Два варианта корвета с вертолетом и беспилотными аппаратами

Постановка задачи

Надо отметить, что корветы являются многоцелевыми кораблями с весьма разнообразными задачами. Поэтому системы их вооружения должны быть либо универсальными, либо легко заменяемыми.

Одной из наиболее универсальных систем НК является авиационное вооружение в той или иной комплектации. Сегодня – и особенно в перспективе – возможности авиационного вооружения заметно расширяются в связи с совершенствованием и все более широким применением беспилотных ЛА. Учитывая возможности авиационных систем, а также перспективы их совершенствования, можно считать, что корвет будущего должен нести вертолет и несколько беспилотников. Для возможно более полной реализации возможностей вертолета это должна быть либо ударная, либо противолодочная машина, что определяет ее существенный вес и диаметр несущего винта.

Однако авиационное вооружение предъявляет повышенные требования к различным качествам и характеристикам кораблей, что должно быть учтено при оценке возможностей корветов различных архитектурно-конструктивных типов.

Следует отметить, что создание легко заменяемых (контейнеризованных) систем вооружения также стоит на повестке дня, но это является проблемой весьма специфической и заслуживает отдельного рассмотрения. Однако уже сегодня надо иметь в виду, что и контейнеризованные системы будут предъявлять собственные специфические требования к характеристикам НК всех типов.

Отметим, что для полноценного использования вертолета в течение 7-8 часов в сутки необходимо наличие ангара, в котором вертолет будет проходить техническое обслуживание и текущий ремонт. Очевидно, что и для обслуживания беспилотных ЛА необходимо иметь на борту специальное помещение и соответствующие системы и устройства для их обслуживания.

Для максимального увеличения времени возможного применения авиационного вооружения необходимо обеспечить наибольшую возможную мореходность. В основном именно мореходность сегодня существенно ограничивает применимость достаточно тяжелых вертолетов на малотоннажных НК.

Таким образом, применение авиационного вооружения максимально возможной комплектации требует следующих дополнительных качеств перспективного корвета по сравнению с существующими:

– увеличенной площади верхней палубы (для приема и обслуживания всех ЛА) и нижних палуб (для размещения дополнительного личного состава и вспомогательных систем);
– повышенной поперечной остойчивости для обеспечения безопасности плавания при приеме тяжелого вертолета и его несении на верхней палубе;
– повышения прочности ВП для безаварийного приема вертолета;
– увеличения полезной нагрузки для приема всех ЛА, их запасов и оборудования;
– максимального повышения мореходности (то есть снижения амплитуд качки, ее скоростей и ускорений) для обеспечения наибольшей безопасности работы ЛА и их обслуживания, а также для обеспечения максимального возможного по погодным условиям времени работы ЛА – как наиболее зависящей от погодных условий системы – на заданных акваториях.

Все эти дополнительные условия наиболее просто могут быть выполнены при использовании многокорпусных корветов, поскольку все типы многокорпусных объектов отличаются именно повышенной площадью палуб, повышенной или высокой (в зависимости от типа) мореходностью, увеличенными внутренними объемами и площадями внутренних палуб, а также практически не имеют ограничений в отношении поперечной остойчивости.

Каждый тип многокорпусных объектов имеет собственную специфику, которая может быть эффективно использована для различного назначения и водоизмещения.

Как теоретически, так и практически неоднократно показано, что для достаточно крупных объектов с водоизмещающим и переходным скоростными режимами наибольшей мореходностью отличаются объекты с малой площадью ватерлинии. Благодаря особенностям своей архитектуры корабль с МПВ обеспечивает мореходность такую же, как традиционный однокорпусный корабль в 5-15 раз большего водоизмещения (в зависимости от достигнутой степени относительной малости ватерлинии КМПВ).

Однако и типы многокорпусных КМПВ достаточно многообразны, так что дальнейший выбор типа зависит от исходных требований и принимаемых промежуточных технических решений. Пример такого "дерева решений" показан ниже для двух вариантов корветов с малой площадью ватерлинии.

Выбор летательных аппаратов и их влияние на характеристики корабля

Выбор ударного или противолодочного вертолета означает массу около 15-16 т, расположенную на ВП. Эти требования могут быть выполнены достаточно просто при использовании многокорпусного корвета практически любого типа.

Достаточно большой диаметр несущих винтов ударных вертолетов, около 15-16 м, означает и большую – для малотоннажного судна – ширину: не менее 17 – 18 м. И это требование достаточно просто выполняется при использовании многокорпусного корабля.

Требование увеличения площади внутренних помещений и постов также наиболее просто выполняется на многокорпусном корабле.

