базе силами ряда организаций ВМФ и промышленности были проверены на фактическую эффективность в условиях огневых натурных испытаний все зенитные ракетные комплексы надводных кораблей постройки 70-80-х годов. Проведено 112 огневых опытов в условиях, практически полностью соответствовавших условиям возможных аварий оружия, как при несанкционированном запуске, так и при боевом осколочном поражении. Результаты проведенных исследований позволили выяснить основные опасные факторы аварий в хранилищах боезапаса, разработать и внедрить комплекс мероприятий по совершенствованию существенных систем и средств противопожарной и противовзрывной защиты корабельных хранилищ оружия. Эффективность проведенных работ была подтверждена в 1984 г., когда на одном из кораблей Черноморского флота произошла авария, практически идентичная аварии на БПК “Отважный”. Все модернизированные системы и средства хранилища ЗРК “Волна-М” сработали по своему прямому назначению. Носовое хранилище ракетного боезапаса и корабль в целом повреждений не получили.

Впервые в отечественном кораблестроении были разработаны требования к конструктивной противопожарной защите для надводных кораблей. Они внедрены на кораблях проектов 1155.1, 1143, 10540, 11660 и др. Одним из основных путей совершенствования противопожарной защиты признана приоритетность конструктивной противопожарной защиты перед активной противопожарной защитой (АПЗ). Первая определяет максимальный размер возможного пожара, которому должен соответствовать минимально необходимый уровень АПЗ.

К середине 80-х годов специалистами ВМФ и промышленности были разработаны теоретические основы пожаро- и взрывобезопасности кораблей ВМФ, а также методики расчета опасных факторов пожара для различных по своему назначению корабельных помещений, экспериментально подтверждена эффективность применяемых на кораблях систем пожаротушения.

Катастрофа в Норвежском море в 1989 г., широкий общественный резонанс вокруг причин гибели новейшей АПЛ “Комсомолец” заставили организации судостроительной промышленности в комплексе решать проблемы живучести ПЛ, в том числе и взрыво - и пожаробезопасности. Анализ причин катастрофы показал, что заложенный внутри прочного корпуса атомных лодок энергетический потенциал при определенных аварийных ситуациях способен выйти из-под контроля экипажа. Технические решения по локализации аварийных ситуаций, несмотря на резервирование, на возможности эффективного подавления аварии в нормальных условиях, не смогли предотвратить гибель ПЛ при определенном сочетании поражающих факторов.

На основании теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в 1989-1993 гг., было определено, что локализация пожара, сопровождающегося разгерметизацией систем воздуха высокого давления в замкнутом объеме и повышением давления в нем (3-10 кгс/см2), известными на сегодняшний день системами пожароподавления невозможна. Результаты исследований позволили выработать комплекс технических предложений по улучшению живучести подводной лодки в целом, который реализуется при проектировании и строительстве перспективных кораблей ВМФ.

Скрытность и защита кораблей по физическим полям

К наиболее известным физическим полям кораблей относятся гидроакустическое, магнитное, гидродинамическое, электрическое, низкочастотное электромагнитное, поле кильватерного следа, проявляющиеся в основном в морской среде, а также тепловое, вторичное радиолокационное, оптико-локационное и другие поля, проявляющиеся, как правило, в пространстве над кораблем. Физические поля используются при срабатывании неконтактных взрывателей в минах и торпедах, а также для обнаружения подводных лодок, находящихся в подводном положении. Опыт второй мировой войны показывает, что большая часть потопленных кораблей подорвалась на минах.

Совершенствование шумопеленгаторов и гидролокаторов, появление минного и торпедного оружия, реагирующего на шум корабля, с особой остротой поставили вопрос об уменьшении звукоизлучения кораблей и снижении величины гидролокационного отражения, что повышает их акустическую скрытность, защиту от поражения оружием и улучшает условия работы собственных гидроакустических средств.

Во время Великой Отечественной войны ученые институтов ВМФ, ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, специалисты проектных организаций и судоверфей искали пути уменьшения шума подводных лодок и тральщиков за счет установки виброактивных механизмов на амортизаторы и применения глушителей для дизельных двигателей (И.И. Клюкин, О.В. Петрова). Война выявила явную недостаточность и несовершенство существовавших в то время средств акустической защиты отечественных кораблей. Поэтому уже в первые послевоенные годы начали создаваться специальные лаборатории и научные коллективы, назначение которых определялось необходимостью уменьшения акустических параметров кораблей (М.Я. Минин, Ю.М. Сухаревский). Появились первые относительно малошумные гребные винты. Наиболее шумные механизмы устанавливались на амортизаторы, применялись резинометалические соединения.

Начало проектирования и строительства первых атомных подводных и быстроходных противолодочных кораблей, оснащенных гидроакустическими станциями, дало импульс развитию корабельной акустики. Изучение физической природы шумообразования корабля, разработка первых приближенных расчетных схем для оценки звукоизлучения корпуса корабля, его гребных винтов, создание более эффективных средств звуко- и виброизоляции и вибропоглощения, изучение природы и источников виброактивности корабельных механизмов и систем, разработка и создание приборов и методик для замеров и исследований шумов кораблей и вибраций их механизмов явились основными направлениями корабельной акустики. Ими занимались в ЦНИИ им. А.Н. Крылова, 1-м ЦНИИ МО, Акустическом институте АН СССР. Первые научные школы создавались под руководством Л.Я. Гутина, Я.Ф. Шарова, А.В. Римского-Корсакова, Б.Д. Тартаковского, Б.Н. Машарского, Н.Г. Беляковского, И.И. Клюкина. А.Д. Перника. В 1956-1958 гг. 1-м ЦНИИ МО и ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова проведены первые специализированные натурные акустические испытания надводных кораблей с использованием измерительных гидроакустических судов. Результаты испытаний и исследований характеристик и источников гидроакустического поля кораблей позволили сформулировать обоснованные рекомендации по проектированию акустической защиты первых атомных подводных лодок и снижению акустических помех работе гидроакустических станций надводных кораблей. Одновременно шла подготовка научных кадров, велось обучение специалистов по акустической защите кораблей для проектных организаций, судоверфей и флотских подразделений.

С начала 60-х годов стали формироваться и реализовываться комплексные программы НИОКР, направленные на совершенствование акустических характеристик подводных лодок и надводных кораблей. Курирование этих программ осуществлялось Научным советом по комплексной программе “Гидрофизика” при Президиуме АН СССР (руководитель - президент АН СССР А.П. Александров). Непосредственное руководство выполнением этих программ осуществляли ведущие ученые и организаторы научных исследований - Я.Ф. Шаров, Б.А. Ткаченко, Г.А. Хорошев, Л.П. Седаков, А.В. Авринский, В.Н. Пархоменко, Э.Л. Мышинский, В.С. Иванов.

В последующие годы работами ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, 1-м ЦНИИ МО, институтов АН СССР, проектно-конструкторских организаций и заводов-судоверфей были достигнуты значительные успехи в решении задач снижения подводной шумности подводных лодок и надводных кораблей. За последние 30 лет уровни подводного шума отечественных подводных лодок уменьшились более чем на 40 дБ (в 100 раз).

