Авторизация

Логин:
Пароль:

Молнии







Каталог морского ВПК

Из морского бизнес-каталога: предприятие №3308: "ТАНТК им. Г.М. Бериева"; товар/услуга №86172: Компас магнитный КМС90-1.


Поиск


Мнение: как увеличить мореходность и скорость МРК
Тема: Наука, Статьи

Малые ракетные корабли сегодня становятся одними из самых массовых боевых единиц в ВМФ России. Не говоря уже о находящихся в строю советских МРК, для нужд российского флота параллельно строятся крупными сериями "Буяны" (проект 21631) и "Каракурты" (проект 22800). Доктор технических наук Виктор Дубровский подготовил для FlotProm статью, в которой рассчитывает варианты увеличения мореходности и скорости кораблей этого класса за счет изменения формы корпуса.

Введение


Рискну начать с идеи, которую фактически одобряют далеко не все кораблестроители: промышленность должна поставлять ВМФ такие корабли, которые в наибольшей степени соответствуют его нуждам. Однако реализация этой идеи возможна только при том обязательном условии, что заказчики, представители ВМФ, будут максимально полно и детально знать сегодняшние и, особенно, перспективные нужды флота, а также те возможности, которые может предоставить применение кораблей новых типов.

При этом одной из сторон проблемы является крайняя необходимость широкого технического кругозора представителей заказчика, потому что осознание перспективных возможностей сегодня неотделимо от понимания всего спектра возможностей, которые появились бы при использовании различных новых типов кораблей.

Макет МРК проекта 22800
Надо иметь в виду, что современные надводные корабли – это "носители вместимости", говоря общими терминами. Это значит, что их размерения в основном определяются не массой полезной нагрузки, а площадью палуб, необходимой для размещения ее и экипажа (с учетом всех площадей, необходимых для управления кораблем и обслуживания его систем и устройств). Обычно сегодня полезная нагрузка надводных кораблей (НК) со стальным корпусом и надстройками находится в пределах 10-15% полного водоизмещения, редко превосходя 20%.
Особенно велики потребности в достаточно большой площади палубы (прежде всего – верхней) у НК с авиационным вооружением, в состав которого сегодня входят, прежде всего, беспилотные летательные аппараты.

Кроме того, важными оперативными качествами НК являются достижимая скорость хода и возможность ее поддержания в условиях морского волнения. Если первое достигается за счет современных энергетических установок, то второе почти не зависит от располагаемых мощностей ЭУ и определяется характеристиками корпуса, а также наличием систем успокоения качки. Отметим, что возможности таких систем в отношении продольной качки принципиально весьма малы у кораблей традиционного типа.

Отметим также, что скорость хода на волнении достаточной интенсивности практически всегда снижается (или изменяется курс, что удлиняет маршрут) для обеспечения тех уровней характеристик мореходности, которые требуются для безопасности плавания и возможности функционирования всех подсистем корабля, прежде всего – корпуса и экипажа. Это влияние тем больше, чем меньше водоизмещение НК и хуже мореходность, определяемая его архитектурно-конструктивным типом.

Таким образом, сегодня НК должен иметь достаточно большую площадь палуб, максимально высокую мореходность и высокие ходовые качества.

Все эти качества проще обеспечиваются при использовании многокорпусных НК, чем при традиционных однокорпусных. Так что ниже в качестве перспективных альтернативных вариантов НК, прежде всего – малого и среднего водоизмещения, наиболее подверженных влиянию волнения, рассматриваются многокорпусные НК различных типов.

Многолетние исследования и практика применения нескольких десятков построенных объектов с малой площадью ватерлинии показали их существенные преимущества по сравнению с традиционными. Обобщая, можно сказать, что многокорпусный объект с малой площадью ватерлинии имеет такую же мореходность, как однокорпусный в 5-15 раз большего водоизмещения (в зависимости от степени малости площади ватерлинии, которую удается обеспечить при выполнении всего комплекса требований к НК).

Например, на рис. 1 и 2 сравнены натурные данные об амплитудах килевой и бортовой качки традиционных кораблей водоизмещением 1000 и 3000 т (корвета и фрегата) и 600-тонного корабля с малой площадью ватерлинии (КМПВ), спроектированного в 70-е годы в качестве экспериментального (по данным модельных испытаний в мореходном бассейне ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова.). Рассматриваются варианты без успокоителей качки.

