Война умов под водой

Каков процент передовых технологий в современных кораблях? Чем закончилась "битва за децибелы" между ВМС США и ВМФ СССР? И какие еще бои кипели в кабинетах конструкторов и на испытательных стендах? К Дню моряка-подводника FlotProm публикует материал об истории Крыловского научного центра.

Развитие кораблестроения неразрывно связано с решением многочисленных научных проблем, поскольку новые прогрессивные качества кораблю могут дать только достижения фундаментальной и прикладной науки, составляющие суть наукоемких технологий.

Корабль создается, как правило, не менее 5–7 лет, и эксплуатируется еще 25–30 лет. Поэтому при его проектировании закладываются параметры с определенным опережением времени и предусматривается возможность дальнейшей модернизации, что позволяет более длительное время поддерживать эффективность корабля на приемлемом уровне.

Если строящиеся в 1985 году корабли на 70% создавалась на основе традиционных, освоенных технологий и на 30% – из новых, то для строящихся в 2014 году кораблей традиционные технологии составляют только 25%, современные технологии – 60%, а перспективные, опережающие свое время – 15%. Основным генератором новых идей и технологий в области кораблестроения был, есть и остается ведущий научный центр отрасли – ФГУП "Крыловский государственный научный центр".

Мы по праву гордимся достижениями отечественного кораблестроения. К примеру, в нашей стране построено немало подводных лодок – рекордсменов (по скорости, глубине погружения, конструкции). Эти корабли - настоящие шедевры кораблестроительного искусства, но в основе их создания лежат, прежде всего, результаты исследований ученых различных специальностей: гидромехаников и специалистов в области прочности, физиков и математиков, специалистов в области ядерной энергетики и металлургов, физиков и математиков, радиоэлектроников и технологов и многих, многих других.

В числе первых

Осознание необходимости создания специального научно-исследовательского института военного кораблестроения пришло в конце XIX века, когда по настоянию великого русского учёного Д.И. Менделеева, в 1894 году был основан опытовый бассейн морского министерства России, ныне – ФГУП "Крыловский государственный научный центр" (ранее ФГУП "ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова") - ведущее научно-исследовательское учреждение в области кораблестроения в России и одно из крупнейших в мире. В начале XX века (с 1900 по 1908 годы) его работу возглавлял будущий академик Алексей Николаевич Крылов.

Опытовый бассейн стал первым и долгие годы оставался единственным в России научно-исследовательским учреждением по кораблестроению. В стенах института проектировалась первая русская боевая подводная лодка "Дельфин", начинались работы по созданию первой отечественной атомной подводной лодки и многих других "знаковых" для отечественного кораблестроения проектов.

Работы в области подводного кораблестроения всегда были одними из основных для института. Уже в 1903 году, в связи с началом проектирования первых отечественных подводных лодок, в Опытовом бассейне начали проводить экспериментальные исследования ходкости подводных лодок, вначале в надводном положении, а с 1908 года, после создания специального устройства буксировки модели подводной лодки, и в подводном положении. Выполненные применительно к подводным лодкам "Минога" и "Акула", эти исследования были, возможно, первыми в мире. В 1910 году при бассейне организовали механическую и химическую лаборатории для исследований в области приложения теории упругости к задачам кораблестроения, анализа механических и химических свойств судостроительных материалов, а также масел и горючего для энергетических установок.

С началом первой мировой войны был существенно увеличен объем работ "по обследованию условий подводного плавания и работы минных заграждений". Именно в этот период были заложены основные направления работ института в области гидродинамики, мореходности, прочности и энергетических установок подводных лодок, а также работ, связанных с созданием и боевым применением морского подводного оружия.

Проверка боями

В тяжелые 1918–1924 годы Опытовый бассейн сумел сохранить костяк основных специалистов. Кадры и экспериментальная база бассейна явились основой для обеспечения проектирования и для воспитания столь необходимых стране квалифицированных конструкторов. Забегая вперед, здесь целесообразно отметить, что в Институте в разное время трудились известные отечественные конструкторы подводных лодок: И.Г.Бубнов, Б.М.Малинин, М.А.Рудницкий, П.И.Сердюк, С.А.Егоров, Я.Е.Ефграфов, В.Н. Перегудов.