Это стало возможным в результате многочисленных теоретических и экспериментальных исследований физической природы распространения вибрации по корпусным конструкциям кораблей и их звукоизлучения в воду. Была создана физико-математическая модель для подводной лодки и надводного корабля как сложного многоэлементного излучателя подводного шума, на базе которой не только выполняются прогнозные оценки ожидаемых уровней шумоизлучения корабля, но и разрабатываются рекомендации по архитектуре и конструкции корпуса и его элементов, по размещению механизмов и систем корабля. К решению проблемных вопросов теории вибрации и звукоизлучения корпусов кораблей и их конструкций привлекались ученые Ростовского государственного университета, Института проблем механики АН СССР, Института машиноведения АН СССР (И.И. Ворович, А.Л. Гольденвейзер, А.Я. Ционский, А.С. Юдин, Г.Н. Чернышев, А.З. Авербух, Г.В. Тарханов), которые внесли важный вклад в развитие представлений о виброакустике оболочечных конструкций, аппроксимирующих корпус подводной лодки. Для снижения вибровозбудимости и уменьшения звукоизлучения корпусных конструкций были созданы и применены на кораблях специальные вибропоглощающие звукоизолирующие и звукопоглощающие покрытия. Их применение обеспечило уменьшение шума внутри помещений корабля и улучшило условия жизни и работы экипажа. Нанесение покрытий снаружи корпуса уменьшило отражение от корпуса гидролокационных сигналов.

При разработке и создании покрытий был решен ряд физических и технических задач по рациональному подбору материалов покрытий и их конструкций, позволившему обеспечить наряду с требуемыми акустическими характеристиками покрытий их прочность и надежность.

Существенный прогресс достигнут в области создания малошумных гидравлических и воздушных систем. На основе теоретического обобщения многих экспериментов, проведенных на гидро- и аэродинамических стендах, были разработаны принципы создания малошумных дроссельно-регулирующих устройств и других механизмов (Я.А. Ким, И.В. Малоховский, В.И. Голованов, А.В. Авринский).

Работы по снижению вибрации и шума корабельных механизмов и систем касались, прежде всего, турбозубчатых агрегатов, насосов, вентиляторов, электромеханизмов и другого оборудования. Важные работы проводились по роторным системам, кривошипно-шатунным механизмам, подшипникам. Изучались электромагнитные источники шума и вибрации в электродвигателях, электромашинах и статических преобразователях. В этих работах, наряду со специалистами ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова и 1-го ЦНИИ МО (К.И. Селиванов, А.П. Головнин, Х.А. Гуревич, Э.Л. Мышинский, С.Я. Новожилов, Е.Н. Афонин и др.), активное участие принимали ученые Института машиноведения АН СССР и инженеры машиностроительной отрасли (Р.М. Беляков, Ф.М. Диментберг, Э.Л. Позняк, И.Д. Ямпольский, Б.В. Покровский и другие).

На основании теоретического анализа и обработки большого количества экспериментальных данных были определены зависимости акустических характеристик основных типов механизмов от энергетических параметров и тем самым обеспечено проектирование оптимальной энергетической установки. Практически для каждого поколения подводных лодок и надводных кораблей разрабатывались средства виброизоляции: амортизаторы, гибкие рукава, патрубки, мягкие подвески трубопроводов и муфт. От поколения к поколению их виброизолирующая способность удваивалась. Разрабатывались специальные виброизолирующие фундаменты, двухкаскадные схемы виброизолирующих креплений. В итоге работ, проводившихся под руководством специалистов ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, 1-го ЦНИИ ВМФ (Г.Н. Белявский, Я.Ф. Шаров, В.И. Попков, Н.В. Капустин, К.Я. Мальцев, И.Л. Орем, В.Р. Попинов), отечественное судостроение располагает широким набором амортизирующих и виброизолирующих конструкций, способных обеспечить значительное снижение вибрации и шума. Из уникальных конструкций следует отметить пневматические и низкочастотные амортизаторы на нагрузку 0,5-100 т, гибкие рукава для трубопроводов с давлением рабочей среды до 10000 кПа и некоторые другие.

Хороший эффект получен от применения средств вибропоглощения в судовом энергетическом оборудовании, трубопроводах, рамных и фундаментальных конструкциях. Так, выполненные из составных балок (типа сэндвич) пространственные рамы для агрегатных сборок механизмов обеспечили снижение шума на величину до 15 дБ при полном сохранении несущей способности. Составные структуры с внутренними вязкоупругими слоями нашли применение в конструкциях трубопроводов, пиллерсов и гребных винтов. Специальные кожухи для механизмов, глушители для воздушных магистралей и трубопроводов систем забортной воды также способствовали снижению шума.

Системы активного подавления вибрации механизмов и шума были созданы коллективом ученых и специалистов ЦНИИ судовой электротехники под руководством А.В. Баркова и В.В. Малахова. В Институте машиностроения СССР (РАН) проведены исследования и разработки активных устройств для снижения вибрации механизмов и в системе движитель-вал-корпус (В.В. Яблонский, Ю.Е. Глазов, С.А. Тайгер).

Большой цикл исследований был выполнен учеными и специалистами ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова и машиностроительных предприятий с целью создания компактных энергоустановок с высокой удельной энергонапряженностью, обладающей эффективной системой подавления акустической энергии на всех путях ее распространения - по корпусным конструкциям, по жидкой среде в трубопроводах и по окружающему воздушному пространству. Осуществлен поиск и найдены варианты рационального размещения виброактивных механизмов с учетом их взаимодействия, оптимального использования невиброактивных конструкций, исключения резонансных режимов агрегатированных сборок и многое другое. В этой связи необходимо отметить многолетние плодотворные работы В.И. Попкова и его научной школы.

Внедрение результатов этих исследований в блочные энергетические установки, созданные на Ленинградском Кировском заводе (главный конструктор - М.К. Блинов) и Калужском трубном заводе (главный конструктор - академик В.И. Кирюхин), позволило создать машины, обеспечивающие постройку малошумных подводных лодок.

Сформулированы принципы “равнопрочной” акустической защиты энергоустановок (ЭУ), при которой передача звуковой энергии по различным путям ее распространения оказывается приблизительно одинаковой. Огромная информация о виброакустическом состоянии механизмов, накопленная в период стендовых и натурных акустических испытаний механизмов и ЭУ, позволила предложить ряд методов контроля вибрации и шума, диагностики технического состояния механизмов.

Неравномерность поля скоростей в диске гребного винта, другие гидродинамические причины обусловливают появление нестационарных усилий на гребном винте, которые через валопровод и подшипники передаются на корпус корабля, вызывая его интенсивные колебания (и как следствие, ухудшая условия обитаемости на корабле), значительное звукоизлучение в воду на низких частотах.

Для решения проблемы снижения низкочастотного излучения были развернуты работы по виброизоляции гребного винта от корпуса за счет включения упругих элементов в систему связей винта с валом и корпусом, представляющей сложную научную и инженерную задачу. Под руководством С.Ф. Абрамовича, М.Д. Генкина, К.Н. Пахомова, Ю.Е. Глазова специалистами ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова и проектных организаций найден ряд эффективных конструктивных решений этой задачи.