Очевидно, что эффективное применение невозможно без ангара для обслуживания и ремонта вертолета. Как правило, ангары для вертолетов на судах и кораблях размещаются на одном уровне с ВПП, что упрощает перемещение вертолета в ангар и из него. Поскольку длина свободной ВПП должна быть не менее суммы длины вертолета и половины диаметра винта, а длина ангара – не менее длины вертолета со сложенными лопастями несущего винта, это означает для тяжелого вертолета длину комплекса "ВПП - ангар" не менее 45 м, что сильно влияет на длину судна, а длина является самым "дорогим" габаритным размером, то есть в наибольшей мере влияет на стоимость постройки корабля. Напротив, при размещении ангара внутри соединяющей корпуса платформы, под ВП, длина ВПП составит не более 30 м, что сократит и длину, и стоимость постройки корабля.

Таким образом, два возможных варианта размещения ангара – на ВПП и под ней – определяют два варианта размерений рассматриваемого корвета.

Следует отметить, что наличие на борту вертолета, тем более – с дополнительной системой наблюдения, оповещения и связи с помощью БПЛА, позволяет снизить требования к скорости полного хода, так как самому кораблю не нужно будет догонять суда-нарушители для досмотра или остановки. Поэтому представляется, что скорость полного хода рассматриваемого ПС может быть около 20-25 узлов.

При постройке единичного рассматриваемого объекта, очевидно, придется применить какие-либо серийные БПЛА. Но при проектировании и постройке серии судов представляется возможным создание специализированного БПЛА для использования на небольшом судне. Тип, количество и размеры БПЛА очевидно, являются оптимизируемыми характеристиками судна. Понятно, что первой общей задачей является выбор или создание системы фиксирующей и передающей аппаратуры для БПЛА. Уже существующая сегодня статистика, например, характеристик самолетных БПЛА позволяет приближенно оценить взлетный вес и размах крыла по весу полезной нагрузки. И габаритные размеры продиктуют необходимую площадь ангара и ВПП для БПЛА. Далее проблема может быть решена различными способами.

БПЛА самолетного типа отличаются большей дальностью полета при ограниченном запасе топлива и более простой конструкцией. Взлет небольших БПЛА может быть обеспечен относительно небольшими катапультами. Более крупные аппараты могут взлетать с разбегом, но это уже приводит к достаточно существенному увеличению размерений корабля, а потому представляется нецелесообразным. Посадка самолетных БПЛА может осуществляться в воду или на палубу. Первый вариант достаточно неудобен и связан с возможными погодными ограничениями, потому также представляется нецелесообразным. При посадке на палубу длина пробега может быть ограничена различными финишерами, например, сетью или тросами. Однако все же для корабля минимального водоизмещения необходимость совмещения полетной палубы БПЛА и вертолета является недостатком самолетной схемы БПЛА.

Вертолетная схема БПЛА также достаточно освоена и обладает важной особенностью вертикального взлета-посадки и зависания над требуемой точкой на маршруте. Однако недостатком вертолетной схемы, как и пилотируемых вертолетов, является большая энергонапряженность аппаратов и сниженная дальность полета.

В качестве альтернативного варианта БПЛА может быть рассмотрен так называемый "конвертоплан" – самолет с двумя винтами на крыле, при этом двигатели – или крыло в целом – могут поворачиваться относительно горизонтальной оси, перпендикулярной к фюзеляжу. В пилотируемом варианте такая схема реализована.

Понятно, что полетная палуба БПЛА с вертикальной посадкой может совмещаться с такой же палубой вертолета, или быть расположена ярусом выше, что представляется более удобным. Эти аппараты могут храниться и обслуживаться как в ангаре вертолета, так и в отдельных помещениях.

Таким образом, для корабля минимального водоизмещения предпочтительны БПЛА с вертикальной посадкой.

Общие требования и варианты корабля

Одним из основных требований, определяющим размерения рассматриваемого корабля, будет площадь палуб, необходимая для размещения постов, жилых, вспомогательных и служебных помещений. Существенным преимуществом предложенного типа (многокорпусного) является возможность размещения всех помещений с постоянным пребыванием людей в надводной части, что особенно важно при длительном пребывании в море.

Требование минимальной стоимости постройки и эксплуатации рассматриваемого корвета заставляют предпочесть сталь в качестве корпусного материала. Отмеченная выше возможность снижения требуемой скорости полного хода позволяет принять дизели в качестве главных двигателей.

Те же невысокие требования к скорости полного хода позволяют проектировать обводы гондол и стоек предлагаемых КМПВ из комбинации достаточно простых поверхностей: плоских, цилиндрических, конических. А надводная часть, как у большинства многокорпусных судов, обычно легко "собирается" из плоских конструкций. Суммарно это позволяет считать, что корпусные конструкции рассматриваемого корвета будут иметь минимальную трудоемкость постройки.

В зависимости от требования заказчика к условиям эксплуатации и стоимости корабля могут быть применены как пассивные, так и активные устройства для дальнейшего умерения качки. Как все объекты с малой площадью ватерлинии, корвет также может быть спроектирован для обеспечения минимальной осадки в порту и на мелкой воде (расчетная осадка при полном водоизмещении по верху гондол), а для повышения мореходности на волнении осадка увеличивается путем приема относительно небольшого балласта. Тот же балласт может использоваться в активных успокоителях для дальнейшего снижения качки на малых ходах.