1 / 2

Рис. 1. Амплитуды килевой качки на встречном волнении: 1 – корвет, 1000 т, 12 узлов; 2 – КМПВ, попутное волнение, 10 узлов; 3 – то же, встречное волнение, 10 узлов; 4 - то же, 18 узлов; 5 – фрегат, 3000 т, 15 узлов.
Рис. 2. Амплитуды бортовой качки лагом к волне: 1 – корвет, 1000 т; 2 – фрегат, 3000 т; 3 – КМПВ, 10 узлов, 4 – то же, 18 узлов.

Очевидно не только преимущество КМПВ, но и обратная – по отношению к однокорпусным – зависимость качки от скорости хода: у КМПВ рост скорости приводит к снижению амплитуд качки. Так что для этих кораблей запас мощности реально вызывает рост скорости на волнении – в отличие от однокорпусных, где его невозможно реализовать из-за необходимости снижения скорости для поддержания нужного уровня мореходности.

Однако для предпроектного выбора одного или нескольких типов НК, которые целесообразно изучать более детально, участникам этого выбора надо как можно точнее понимать нужды ВМФ, а также то, как их обеспечение повлияет на конечные ТТХ кораблей различных типов. При этом невозможно ограничиться взаимодействием проектантов с заказчиком только самым ранним этапом проектирования. Это взаимодействие должно быть постоянным на предпроектных этапах, и доступным – на всех последующих, потому что на всех этапах проектирования возникают альтернативные технические решения, влияющие на результаты проектирования.

Предлагается рассмотреть последовательность предпроектных решений на примере малого ракетного корабля, МРК, поскольку он имеет небольшое водоизмещение, а потому может быть заменен кораблем нового типа без особых потрясений основ судостроения.

Предпроектные решения


В качестве исходного рассматриваются МРК проекта 21631, строящиеся в настоящее время. Первоначально интерес именно к этому назначению корабля был вызван возникновением вопроса: полезно ли удвоение скорости МРК с тактической точки зрения? Скажем, для максимально быстрого подхода на расстояние, равное дальности действия ракет – и быстрого выхода из зоны досягаемости ответным ударом? При дальности поражения морских целей до 300 км скорость до 50 узлов может быть полезной в указанном выше смысле. Однако пока целесообразность такого резкого повышения достижимой скорости с тактической точки зрения не оценена.

МРК "Углич", проект 21631 Буян-М

Без существенного повышения скорости переход к одному из новых типов кораблей, как минимум, позволит добиться более или менее (в зависимости от типа) заметного повышения мореходности, что особенно полезно для малотоннажного корабля.

Более высокая мореходность, вместе с увеличением площади палубы, позволит дополнительно принять авиационное вооружение (беспилотники) и достаточно эффективно его использовать.

Далее рассмотрены возможные ограничения и требования, которые могут определить выбор рассматриваемых типов. Отметим, что для обеспечения сравнимости все варианты должны иметь такую же площадь внутренних палуб в соединяющей корпуса платформе, какова площадь внутренних палуб и платформ исходного варианта. Кроме того, предполагается тот же комплект вооружения, т.е. его масса, при выборе размерений играющая роль полезной нагрузки.

Очевидно, что ограничение длины альтернативных вариантов отсутствует. Однако осадка у исходного корабля явно ограничена, и влияние этого обстоятельства следует рассмотреть. Такая же осадка может быть обеспечена:
- катамараном (двухкорпусным кораблем с традиционными обводами корпусов);
- КМПВ при особом выборе размерений;
- полу-КМПВ (когда носовые части корпусов имеют малую площадь ватерлинии, а кормовые – обычные обводы, что позволяет удобно разместить энергетическую установку (ЭУ) практически любой требуемой мощности).