Параллельно с разработкой пассивных средств акустической защиты (виброизолирующие устройства, акустические покрытия и др.) проводились работы по исследованию возможностей применения активных методов гашения (компенсации) гидроакустического поля корабля. В этом направлении велись работы в Акустическом институте АН СССР (Б.Д. Тарковский, Г.С. Любашевский, А.И. Орлов), реализовались идеи М.Д. Малюжинца (работами руководили В.В. Тютекин, В.Н. Меркулов). В ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова предложены и исследованы активно-пассивные устройства гашения шума в трубопроводах (В.Л. Маслов, Л.И. Соловейчик), а также системы компенсации корабельных помех работе гидроакустических средств.

Решение проблемы снижения корабельных помех работе гидроакустических средств потребовало проведения исследований: по распространению звука и вибрации от источников на корабле к местам расположения приборов гидролокации; по статическим характеристикам турбулентного пограничного слоя на обтекателе антенн ГАС и излучению звука конструкциями обтекателей ГАС под действием сил турбулентного пограничного слоя, а также по созданию обтекателей антенн ГАС, обладающих требуемыми помехозащитными свойствами, звукопрозрачностью, прочностью и устойчивостью. Необходимо было изучить дифракцию звуковых волн на телах произвольной формы.

Для проведения исследований был разработан комплекс специализированных экспериментальных установок, макетов и стендов. На этой экспериментальной базе, а также в натурных условиях велись работы, в результате которых удалось создать теорию образования корабельных акустических помех. На ее основе созданы методики расчетной оценки уровней этих помех и прочности обтекателей, а также разработаны рекомендации и мероприятия по снижению помех. На подводных лодках внедрены помехозащитные безнаборные конструкции обтекателей основных антенн ГАС, обеспечивающие не только снижение помех гидродинамического турбулентного происхождения, особенно проявляющихся на больших скоростях, но и удовлетворяющие требованиям по звукопрозрачности и прочности.

Решение задачи снижения помех на надводных кораблях шло по пути использования экранирующих устройств корпуса судна и разработок и внедрения помехозащитных экранов (коффердамов) различной формы в т.ч. и напряженных. Выполнение комплекса теоретических и экспериментальных исследований, внедрение в проекты кораблей новых типов обтекателей и других технических решений и средств позволило, как показали натурные испытания, обеспечить снижение собственных акустических помех на подводных лодках в 40 раз, а на надводных кораблях - в 20 раз.

Решение проблемы уменьшения подводного шума кораблей невозможно без исследований и измерений энергетических, спектральных, пространственных, статистических и других характеристик шумов и вибрации. В связи с этим ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова и 1-й ЦНИИ МО провели цикл работ по созданию практических методик измерений и исследований по поиску источников шума кораблей, по разработке требований к соответствующим комплексам аппаратуры. В итоге этих работ, выполнявшихся при участии предприятий Госстандарта ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, ВНИИ ФТРИ и др., измерительные суда и измерительные полигоны были оснащены современными приборами. На кораблях и заводских испытательных стендах размещены системы вибро- и шумоизмерений для контроля механизмов и агрегатов кораблей. Метрологическая база, включающая оригинальные методы и методики, а также средства измерений и исследований шумовых и виброакустических характеристик кораблей и их механизмов, созданы под научным руководством и при активном участии Б.Н. Машарского, Г.А. Сурина, Г.А. Розенберга, А.Е. Колесникова, Г.А. Чуновкина, В.А. Постникова, В.И. Попкова, А.Н. Новикова, А.К. Квашенкина, М.Я. Пекального, В.П. Щеголихина, В.И. Теверовского, В.А. Киршова, В.К. Маслова и других.

Были организованы и проведены расширенные испытания практически всех серий современных подводных лодок и надводных кораблей (Г.А. Матвеев, Г.А. Хорошев, В.С. Иванов, Э.С. Качанов, И.И. Гусев), определены источники акустических и электромагнитных полей, оценена эффективность использованных на них средств защиты и разработаны мероприятия по дальнейшему снижению уровня этих полей.

Работы по созданию систем магнитной защиты кораблей и методов их размагничивания были начаты в 1936 г. под руководством А.П. Александрова. В ходе Великой Отечественной войны силами ученых Академии наук и военно-морских инженеров в неимоверно короткие сроки были разработаны системы и методы магнитной защиты и произведено оборудование ими кораблей. В группу ученых входили: А.П. Александров, В.Р. Регель, П.Г. Степанов, А.Р. Регель, Ю.С. Лазуркин, Б.А. Гаев, Б.Е. Годзевич, И.В. Климов, М.В. Шадеев, В.М. Питерский, А.А. Светлаков, Б.А. Ткаченко и многие другие.

На флотах и флотилиях были созданы службы размагничивания кораблей, впоследствии преобразованные в службу защиты кораблей. После окончания войны работы по совершенствованию методов и средств магнитной защиты надводных кораблей и подводных лодок продолжались. Улучшались методы безобмоточного размагничивания, строились специальные суда размагничивания, создавались новые средства измерения и контрольно-измерительные станции, велась подготовка квалифицированных кадров.

Одним из важных направлений было совершенствование магнитной защиты кораблей противоминной обороны. Научное обоснование сформировано А.В. Романенко, Л.А. Цейтлиным, Н.С. Царевым. В результате разработана высокоэффективная система магнитной защиты, не однажды проверявшаяся в условиях боевого траления. Развитие средств магнитной защиты кораблей потребовало решения комплекса сложных технических проблем, в том числе создания Научно-исследовательского полигона ВМФ (1952 г.). В его становлении решающую роль сыграли офицеры: Л.С. Гуменюк, Б.А. Ткаченко, А.И. Карась, А.Ф. Барабанщиков, Г.А. Шевченко, А.В. Курленков, Я.И. Криворучко, А.В. Романенко, А.И. Игнатов, М.П. Гордяев, Н.Н. Демьяненко.

Полигон сыграл значительную роль в совершенствовании защиты кораблей по физическим полям. Он был оснащен новейшими образцами измерительной техники. В его состав входили уникальные сооружения и в их числе магнитный стенд, построенный в конце 50-х годов. Аналогичные стенды в США были построены спустя 15-20 лет.

Среди научно-технических проблем, решавшихся творческими коллективами ученых и инженеров страны, к наиболее важным относились: снижение магнитного поля кораблей, разработка систем автоматического управления токами в обмотках размагничивающих устройств, создание источников питания размагничивающих устройств, а также разработка аппаратуры для измерения магнитных полей кораблей. В процессе работы по этим направлениям сформировалась целая плеяда квалифицированных ученых. Без имен Е.П. Лапицкого, А.П. Латышева, С.Т. Гузеева, Л.А. Цейтлина, А.В. Романенко, И.С. Царева, Н.М. Хомякова, Э.П. Рамлау трудно представить становление теории магнитной защиты кораблей. Позже этот перечень дополнился такими именами, как В.В. Иванов, В.Т. Гузеев, А.Д. Ронинсов, А.В. Найденов, А.В. Максимов, Л.К. Дубинин, Н.А. Зуев, А.И. Игнатов, И.П. Краснов, А.Г. Шленов, Д.А. Гидаспов, Б.М. Кондратенко, Л.А. Прорвин, В.Я. Матисов, Ю.М. Логунов, Ю.Г. Брядов, Е.А. Сезонов, В.А. Быстров, В.Э. Петров, М.М. Приемский, Н.В. Ветерков, В.В. Мосягин.