Планы по развитию Опытового бассейна в Научный институт Морского министерства перечеркнули Революция и Гражданская война.

Однако, уже в середине 20-х годов, связи с принятием в 1926 году первой пятилетней программы военного кораблестроения в Опытовом бассейне начались масштабные работы в обеспечение проектирования первых советских подводных лодок типов "Декабрист", "Ленинец" и "Щука".

В 1932 году на базе Опытового бассейна был создан Научно-исследовательский институт военного кораблестроения (НИВК), преобразованный в 1938 году в НИИ-45, а в 1939 году – в ЦНИИ-45 Наркомата судостроительной промышленности.

В 1930-е годы наука о прочности получила дальнейшее развитие в работах ведущих ученых института Ю.А. Шиманского, П.Ф. Папковича, В.В. Новожилова. На основе всех выполненных работ в 1933 году были созданы первые отечественные нормативно-технические документы, обеспечивающие проектирование и строительство всех отечественных подводных лодок вплоть до 40-х годов прошлого века и явившиеся основой для разработки и внедрения в практику последующих нормативов.

В довоенные годы были заложены основы создания энергетических установок подводных лодок, работающих по замкнутому циклу. Результаты теоретических и экспериментальных работ явились основой для постройки опытной подводной лодки типа "Малютка" с дизельной установкой, работающей в подводном положении по специальному циклу. Были созданы экспериментальная одноцилиндровая установка и стенд с многоцилиндровым двигателем, работающим по замкнутому газокислородному циклу, но эти работы нашли свое продолжение уже после войны.

В этот же период в институте начало формироваться новое направление деятельности – исследовательское и перспективное проектирование кораблей, включавшее разработку тактико-технических заданий на проектирование кораблей, предэскизных и эскизных проектов кораблей, предлагаемых к постройке. Так, в 1934–1936 годах в Институте были разработаны эскизные проекты дизель-электрических подводных лодок типа "К" (XIV серия) и "М" (XII серии), проект первого отечественного глубоководного аппарата (батисферы). В конце 1930-х годов институтом была разработана и внедрена типовая методика оценки непотопляемости подводной лодки в надводном положении.

В годы Великой отечественной войны, когда основной персонал находился в эвакуации в Казани, а часть сотрудников оставалась в блокадном Ленинграде, институт продолжал работать для флота. Группы специалистов работали на кораблях Балтийского, Северного и Тихоокеанского флотов, решая проблемы скорейшей ликвидации боевых повреждений. Ученые института провели первые работы по снижению шумности подводных лодок.

В 1944 году за заслуги в развитии отечественного кораблестроения институт награждается орденом Трудового Красного Знамени. Одновременно ему присваивается имя выдающегося отечественного ученого-кораблестроителя академика А.Н. Крылова. В последующие годы институт еще неоднократно награждался за определяющий научный вклад в создание перспективных отечественных кораблей (ордена Ленина, Октябрьской революции, почетные грамоты и памятные знамена Правительства и т.д.).

Опыт прошедшей войны, изменение условий войны на море показали необходимость качественного улучшения элементов и характеристик подводных лодок. Нашей стране требовался новый подводный флот с характеристиками, лучшими, чем у немецких подводных лодок конца войны (XXI, XXIII, XXVI серий). Предстояло превратить подводные лодки из "ныряющих" в подлинно подводные корабли. В связи с этим были проведены обширные испытания по оптимизации обводов подводной лодки применительно к режиму подводного хода.

Превращение института в многопрофильный центр отечественного кораблестроения было подкреплено в 1948 году приказом Министерства судостроительной промышленности об обязательной экспертизе институтом проектов разрабатываемых кораблей и судов на всех стадиях проектирования. Институту также было поручено возобновить научно-исследовательские работы по определению облика перспективных кораблей. В этот период были выполнены предэскизные проработки подводных лодок с ракетным оружием, а также высокоскоростной подводной лодки с каплеобразным корпусом.