Принятые исходные данные

В связи с особенностями различных типов КМПВ, корабль с ангаром под ВПП рассмотрен в варианте дуплуса (двухкорпусного КМПВ с одной длинной стойкой на каждой гондоле). Корабль с ангаром на ВПП рассмотрен в варианте аутригерного с главным корпусом с малой площадью ватерлинии.

При разработке концепт-проектов для примера были приняты следующие исходные данные и ограничения главных размерений:

– площадь внутренних помещений в соединяющей корпуса платформе – около 2 000 кв м; – взлетный вес вертолета 15 т и диаметр несущего винта 16,4 м;
– расстояние между днищем платформы и внутренней палубой 3-3,5 м, между внутренней и верхней – 3 м;
– внутренняя палуба платформы является палубой переборок;
– ходовая рубка и надстройка на ВП должны иметь минимальные размеры;
– у двухкорпусного корвета ангар вертолета размещен в платформе, его подъемник имеет механический привод с аварийным ручным дублированием; ангар имеет сдвижное закрытие; у аутригерного корвета ангар размещен на ВП в нос от ВПП; БПЛА размещаются в отдельном (-ых) ангаре (-ах);
– материал корпусных конструкций – судостроительная сталь;
– главные двигатели судна – высокооборотные дизели; при необходимости обеспечения более высокой скорости в качестве главных двигателей могут использоваться газовые турбины – при той же ширине стоек и поперечных размерах гондол;
– как и МО, судовая электростанция размещается в гондолах, ширина которых обеспечивает монтаж и демонтаж агрегатов без докования судна;
– осадка при полном водоизмещении – не более 3,5 м;
– габаритная ширина по ВП – не менее 18,5 м;
– начальная поперечная остойчивость должна выбираться по условию обеспечения на стоянке лагом к ветру крена не более 10 градусов при скорости ветра 50 узлов для ограниченного района плавания или 100 узлов для неограниченного района – в зависимости от пожеланий заказчика.

Размерения судна и варианты его характеристик

При перечисленных условиях получены следующие главные размерения и основные характеристики вариантов корвета, показанные в таблице 1.


Схема общего расположения двухкорпусного корвета с положением переборок показана на рисунке 1.


На рисунке 2 показана схема общего расположения и положения переборок корвета с аутригерами.


Показанные горизонтальные рули – носовые под гондолами, кормовые на гондолах – могут быть как пассивными, так и активными. В первом случае их установочные углы атаки выбираются по оптимуму буксировочного сопротивления. При использовании управляемых рулей их размеры выбираются при проектировании системы умерения качки. Понятно, что эффективность активных рулей будет выше при увеличенной скорости хода.

При активных рулях интенсивность волнения, при которой сможет работать вертолет, ожидается порядка 5 баллов без ограничения курсовых углов и скорости, и до 6 баллов – в ограниченном диапазоне курсовых углов относительно волнения. Эти оценки косвенно подтверждаются практическим опытом работы японского быстроходного парома – СМПВ водоизмещение около 350 т: имея активные рули-успокоители, этот паром не снижает скорость при волнении 5 баллов, при этом от морской болезни страдают не более 1% пассажиров.

Показанные размерения и характеристики, очевидно, будут уточняться в ходе выполнения требований заказчиков. Однако уже показанное сравнение позволяет отметить, что рассмотренные варианты незначительно отличаются друг от друга по водоизмещению и достижимой площади ватерлинии, однако аутригерный корвет будет иметь несколько большую качку из-за большей площади ватерлинии.

Выводы, рекомендации

1. Представляется, что показанные характеристики относительно дешевых корветов с ударным вертолетом и беспилотными аппаратами могут быть обеспечены только применением кораблей с малой площадью ватерлинии.

2. В настоящее время судна такого назначения с такими характеристиками нет на мировом рынке, хотя периодически появляются сообщения о заинтересованности различных стран в таких судах.

3. Поэтому дальнейшее проектирование вариантов корвета с малой площадью ватерлинии одним из отечественных КБ и освоение постройки таких кораблей одной из верфей могло бы открыть не только перспективу пополнения отечественного ВМФ кораблями с принципиально новыми возможностями, но и выхода на мировой рынок с уникальным продуктом отечественного судостроения.

Литература

1. Dubrovsky, V., Lyakhovitsky, A., 2001, Multi-Hull Ships, Backbone Publishing Co., ISBN 0-9644311-2-2, USA, 495 p.

2. Dubrovsky, V., Matveev, K., Sutulo, S., 2007, Small Water-Plane Area Ships, Backbone Publishing Co., ISBN-13978-09742019-3-1, USA, 256 p.

Материалы по теме

О многокорпусных – более детально

Многокорпусные корабли и катера

Высокая скорость бесполезна без высокой мореходности

Корвет будущего – каким ему быть?