В создании систем автоматического управления токами в обмотках размагничивающего устройства в функции магнитного поля принимали участие А.В. Скулябин, Ю.Г. Брядов, Е.А. Сезонов, О.Е. Мендельсон, А.В. Романенко, О.П. Рейнганд, З.Е. Оршанский, В.А. Могучий. Создание источников питания размагничивающих устройств и импульсных генераторов для судов размагничивания являлось самостоятельной проблемой. В ее решении участвовали большие коллективы НИИ судостроительной и электротехнической промышленности.

Повседневная работа службы защиты кораблей на флотах тесно связана с измерениями магнитного поля кораблей. Измерения проводятся с помощью специальных магнитомеров. Одним из первых магнитомеров, использовавшихся на флотах, был английский магнитомер “Пистоль”. Измерения магнитных полей движущихся кораблей выполнялись с помощью петлевых датчиков, уложенных на грунте и подключенных к флюксметру. После второй мировой войны был создан первый отечественный магнитомер ПМ-2, главным конструктором которого был Г.И. Кавалеров. Затем появились серии корабельных магнитомеров, переносных и стационарных. В число их разработчиков входили С.А. Скородумов, Н.И. Яковлев, В.В. Орешников, И.В. Стариков, Р.В. Аристова, Н.М. Семенов, Ю.П. Обоишев, В.К. Жулев, а также коллектив инженеров под руководством Ю.В. Тарбеева. Таким образом, усилиями ученых, инженеров, рабочих были созданы научные основы и техническая база на флотах для постоянного функционирования службы защиты кораблей от неконтактного минно-торпедного оружия.

Новыми направлениями в области защиты кораблей по физическим полям, возникшими в 50-х годах, стали исследования низкочастотного электромагнитного и стационарного электрического полей корабля. Необходимость в этих исследованиях диктовалась тем, что такие физические поля могут использоваться как для контактного минно-торпедного оружия, так и для систем обнаружения подводных лодок. Основным информационным признаком корабля, на использовании которого построены различные активные системы наведения большинства противокорабельных ракет, считается заметность корабля в различных частотных диапазонах электромагнитного излучения, что и обусловило развитие средств снижения этой заметности.

Работы по снижению заметности надводных кораблей в радиодиапазоне были начаты в 60-е годы НИИ ВМФ и промышленности. Создавались специальные стенды, на которых в лабораторных условиях на моделях кораблей определялись параметры вторичного (отраженного) радиолокационного поля. У истоков создания стендов стояли такие ученые, как В.Д. Плахотников, Л.Н. Гриненко, Д.В. Шанников, В.О. Кобак, В.П. Пересада, Е.А. Штагер (впоследствии ведущие специалисты в области исследования радиолокационных характеристик кораблей).

Для исследования радиолокационных характеристик в натурных условиях созданы специальные измерительные комплексы. Были введены в эксплуатацию стационарные радиолокационные полигоны на Балтийском и Черном морях. Первый из них в заливе Хара-Лахт в Эстонии принадлежал 1-му ЦНИИ МО и располагал радиолокационным измерительным комплексам РИК-Б. На нем впервые исследованы параметры вторичного радиолокационного поля отечественных кораблей в натурных условиях. Выполнение этой работы поручалось Г.А. Печко и В.М. Горшкову. Полигон в Севастополе был дополнительно укомплектован несколькими специализированными радиолокационными станциями с высоким разрешением по двум координатам и трехчастотной разных диапазонов и назначений. Особая заслуга в его создании принадлежит Е.А. Штагеру. В связи с утратой измерительных комплексов в Эстонии и на Украине основная нагрузка в части измерения параметров вторичного радиолокационного поля кораблей ВМФ ныне легла на район г. Приморска Ленинградской области, куда в 1993 г. перебазировался полигон 1-го ЦНИИ МО.

Результаты измерений радиолокационных характеристик отечественных кораблей за период 60-90-х годов позволили создать атлас, в который вошло большинство кораблей и судов ВМФ. Было установлено, что на поверхности любого надводного корабля существуют области интенсивного локального отражения, которые вносят основной вклад в отраженное поле. Это обстоятельство, помимо разработки метода расчета средней эффективной поверхности рассеяния корабля, обусловило развитие разработки методов и средств радиолокационной защиты. Исследования, выполненные организациями ВМФ и промышленности, показали, что для уменьшения интенсивности отражения радиолокационных сигналов необходимо преобразовать сильноотражающие корабельные конструкции в малоотражающие путем придания корабельным конструкциям малоотражающих форм (архитектурные решения), а также использовать радиопоглощающие материалы.

Работы по созданию корабельных радиопоглощающих материалов были начаты в 50-е годы. В это время разработаны радиопоглощающие покрытия - “Тент”, “Кольчуга”, “Лист”, “Щит”. Однако первое поколение радиопоглощающих покрытий (РПП) не было внедрено в кораблестроение из-за больших массогабаритных характеристик, а также вследствие сложной технологии крепления их к защищаемым корабельным конструкциям. Для создания новых радиопоглощающих материалов привлечен более широкий круг организаций ВМФ, Академии наук, предприятий Минхимпрома, Миннефтехимпрома, Минцветмета, Минвузов и Минсудпрома. Большой вклад в эти исследования внесли такие ученые, как Ю.М. Патраков, А.П. Петренас, В.В. Кушелев, Ю.Д. Донков: они показали, что введение в стеклопластик полупроводящих углеродных тканей придает ему поглощающие свойства. В 1965 г. были получены первые образцы прочного радиопоглощающего углестеклопластика, получившего название “Крыло”, из которого затем изготовлена надстройка разъездного катера. Применение этого материала позволило снизить отраженное поле судна в 5-10 раз. Так был создан первый практический радиопоглощающий конструкционный материал.

Для широкого внедрения радиопоглощающих средств на корабли необходимы покрытия с малым весом, малой толщины, прочные и стойкие к жестким морским условиям. Эти требования наложили свой отпечаток на характер и направление работ в этой области. В 1972-1974 гг. Ю.М. Патраковым, Р.И. Энглином, Н.Б. Бессоновым, Г.И. Бякиным были разработаны первые образцы тонкослойных поглотителей (“Лак”, “Экран”). В 1976 г. первое покрытие “Лак” установили на одном из малых противолодочных кораблей. Результаты натурных испытаний показали, что покрытие “Лак” позволяет снизить отраженный сигнал в 5-10 раз.

Параллельно с РПП “Лак” в конце 70-х годов группой ученых под руководством А.Г. Алексеева осуществлена разработка и выполнены натурные испытания магнитоэлектрического покрытия (“Ферроэласт”). Его нанесли на большой противолодочный корабль. Эффективность этого покрытия примерно аналогична РПП “Лак”. Дальнейшие работы по созданию третьего поколения корабельных покрытий связаны с поиском новых более эффективных наполнителей, усовершенствованием технологии нанесения (“Лак-5М”), расширением частотного диапазона и повышением поглощающих свойств (“Лак-1 ОМ”), снижением массогабаритных параметров (“Лакмус”).