В ходе реализации специального постановления Правительства о расширении экспериментальной базы ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, с 1956 по 1967 годы в институте были построены и введены в эксплуатацию лаборатория магнитных исследований, средняя кавитационная труба, лаборатория электродинамической аналогии, уникальная машина большой мощности для проведения прочностных испытаний и другие объекты. Был построен уникальный циркуляционный бассейн, превосходящий по ряду параметров аналогичные сооружения за рубежом. На базе двух отделений судовой автоматики ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова был создан самостоятельный институт по той же специализации, получивший название ЦНИИ "Аврора" (ныне ОАО "НПО «Аврора").

В целом, выполненные Институтом в 1956 – 1966 годах исследования и разработки заложили прочную основу для дальнейшего совершенствования всех основных характеристик кораблей и вспомогательных судов ВМФ, в первую очередь подводных лодок.

Битва за децибелы

1967 год в России можно условно считать началом того этапа, в результате которого ВМФ СССР, отставая изначально в количественном и качественном отношении по основным классам кораблей, к началу 1980-х годов вышел на паритет с крупнейшим флотом мира – ВМС США, как в количественном, так по многим позициям и в качественном отношении. Начавшийся в 1967 году период, продлившийся около 20 лет, можно охарактеризовать как "Золотой век" отечественного кораблестроения.

В указанный период в Институте уже велись работы по обоснованию облика перспективных кораблей и их основных характеристик, а также научное сопровождение всех проектируемых и строящихся кораблей. Неоспорим вклад ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова в создание таких сложнейших проектов как первые отечественные подводные ракетоносцы проектов 667А, 667Б и их модификаций, самая скоростная в мире титановая подводная лодка с крылатыми ракетами проекта 661 и титановая подводная лодка-истребитель с высокой степенью автоматизации проектов 705/705К.

Все большую значимость приобретали исследования в области скрытности и защиты подводных лодок от средств обнаружения и поражения, реагирующих на физические поля. Началась "битва за децибелы". Эта битва стала основной в противоборстве кораблестроителей нашей страны и США. Проектирование отечественных подводных кораблей проходило в это время под девизом "скорость, глубина, огневая мощь", у американцев – "малошумность, эффективность средств обнаружения противника, точное оружие". Низкая шумность и более совершенные гидроакустические станции обеспечивали американским лодкам преимущество в дуэльных ситуациях.

В конце 1960-х и начале 1970-х годов в СССР проблема акустической скрытности подводных лодок была оценена государством как комплексная, требующая перестройки взглядов на проектирование, строительство, сдачу и эксплуатацию подводных лодок. В институте была проведена организационная перестройка. Были существенно усилены акустические и магнитные подразделения Института. В отделении перспективного проектирования был создан отдел комплексной защиты (по физическим полям и конструктивной). В других отделениях (гидромеханики, энергетики) работы в области скрытности и защиты также получили приоритетное значение. Наконец, по инициативе и при участии ученых ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова в Ленинградском Кораблестроительном институте была организована кафедра корабельной акустики, и учрежден факультет переподготовки специалистов бюро и заводов, выпустивший больше 100 квалифицированных акустиков. Каждые 5 лет головной институт – ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова формировал комплекс НИОКР "Защита" с участием институтов АН СССР и большого количества НИИ и предприятий промышленности в обеспечение все новых заданий ВМФ по снижению шума проектируемых и модернизируемых АПЛ. Фактическим периодом начала разработки научных основ корабельной акустики следует считать 1968–1972 годы, когда под руководством ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова были проведены первые расширенные акустические испытания головных и серийных АПЛ первых проектов II поколения (667А, 670, 671), для которых были разработаны и испытаны первые мероприятия, позволившие снизить уровни внешнего акустического поля и помех в несколько раз. Однако в полной мере реализовать достижения отечественной корабельной акустики оказалось возможным только на вновь проектируемых АПЛ III поколения – к середине 1980-х годов.