Катамаран будет лучше традиционного варианта, кроме увеличенной площади палуб, по начальной поперечной остойчивости и по амплитудам бортовой качки (при примерно равных ускорениях этой качки, что можно обеспечить рациональным выбором размерений).
Небольшая осадка может быть обеспечена и при применении КМПВ, если высота его гондол (подводных водоизмещающих объемов) будет принята равной осадке при полном водоизмещении. При осадке, равной высоте гондол, КМПВ будет использоваться на тихой воде, а на волнении будет принимать водяной балласт для увеличения осадки, а потому – улучшения мореходности. Объем балласта при этом соответствует примерно половине полного объема стоек (т.е. объема от гондолы до платформы).
В этом случае высота главных двигателей может быть больше высоты гондол. Это вынудит либо переносить ЭУ в надводную платформу, либо существенно увеличивать ширину стоек (и плавно уменьшать к оконечностям; однако небольшая длина корпусов может при этом привести к неприемлемо большим углам заострения ватерлиний стоек, что увеличит буксировочное сопротивление). Понятно, что увеличение ширины стоек означает и увеличение площади ватерлинии, что приведет к ухудшению мореходности.

Перенесение двигателей в платформу означает применение более сложной и дорогой передачи мощности на движители, например, наклонных валопроводов, или угловых редукторов, или электропередачи. Все это усложняет и удорожает КМПВ с ограниченной осадкой.

Тот же результат – увеличение площади ватерлинии и обусловленное этим ухудшение мореходности – будет иметь место при использовании полу-КПМВ.

Таким образом, жесткое ограничение осадки в исходных данных ограничит количество типов, форму обводов или возможные варианты ЭУ.

Надо отметить, что все корабли с ограниченной осадкой должны иметь водометные движители – как и исходный традиционный корабль.

Использование преимуществ КМПВ наиболее дешево обойдется при отсутствии ограничений осадки.

Одним из условий, влияющих на выбор типа, в данном случае является высота пусковой установки основных ракет. Если эта высота больше 5 м, что не позволит разместить их в пределах двухярусной платформы, соединяющей корпуса, то наиболее удобно использование варианта с аутригерами; при этом пусковые установки будут линейно размещены в надстройке над основным корпусом – с возможностью нахождения их нижних частей в стойке корпуса. При этом аутригеры и соединяющая их с корпусом надстройка будут дополнительной защитой пусковых установок.

Этот вариант может иметь такой же главный двигатель и движитель, как и исходный однокорпусный прототип. Тогда можно ожидать снижения достижимой скорости на тихой воде. Однако, за счет снижения потерь скорости на волнении, средняя скорость в морских условиях может остаться практически той же.

Более традиционно для боевых кораблей можно использовать двухвальную ЭУ; при этом будет обеспечена такая же скорость на тихой воде, как у однокорпусного прототипа - за счет роста мощности и повышения пропульсивного КПД при увеличении площади двух движителей по сравнению с одним (при той же осадке). При этом увеличение суммарного гидродинамического сечения движителей позволит применять винты вместо более дорогих и сложных водометов. В этом случает также средняя скорость на волнении будет выше, чем у однокорпусного прототипа.
Наконец, может быть обеспечена примерно в два раза более высокая достижимая скорость КМПВ по сравнению с традиционным прототипом – понятно, с заметным увеличением мощности ЭУ и водоизмещения корабля.
Все перечисленные варианты могут иметь дополнительное вооружение, что должно быть учтено как в исходной величине полезной нагрузки, так и в величине необходимой площади палуб.

Таким образом, в зависимости от нужд заказчика могут быть рассмотрены следующие альтернативные варианты МРК при ограничении осадки:
- катамаран
- КМПВ с двумя осадками, для тихой воды и для волнения, с ЭУ в гондолах или в надводной платформе;
- полу-КМПВ (с малой площадью ватерлинии носовых частей и традиционными обводами кормовых).

Если же ограничения осадки нет:
- КМПВ с аутригерами для того же диапазона скоростей, что и традиционный корабль, одновальный или двухвальный;
- двухкорпусный КМПВ с удвоенной, по сравнению с традиционным кораблем, скоростью полного хода.

Корабль с малой площадью ватерлинии "Sea Slice"

Ниже для примера кратко показаны основные результаты ориентировочного выбора размерений и ожидаемые характеристики двух последних вариантов МРК.