Работы по тепловой защите или снижению заметности надводных кораблей для тепловых (инфракрасных) систем были начаты с середины 50-х годов в 14-м НИИ ВМФ и 1-м ЦНИИ МО. На начальной стадии разработаны методики расчета теплового излучения кораблей, измерены распределения температур по поверхности корабля, предложен и испытан ряд средств тепловой защиты и ложных тепловых целей. С 1965 г. к работам подключился ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова в качестве головной организации отрасли. У истоков развития этого направления стояли СЛ. Брискин, С.Ф. Баев. В 1974 г. созданы базовые испытательные подразделения для натурных измерений температурных полей кораблей в Севастополе, Калининграде, Северодвинске и Владивостоке. Систематические измерения, их анализ, методические разработки привели к существенному расширению номенклатуры применяемых средств тепловой защиты и к снижению уровня теплового излучения кораблей до значений, соответствующих лучшим зарубежным кораблям. Этому значительно способствовали натурные исследования тепловых полей на полигоне 1-го ЦНИИ МО на Балтийском и Черном морях, на базе ЧВМУ им. П.С. Нахимова, проведенные учеными С.П. Сазоновым, В.И. Лопиным, В.Ф. Барабанщиковым, К.В. Тюфяевым.

В середине 70-х годов в ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова создан теплотехнический стенд для исследования процессов теплообмена в корабельных дымовых трубах, разработаны методики расчета температурных полей корпуса и поверхности дымовых труб кораблей, а также методики измерений температур в натурных условиях.

С конца 80-х годов Минсудпромом и ВМФ совместно с другими отраслями осуществляется переход к непосредственным измерениям параметров тепловых полей надводных кораблей. Разрабатываются методики сдаточных испытаний кораблей по тепловому полю, создается контрольно-измерительная и исследовательская аппаратура, разрабатываются методы математического моделирования теплового поля (теплового портрета) корабля и оценки его защищенности на стадии технического проектирования. Определяются дальнейшие возможности снижения теплового поля кораблей. Большой вклад в эту работу внесли И.Г. Утянский, П.А. Епифанов.

Работы по оптиколокационной защите, то есть по снижению заметности надводных кораблей для лазернолокационных систем, были начаты в середине 70-х годов НИИ ВМФ и Минсудпрома с последующим привлечением организаций Академии наук, Минхимпрома, Миноборонпрома и других ведомств. Неоценимый вклад в разработку теоретической модели рассеяния лазерного излучения морскими объектами, а также методики расчета их защищенности внесли М.Л. Варшавчик и Б.Б. Семевский.

В 80-х годах была создана аппаратура для исследования оптико-локационных характеристик морских объектов в лабораторных и натурных условиях. Лабораторный стенд укомплектован аппаратурой, измеряющей коэффициенты отражения и яркости корабельных материалов как чистых, так и с поверхностной пленкой, например водной, а также материалов, расположенных в воде.

Для натурных измерений оптико-локационных характеристик кораблей и поверхности моря были введены в эксплуатацию два береговых лазерных измерительных комплекса на Черном (на базе Севастопольского ВВМУ) и Балтийском (на полигоне 1-го ЦНИИ МО) морях. В создании этих комплексов и исследований оптико-локационных характеристик кораблей принимали участие Ю.А. Солевон и Е.Г. Лебедько.

Проблема борьбы с гидродинамическими минами особенно остро встала перед отечественным ВМФ в 1945-1946 гг. во время операции по освобождению Северной Кореи. Ее порты были заминированы с воздуха американцами перед вступлением СССР в войну с Японией. В ходе высадки десантов, при обеспечении боевых действий войск и продолжавшегося более года (в том числе в послевоенное время) траления, флот понес ощутимые потери. Требовалось решить ряд научно-исследовательских проблем.

Учеными Г.В. Логвиновичем, Л.Н. Сретенским и В.В. Шулейкиным были разработаны основы теории гидродинамического поля. Ее использовали для оценок придонных гидродинамических давлений под кораблями, создания отечественных образцов измерительной аппаратуры и взрывателей мин, а также для разработки предложений по тралению этих мин и защиты от них кораблей и судов. Была создана стационарная экспериментальная база, разработаны методики измерений и проведены систематические измерения гидродинамического поля основных кораблей и судов ВМФ и дана оценка эффективности некоторых способов “гидродинамической” защиты кораблей (1-й ЦНИИ МО, руководитель Н.К. Зайцев). Особое внимание уделено оценке допустимых уровней гидродинамичекого поля. С этой целью на временных стендах в районах некоторых баз флота были проведены замеры параметров фонового поля. Организацией временных стендов, проведением измерений, обработкой и анализом результатов руководил Б.Н. Седых.

Специалистами 1-го ЦНИИ МО были разработаны теоретические основы комплексного волнового метода гидродинамической защиты кораблей. Основные положения этого метода подтверждены экспериментально на стационарном гидродинамическом полигоне. По результатам этих исследований впервые в мировой практике создан принципиально новый тип корабля противоминной обороны: опытный быстроходный, тральщик - волновой охранитель, проекта 1256. В разработке метода, проектировании и опытной эксплуатации этих кораблей активное участие приняли специалисты 1-го ЦНИИ В.С. Воронцов, М.М. Демыкин, О.К. Коробков, А.Н. Муратов, В.И. Салажов, Б.Н. Седых, Н.А. Цибульский; НИИП 1-го ЦНИИ МО - В.А. Дмитриев, Н.Ф. Корольков, И.В. Терехов; Западного ПКБ - М.М. Корзенева, В.И. Немудов; ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова - К.В. Александров, А.И. Смородин. Результаты опытной эксплуатации подтвердили эффективность волнового метода и позволили наметить пути совершенствования кораблей противоминной обороны нового типа.

Наряду с решением задач гидродинамической защиты проводились исследования проблемы скрытности подводных лодок от средств обнаружения по гидрофизическим полям в кильватерном следе и на свободной поверхности. В ходе этих исследований впервые в стране созданы аппаратурные комплексы и проведены надежные измерения параметров кильватерного следа подводной лодки и фона. Результаты исследований используются для выработки мероприятий по обеспечению скрытности подводных лодок.

Обитаемость кораблей

В 50-60-е годы в ходе строительства новых кораблей ВМФ перед военно-морской медициной стояли важные исследовательские задачи. Требовалось изучить физиолого-гигиенические аспекты длительного и непрерывного пребывания личного состава в герметично замкнутых объемах, выполнить идентификацию качественных параметров обитаемости, обосновать рациональное размещение экипажей на вновь строящихся кораблях, разработать научно обоснованные подходы к построению режимов лечебной рекомпрессии для водолазных специалистов, а также исследовать токсичность специальных топлив, масел. При этом практические рекомендации и предложения по совершенствованию обитаемости на кораблях формулировались по результатам экспериментальных исследований на животных и данным, полученным в ходе натурных испытаний. Следует отметить, что формирование новых научных направлений в те годы в части оптимизации обитаемости на кораблях неразрывно связано с именем генерал-майора медицинской службы профессора С.А. Веденяпина, который возглавлял 17-й НИИ ВМФ с 1948 по 1956 г.