Усилия ученых были направлены и на увеличение скрытности подводных лодок по другим физическим полям. В частности, в 1960 году впервые на подводных лодках было смонтировано размагничивающее устройство, компенсирующее магнитное поле продольной, поперечной и вертикальной намагниченности, что позволило снизить его уровень в 10 раз. Затем были внедрены устройства, позволяющие не только снижать магнитное поле, но сохранять стабильные характеристики в процессе эксплуатации и при плавании в различных широтах. Был разработан и внедрен на всех подводных лодках II и III поколения комплекс средств защиты, основанный на сочетании узлов электрического разъединения гальванически активных конструкций, специальных изоляционных покрытий и систем компенсации электрического поля типа "Каскад". Это позволило одновременно обеспечить как защиту и скрытность подводных лодок по электрическому и низкочастотному электромагнитному полю, так и ее противокоррозионную защиту.

В 70-е годы, в обеспечение проектирования тяжелых атомных подводных крейсеров стратегического назначения пр. 941, в институте были выполнены теоретические исследования динамической прочности подводных лодок со сложной многокорпусной архитектурой. Были разработаны методы расчета параметров параметров сотрясений при взрыве корпусов ПЛ катамаранного типа, динамической прочности связей основного корпуса и вспомогательных модулей, основных корпусов между собой. Результаты натурных испытаний взрывостойкости крупномасштабной модели отсека ДАК-1 подтвердили правомерность разработанных в институте методов и надежность созданных на их основе конструкций.

Подводные компьютеры

С введением в строй в начале 1980-х годов первых кораблей третьего поколения начался следующий этап в развитии отечественного кораблестроения, характеризующийся их серийной постройкой. При этом, массовое применение на подводных лодках III поколения микропроцессорной техники и высокочувствительных электронных блоков привело к обострению проблемы обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС). Институт возглавил эту работу в отрасли и обосновал новую концепцию обеспечения ЭМС, разработал комплекс методов и средств обеспечения ЭМС в процессе проектирования, строительства подводных лодок и оснащения их электрооборудованием и радиоэлектронными комплексами.

В 80-х годах усилия Института были направлены, в основном, на совершенствование строящихся кораблей третьего поколения и поиск новых технических решений по их четвертому поколению. Начиналось проектирование кораблей четвертого поколения.

К середине 1990-х годов была выполнена важнейшая задача, поставленная Правительством перед судостроителями – сравняться по уровням подводного шума с лучшими зарубежными подводными лодками. Это было достигнуто совместными усилиями науки, проектантов и промышленности.

Большой объем работ был выполнен институтом при создании уникальной самой глубоководной боевой подводной лодки в мире проекта 685 "Комсомолец". Институтом были рекомендованы состав и структура атомной энергетической установки (АЭУ), экспериментально отработаны конструкции приемных и отливных устройств систем двухконтурного охлаждения паротурбинной установки; Для повышения живучести и эксплуатационной надежности АЭУ впервые в отечественной и мировой практике, на этой подводной лодке была применена предложенная институтом и отработанная на его стендах система расхолаживания паропроизводящей установки пассивного принципа действия. Внедрение новых материалов, помимо исследования их работоспособности, сопровождалось полным пересмотром и дополнением нормативной документации. Были уточнены нормы допускаемых напряжений и запасы прочности, введены ограничения по локальным деформациям, отработаны типовые конструктивные решения для основных узлов корпуса. Одновременно были расширены возможности оценки напряженно-деформированного состояния за счет внедрения новых численных методов расчета.

К разработкам энергетической установки (ЭУ) с электро-химическими генераторами (ЭХГ) применительно к ПЛ в нашей стране приступили в 70-х годах. Для обеспечения проектирования было принято решение разработать пилотный образец ЭУ с ЭХГ и оснастить им специально модернизируемую ПЛ пр. 613 (ОПЛ пр. 613 ЭХГ "Катран"). Проектантом корабля было назначено ЦКБ "Лазурит", разработчиком и поставщиком собственно электрохимического генератора - НПО "Квант". Научное руководство всей проблемой было возложено на ЦНИИ им. акад.А.Н.Крылова. В настоящее время работы в области различных ЭУ с ЭХГ двойного назначения выполняются в подразделении ФГУП "Крыловский государственный научный центр" - ЦНИИ СЭТ.