Исходные данные


Однокорпусный прототип альтернативных вариантов имеет полное водоизмещение 949 т, наибольшую длину 74,1 м, ширину 11 м, высоту борта 6,57 м, осадку 2,6 м, скорость 25 узлов при мощности ЭУ 7,35 мВт и водометном движителе.

При высоте борта 6,57 м в корпусе по высоте могут быть размещены одна или две палубы; с ошибкой в безопасную сторону, при оценке площади внутренних помещений, включая площадь надстройки, допустим наличие двух палуб. Тогда площадь внутренних помещений, без настила второго дна, составит около 1300 кв м.

Примем массу полезной нагрузки, равной 15% полного водоизмещения, т.е. примерно 150 т.

Указанные величины скорости и мощности считаем исходными при проектных исследованиях.

Варианты, не имеющие ограничения по осадке


Минимальная габаритная ширина вариантов, не подверженных ограничению осадки, определяется по следующему требованию к начальной поперечной остойчивости: крен не более 10 градусов при стоянке лагом к ветру со скоростью 100 узлов (что соответствует неограниченному району плавания).

КМПВ с аутригерами

При размещении пусковых установок вблизи миделя примем такое же размещение аутригеров (для повышения защищенности основного вооружения корабля). Такое положение оптимально для скоростей в районе скорости экономического хода.

Применение специфической методики, учитывающей особенности КМПВ, позволяет определить размерения и характеристики КМПВ с аутригерами в нулевом приближении.

Габаритная ширина этого варианта определяется изложенным выше требованием к начальной остойчивости.

Ориентировочная схема общего расположения МРК с аутригерами показана на рис. 3.

Рис. 3. Ориентировочная схема общего расположения МРК с аутригерами

КМПВ с "полуглиссирующими" обводами


Для существенного увеличения скорости КМПВ необходимо использовать новую форму обводов, обеспечивающую скорости вплоть до верхнего предела переходного скоростного режима.

Существенно увеличенная, по сравнению с предыдущими вариантами, мощность ЭУ требует увеличенной ширины стоек, а потому приводит к увеличению площади ватерлинии. Однако в расчетном режиме полного хода корабль будет всплывать до ватерлинии у верхней кромки гондол, так что здесь площадь ватерлинии стоек несколько ухудшит мореходность только при небольших скоростях. Это ухудшение должно быть максимально компенсировано системой успокоения качки.

Ориентировочная схема этого варианта КМПВ показана на рис. 4.

Ориентировочная схема КМПВ с увеличенной скоростью полного хода

Ориентировочные данные о главных размерениях и основных характеристиках вариантов МРК, осадка которых не ограничена


Тип корабля

КМПВ с аутригерами, одновальный

То же, двухвальный

Двухкорпусный КМПВ

Площадь внутренних палуб в соединяющей корпуса надстройке, кв м

1300

Вооружение и боезапас, т

150

Габаритные размерения, м

65 х 25 х 12

55х20х15

Осадка при полном водоизмещении, м

4.5

6.0

Полное водоизмещение, т

Ок. 800

Ок. 850

Ок. 1300

Мощность ЭУ, МВт

7,55

2 х 6.0

2 х 25

Скорость полного хода при полном водоизмещении, уз

Ок. 21

Ок. 25

Ок. 50

Дальность плавания при скорости 15 узлов, мили

Ок. 2500

2500

Интенсивность волнения, при которой нет ограничений скорости и курсового угла, баллы

5

Интенсивность волнения, при котором необходимо выбирать курсовые углы, баллы

6


Для определения размерений и характеристик кораблей с ограниченной осадкой и для уточнения данных о кораблях с неограниченной осадкой, необходимо определить 1-2 варианта, наиболее эффективных для ВМФ.

Выводы, рекомендации


Изложенное показывает, что многообразие изученных многокорпусных объектов позволяет существенно улучшить тактико-технические качества мало – и среднетоннажных НК. Однако для выбора вариантов, в наибольшей степени учитывающих потребности ВМФ, необходимо постоянное плотное сотрудничество заказчика и проектантов.

Рекомендуется первоочередное рассмотрение многокорпусных вариантов малотоннажных НК, а также рассмотрение тактической целесообразности размещения на них авиационного вооружения.

Виктор Дубровский, д.т.н.