С внедрением на кораблях атомной энергетики предметом особого внимания военно-морских врачей стали вопросы обеспечения радиационной безопасности личного состава. Эта проблема обладала безусловной новизной не только с точки зрения понимания сущности происходящих в организме процессов и интерпретации регистрируемых общебиологических эффектов, но и в плане установления научно обоснованных границ допустимого уровня облучения.

В 1957 г. 17-й НИИ ВМФ был реорганизован в управление обитаемости 16-го НИИ ВМФ, а в 1960 г. управление вошло в состав 1-го ЦНИИ МО. Начальником управления назначен генерал-майор медицинской службы А.М. Зотов. Организационные штатные и структурные изменения в руководстве исследовательской военно-морской медицины сыграли положительную роль в плане реализации достижений медицины в практику кораблестроения. В эти годы существенно обновилась лабораторная база управления. Были созданы уникальные экспериментальные стенды, на которых проводились исследования на животных с целью изучения влияния основных фактов обитаемости на организм. Вместе с тем понимание того, что практические рекомендации военно-морских врачей должны опираться не только на результаты экспериментальных исследований на животных, но и на данные, полученные при обследовании людей, привело к принятию решения о строительстве специального стенда.

Стенд по своим техническим возможностям позволял воссоздавать условия обитаемости, реально существующие в отсеках подводных лодок. Первые 27-, 30-, 60-, 120-суточные испытания на стенде с участием добровольцев позволили получить важную информацию о динамике изменений клинико-физиологических показателей в процессе длительной герметизации и оценить функциональные возможности человеческого организма в целом. В результате был сделан важный практический вывод о целесообразности ограничения сроков пребывания корабельных специалистов в гермообъемах до 120 суток. В ходе многосуточных испытаний моделировались условия, при которых отдельные параметры обитаемости периодически выходили за пределы регламентированных величин. Одновременно испытывались некоторые новые образцы медицинского оборудования и технические средства обеспечения обитаемости, которые впоследствии внедрены на кораблях. Научное руководство за проведением стендовых испытаний было возложено на профессоров А.Н. Бухарина, В.Г. Алтухова, И.А. Сапова, а группу добровольцев-испытуемых возглавляли М.В. Жуков, А.Н. Бухарин, Л.А. Морозов, Ю.С. Угулава. Главным итогом многолетней работы коллектива управления явились первые научно обоснованные гигиенические нормы и требования к обитаемости надводных кораблей и подводных лодок. За серию научно-исследовательских работ по обоснованию медико-технических требований к обитаемости кораблей ВМФ группа военно-морских врачей была удостоена Государственной премии. Среди них: Е.М. Иванов, А.А. Шереметьев, О.В. Варнаков, А.Н. Бухарин, И.Ф. Жильцов, А.В. Миртов, И.А. Сапов, Л.А. Тиупов, С.В. Миропольский.

В 60-е годы были достигнуты значительные результаты в деле усовершенствования существующих и в создании новых образцов технических средств очистки воздушной среды корабельных помещений от вредных химических веществ и радионуклидов. Разработаны общие принципы построения систем и типовые схемы автономных узлов рециркуляционной и локальной очистки воздуха от вредных примесей. Создана установка для адсорбции радиоизотопов криптона и ксенона. Модернизированы аппараты и системы электрохимической регенерации воздуха. Одна из работ, выполненная при активном участии сотрудников управления, была отмечена Ленинской премией, а М.Д. Хабиев стал ее лауреатом.

В целом следует отметить, что научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, которые выполнялись в 60-е годы, во многом носили пионерский характер и сыграли важную роль в обеспечении длительного и безопасного пребывания людей в герметично замкнутых объемах. В эти годы в управлении было положено начало формированию самобытных научных школ В.З. Аксель-Рубинштейна, А.Н. Бухарина, И.Ф. Жильцова, В.В. Кустова, А.В. Миртова, В.П. Молчанова, А.П. Румянцева, Н.В. Саватеева, И.А. Сапова, Л.А. Тиунова, В.Г. Чвырева и других ученых.

Благодаря работам Л.А. Тиунова (впоследствии академика РАМН) особо бурное развитие получило токсилогическое направление военно-морской медицины. При этом решались как прикладные задачи, связанные с проведением санитарно-химических и токсилогических исследований полимерных материалов кораблестроительного назначения, идентификация качественных и количественных параметров воздушной среды корабельных помещений и вопросы экспериментального обоснования санитарных регламентов, так и фундаментальные проблемы, расширяющие представления о механизмах токсического действия ксенобиотиков на организм.

В 1974 г. принято решение о выведении из состава управления обитаемости подразделений, занимающихся проблемами химической и радиационной безопасности, и формировании на их основе самостоятельного управления при 1-м ЦНИИ МО. Это управление до 1983 г. возглавлял И.И. Мартынов.

Создание лабораторной базы, на которой выполнялись исследования, заложило фундамент современных представлений о радиационной безопасности объектов ВМФ. Кроме того, в ходе исследований выбраны оптимальные варианты систем электрохимической регенерации для подводных лодок нового поколения и созданы более совершенные ее образцы. Успешно решались вопросы защиты кораблей ВМФ от поражающего действия оружия массового уничтожения. Разрабатывались средства и методы радиационного и газового контроля и принципы аэрозольной маскировки. Отдельные технические решения, предложенные сотрудниками управления обитаемости для реализации в кораблестроении, сыграли существенную роль в повышении скрытности подводных лодок.

С 1970 по 1977 г. управление обитаемости возглавлял генерал-майор медицинской службы П.И. Горбатых. В этот период выполнена новая серия стендовых испытаний, в ходе которых ставилась задача обосновать медико-технические требования к обитаемости сверхмалых подводных лодок. Этой работе предшествовали исследования на животных по изучению влияния шума, вибрации, неионизирующих излучений, параметров микроклимата, вредных химических веществ на организм применительно к специальным условиям. Одновременно был модернизирован стенд, где размещался профилакторий. В стендовых условиях воссоздана модульная схема компоновки корабельных помещений, что позволило оценить функциональные возможности человеческого организма на перспективных кораблях.

В 1982-1983 гг. проведены крупномасштабные уникальные испытания на 160-суточную герметизацию добровольцев на модернизированном стенде обитаемости. К этой работе были привлечены многие организации и ведомства, участвующие в проектировании и строительстве кораблей ВМФ. Основное руководство испытаниями осуществлялось 1-м ЦНИИ МО (А.Н. Бухарин). Обоснованный с медицинской точки зрения режим труда и отдыха подводников, а также предложенный в ходе испытаний модульный принцип компоновки корабельных помещений был вскоре реализован в практике отечественного кораблестроения. По завершении этой работы большая группа сотрудников управления обитаемости была отмечена государственными наградами, в том числе руководитель группы В.Н. Носов.

В 80-е годы были выполнены исследования с целью создания автоматизированных средств оценки сложной комплексной системы корабль-человек на основе определения и прогнозирования состояния здоровья и работоспособности экипажа и выработки объективных рекомендаций по профилактике, диагностике, лечению заболеваний и реабилитации больных. Значительный вклад в координацию работ по внедрению автоматизированных систем диагностики и методов лечения сделан Научным советом ВМФ по медицинской кибернетике (И.И. Тынянкин, Н.Т. Потемкин, В.В. Жеглов, В.И. Касаткин).