Одним из направлений работ Института стали исследования, связанные с авариями атомных подводных лодок. Авария АПЛ проекта 685 "Комсомолец" потребовала разработать основные положения подхода к оценке радиоэкологических последствий затопления ядерных объектов в океане, методики оценки таких последствий и прогнозирования развития радиоэкологической ситуации. В Институте была разработана общая методология и комплекс методических материалов, позволяющих проводить сквозной анализ многофакторных аварий с оценкой возможных конечных состояний с радиационно-опасными последствиями. На основе этих материалов были разработаны типовые структуры и содержания технических обоснований безопасности (ТОБ) корабельных ЯЭУ и впервые выполнена практическая разработка ТОБ ЯЭУ для ряда проектируемых и строящихся заказов.

В операции по подъему АПЛ проекта 949А "Курск" Институт провёл экспертизу проекта, выполнил натурные испытания грузонесущих связей, с помощью которых должна была подниматься подводная лодка, установил условия безопасного проведения операции на всех ее этапах, обеспечил радиационный мониторинг на всем протяжении операции от момента гибели лодки до доставки её в док. По признанию академика И.Д. Спасского, исследования и рекомендации института существенно упростили техническую реализацию подъема огромного корабля со стометровой глубины.

Из НИИ — в Центр

После некоторого перерыва, со второй половины 90-х годов, Институт начинает неуклонно увеличивать объемы работ в области военного кораблестроения. Несмотря на ликвидацию механизма научного сопровождения и экспертизы на всех стадиях проектирования кораблей и судов ВМФ, Институт продолжал тесное сотрудничество с проектно-конструкторскими бюро отрасли и военно-научными организациями Минобороны РФ. В 2012 году ФГУП "ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова" превращается в ФГУП "Крыловский государственный научный центр".

Обеспечивая создание подводных кораблей XXI века, учёные "Крыловского центра" выполнили уникальные разработки в области интегральной скрытности атомных подводных лодок, разработали проекты подводных лодок не имеющих аналогов в мире по гидродинамическим характеристикам и совокупности боевых средств.

В рамках научного сопровождения проектируемых, строящихся и модернизируемых кораблей ВМФ России и экспортных заказов, "Крыловский центр" выполнил и выполняет большой объем работ по строящимся и сдаваемым ВМФ подводным лодкам. В настоящее время ФГУП "Крыловский государственный научный центр" осуществляет научное сопровождение обширной программы модернизации подводных лодок третьего поколения. Необходимо отметить многоплановое шефство Центра над гвардейской АПЛ Северного флота "Гепард".

ФГУП "Крыловский государственный научный центр" непрерывно совершенствует свой исследовательский потенциал, как в интересах ВМФ, так и создания океанотехники двойного назначения. Например, в институте действует автоматизированный комплекс проверки прочности корпусов глубоководной техники, разработана методика аттестации корпусов уже построенных образцов подводной техники на предмет повышения глубины погружения. Центр тесно взаимодействует с организациями судостроения, других отраслей промышленности, отраслевыми институтами, Российской академии наук. Приоритетным направлением работ ФГУП "Крыловский государственный научный центр" было, есть и будет направление, связанное с нашим Военно-Морским Флотом, в первую очередь с подводными лодками.

В последние годы работы ФГУП "Крыловский государственный научный центр" ориентировано на создание научного задела в обеспечение Программы кораблестроения до 2050 года, определение оптимальных путей развития отрасли и отдельных ее составляющих. Приоритетным направлением при формировании научного задела является системная интеграция технологий, обеспечивающая создание перспективных кораблей отечественного ВМФ, на уровне или превышающих мировой уровень, при неуклонном снижении стоимости жизненного цикла кораблей надводного и подводного флота России.

Источник: http://topwar.ru