В 1987-1994 гг. решались новые проблемы. В частности, получили развитие исследования, имеющие своей целью изыскание высокоэффективных антидотов и фармакологических средств, повышающих работоспособность корабельных специалистов, изучалось влияние электромагнитных излучений на организм и выполнялись исследования по их регламентированию. Было положено начало созданию уникальных средств газового контроля, позволяющих на новом уровне осуществлять мониторинг воздушной среды корабельных помещений. Созданы чувствительные средства дозиметрического контроля в кабельном исполнении. Нашла практическое воплощение идея оснащения кораблей новыми средствами камбузного оборудования.

Были развернуты исследования, ставящие своей целью оценить физиологические возможности организма при длительном и непрерывном пребывании людей в пожаробезопасной газовой среде. Работами руководили: Герой Социалистического Труда профессор В.В. Семко, профессора М.А. Гребеник и В.В. Чумаков. В группу испытуемых, которые в течение длительного времени находились в искусственно созданной пожаробезопасной газовой среде, были включены сотрудники управления А.Н. Алехин, А.С. Никишин, С.Г. Денскевич.

Совершенствование методов проектирования кораблей и обоснование проектных решений

Корабли являются важнейшим компонентом сил, используемых в вооруженной борьбе на море. Они представляют собой сложные технические системы высокой степени иерархии. В них объединены в единый комплекс разнообразные оружие и технические средства с различным характером боевого и повседневного функционирования, а также степенью влияния на эффективность выполнения поставленных задач. Наконец, в отличие от других боевых систем (танки, самолеты и т.д.) корабли являются самыми дорогими и малосерийными системами. Поэтому заранее требуется уверенность в целесообразности создания того или иного корабля с соответствующими тактико-техническими элементами (ТТЭ). Это обусловливает трудность и многоступенчатость проектирования корабля, а также значительный консерватизм решений во время этого процесса. В классическом случае процесс проектирования включает несколько этапов:

исследовательское проектирование, имеющее целью разработку оперативно-тактического задания (ОТЗ) и тактико-технического задания (ТТЗ) на проектирование. Исследовательское проектирование определяет целесообразность создания корабля, проверяет реализуемость основных технических решений и принципов конструктивного оформления корабля;
эскизный проект, в котором уточняются основные ТТЭ корабля и выбирается несколько наиболее оптимальных вариантов для дальнейшей работы;
технический проект, окончательно устанавливающий основные ТТЭ и завершающий творческую поисковую работу выбором единственного варианта;
рабочий проект, по которому начинается постройка корабля.

Начальный этап проектирования, до разработки ТТЭ включительно, всегда выполнялся в центральных научных организациях ВМФ (ЦНИВК, НТК, 1-й ЦНИИ МО) при участии ряда специальных научно-исследовательских учреждений. Именно этот этап проектирования является самым важным и менее известным. Тем более что за весь послевоенный период на этом этапе произошли наибольшие изменения. Таким образом, процесс проектирования начинается с формирования общего замысла создания корабля, который исходит из возлагаемых на корабль задач и основывается на достижениях научно-технического прогресса. В соответствии с общим замыслом определяется технический облик с оптимальным сочетанием ТТЭ, необходимых для разработки научно обоснованного задания на последующие стадии проектирования. Разработку таких заданий и называют исследовательским проектированием. Исследовательское проектирование как самостоятельная область в общей теории проектирования кораблей сформировалось относительно недавно - в 50-60-х годах, когда кораблестроение перешло на путь комплексного внедрения достижений научно-технического прогресса.

Сравнение с кораблями-аналогами, как метод выбора ТТЭ новых кораблей, во многом утратило свое значение в связи с существенными изменениями в характере вооружений борьбы на море, а роль конкретных прототипов уменьшилась в результате высоких темпов научно-технических достижений по ряду видов вооружения и технических средств. Боевые действия современных кораблей-аналогов могут резко отличаться в зависимости от решаемых кораблями задач, общей оперативно-стратегической обстановки и военно-географических условий, что неминуемо отразится на замысле создания и облике кораблей и, следовательно, на степени развития и соотношении отдельных их качеств. Наконец, безграничные возможности науки и техники, открывшиеся в начале 60-х годов, породили у ряда военных и ученых иллюзию возможности создания принципиально новых кораблей, способных заменить традиционные классы. Эти обстоятельства в определенной степени привели не только к волюнтаризму в создании кораблей, но и к значительным перекосам в развитии науки проектирования не только кораблей, но и вооружения.

Так, в 60-70-х годах сформировался взгляд на развитие техники, как полностью подчиненное тактике боевого использования. Это привело к игнорированию той цены, за которую получались заданные ТТЭ. Однако объективные научные результаты при проведении исследований по обоснованию ТТЭ могли быть получены только при рассмотрении единой системы корабль-вооружение. В начале 70-х годов такой взгляд на проблему проектирования уже стал доминирующим, хотя и не всеобъемлющим. Вместе с тем в отечественном кораблестроении в 70-х годах начался переход к созданию кораблей, их вооружения и технических средств с более полной взаимной увязкой. Правда, и в 90-х годах такой подход трактовался только в теории.

В методологическом плане потребности практики исследовательского проектирования и соответствующий научный потенциал обусловили дальнейшее совершенствование графоаналитического метода проектирования на основе совместного использования методов подобия и математической статистики. В сочетании с частными графическими проработками это позволило во многом отойти от конкретного прототипа. Большой вклад в развитие этих методов внесли А.И. Балкашин, С.А. Базилевский, Л.Б. Бреслав, Б.А. Колызаев, А.И. Косоруков, В.А. Литвиненко, Г.И. Попов, А.Э. Цукшвердт и другие отечественные ученые ВМФ.

Наконец, усилиями отечественных и зарубежных ученых были разработаны методы оценки количественных показателей, а также математические модели оценки боевой эффективности и военно-экономической оптимизации ТТЭ на стадии проектирования кораблей. Данные модели базируются на вероятностном описании процесса боевых действий и моделировании не отдельных тактических ситуаций, а операций или систематических боевых действий в целом, и показатели эффективности выбираются в строгом соответствии с поставленными целями - основным принципом, сформулированным в теории боевой эффективности академиком А.Н. Колмогоровым. В решении этих вопросов участвовали В.А. Абчук, И.Я. Динер, Ф.А. Матвейчук, М.П. Прохоров, С.К. Свирин, В.Г. Суздаль, Л.Ю. Худяков и другие.

Любое проектирование, в том числе и исследовательское, базируется на огромном количестве исходных данных. При этом перспективные противодействующие боевые системы на момент проектирования нового корабля достоверно неизвестны, вследствие чего возникает необходимость получения прогноза их характеристик. По этой причине большое значение в исследовательском проектировании имеют методы научного прогнозирования, которые получили значительное развитие в 70-80-х годах в разработках В.П. Кузина, В.М. Пастушенко, Ю.П. Убранцева и других.

Все это расширило возможности разработки и объективной сравнительной оценки вариантов проектируемого корабля с существенно отличными друг от друга техническими решениями.

Новым в решении отдельных задач исследовательского проектирования являлось использование средств ЭВТ, хотя оно еще не в полной мере обеспечивало комплексную оптимизацию процесса с учетом требуемой многовариантности, глубины и оперативности проектных исследований.

Существенным шагом в развитии методов исследовательского проектирования в 70-е годы явилось создание и внедрение в 1-м ЦНИИ МО системы автоматизированного проектирования (САПР) - принципиально нового программно-технического инструмента проектных исследований. Указанная система была создана большим коллективом ученых ВМФ: В.Н. Буровым, Ю.С. Вольфсоном, Б.А. Колызаевым, Л.Ю. Худяковым, П.А. Шаубом и другими.

Благодаря созданию САПР стало возможным решать все задачи исследовательского проектирования в комплексе, начиная с технической разработки вариантов корабля и кончая оптимизацией его ТТЭ по критериям боевой и военно-экономической эффективности на базе многовариантных расчетов по более точным математическим моделям. Создание САПР в значительной степени устранило разрывы между объективной потребностью увеличения многовариантности, глубины и повышения оперативности проектных исследований, вычислительными возможностями специалистов и средствами инженерного труда, имевшимися ранее в их распоряжении. Стали реальными проработка и комплексная оценка до нескольких сотен вариантов проектируемого корабля.

В 80-е годы в развитии теории и методов исследовательского проектирования отмечается дальнейшее совершенствование системного подхода к созданию кораблей в комплексе с их оружием и техническими средствами, а также средствами боевого и повседневного обеспечения. Именно системный подход стал главной методической основой создания математических моделей для САПР. Системный подход определяется как оптимальная техническая реализация замысла создания корабля по следующим основным факторам:

боевой эффективности при выполнении боевых задач в различных условиях и различными способами;
научно-техническим возможностям создания технических средств к необходимому сроку;
взаимосвязи отдельных подсистем корабля между собой, в том числе построению структуры корабля в виде взаимодействующих функциональных комплексов с учетом динамики их совместной работы и принципа иерархической оптимизации;
экономической обоснованности и обеспеченности создания необходимого числа кораблей в заданные сроки;
наличию и состоянию взаимодействующих и обеспечивающих сил и средств.

Отдельные принципы системного подхода, касающиеся в основном оценки технической совместимости и частной оптимизации подсистем корабля, принимались во внимание на протяжении всей истории кораблестроения. При этом соответствующие задачи в прошлом были относительно простыми из-за сравнительно слабой технической взаимосвязи подсистем.

После создания САПР понятие системного подхода существенно расширилось. В нем отражен учет многих факторов, обеспечивающих оптимизацию ТТЭ кораблей как единой системы корабль-вооружение-средства обеспечения, что требует разработки и совершенствования соответствующих количественных методов. Значительный вклад в развитие методологии системного подхода внесли ученые ВМФ: И.Г. Захаров, М.М. Четвертаков, П.А. Шауб и другие. Благодаря внедрению принципов системного подхода в 80-х годах коллективу ученых ВМФ удалось разработать достаточно много математических моделей для САПР 1-го ЦНИИ МО, увязанных по информации, и, следовательно, впервые осуществилось автоматизированное исследовательское проектирование.

Многие созданные для САПР математические модели обладали значительной новизной и оригинальностью. К таким моделям можно отнести: операционную модель (моделирование боевой операции) для оценки подводных лодок (Л.Ю. Худяков) и надводных кораблей (В.И. Никольский), оценку живучести надводных кораблей (А.М. Иванов, А.И. Косоруков), имитационные модели боевых действий и оценку надводных кораблей (С.А. Иванов), совместное проектирование “корабль - основное оружие” (С.А. Губкин, М.М. Четвертаков-младший), и ряд других.

С начала 80-х годов САПР 1-го ЦНИИ МО стала активно использоваться для обоснования ТТЭ практически на все корабли. Первой подводной лодкой, обоснование которой было проведено на САПР. стала атомная подводная лодка проекта 945А, а из надводных кораблей - СКР проекта 11540.

В конце 80-х годов значительное развитие в САПР получили методы геометрического моделирования для получения графического изображения варианта корабля в процессе его проектирования на более поздних этапах автоматизированного исследовательского проектирования (АИП) и для получения координат различных его элементов в процессе разнообразных расчетов, в том числе и живучести. Для этого в математическую модель АИП была включена геометрическая модель корабля (разработана Н.В. Никитиным).

Вместе с методами определения количественных характеристик автоматизированного исследовательского проектирования постоянно совершенствовались и методы оптимизации. Так, в конце 80-х годов в САПР, наряду с традиционными методами оптимизации, был внедрен и апробирован на ряде ТТЭ метод многокритериальной оптимизации многоцелевого корабля, разработанный И.Г. Захаровым. Наряду с созданием математических моделей определялась и специальная технология работы на САПР: разрабатывались последовательность выполнения моделей, организация данных для расчетов (разработка баз данных), форма представления полученных результатов и многое другое.

Первоначально САПР создавалась как система для стадии исследовательского проектирования с целью выработки рекомендаций руководству по принятию решений на стадии формирования ТТЭ. Однако позже, используя достигнутый ранее результат, имеется возможность автоматизировать и другие важные задачи, решаемые научными организациями ВМФ, такие как:

обоснование планов военного кораблестроения;
отработка общих требований к проектированию кораблей и судов и обоснование этих требований;
обоснование направлений развития корабельного вооружения и корабельной техники на перспективу;
оптимизация срока службы корабля и оценка целесообразности модернизации;
оценка новых проектных решений, которые прямо не оказывают влияния на ТТЭ (например, компоновка корабля и ее влияние на эффективность через живучесть и т.п.);
научно-техническое сопровождение, когда с использованием САПР осуществлялась оценка отклонения от ТТЭ и получались количественные показатели для экспертизы готового проекта.

В целом теория и методы исследовательского проектирования постоянно совершенствуются и их внедрение в практику способствует ускорению научно-технического прогресса в кораблестроении.

Главное за неделю

Важное

Экипаж поднялся на борт первого патрульного ледокола "Иван Папанин"

16 апреля 2024 в 7:59

Важное

Британский флот получит лазерное оружие на пять лет раньше, чем планировалось

15 апреля 2024 в 12:48

Важное

Главное в военных СМИ за неделю: три попытки "Ангары" на Восточном, порох из древесной целлюлозы, "Хаска-10" вышла на лёд

12 апреля 2024 в 15:37

Важное

Начались испытания судна на воздушной подушке "Хаска-10"

10 апреля 2024 в 7:55

Copyright © 1998-2024 Mil.Press FLOT. Наряду с Mil.Press Военное, Mil.Press Отраслевое, Mil.Press FlotProm и другими изданиями входит в состав информационной группы Mil.Press. Свидетельство о регистрации СМИ № ФС77-39156 от 11.03.2010, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Использование материалов разрешено только при условии указания источника: прямой гипертекстовой ссылки (при публикации в Интернете), не запрещенной к индексированию в поисковых системах Яндекс, Google; указание адреса сайта (при публикации вне Интернета). Выходные данные. Реклама. Онлайн-презентация "Видеодневник инноваций". 18+