Общекорабельные системы и устройства
И.Г. Захаров, доктор технических наук, профессор, контр-адмирал; Я.Д. Арефьев, доктор технических наук, профессор, контр-адмирал; Н.А. Воронович, кандидат технических наук, капитан 1 ранга; О.Ю. Лейкин, кандидат технических наук, капитан 1 ранга
Наряду с энергетикой, электроэнергетикой и автоматизированными системами управления, контроля и защиты в послевоенный период интенсивно развивался и комплекс общекорабельных систем и устройств (ОКС и У) кораблей ВМФ. Разработка и внедрение ОКС и У тесно связаны с созданием энергетических средств кораблей ВМФ. Дальнейшее развитие энергетических установок и электроэнергетических систем позволило оснастить корабли новыми электрогидравлическими рулевыми машинами, якорными шпилями, спускно-подъемными и грузовыми устройствами.
Создание атомного океанского Военно-Морского Флота, необходимость несения его кораблями боевой службы в удаленных районах Мирового океана, выполнение международных обязательств на море потребовали разработки нового поколения корабельных устройств и систем. В этих условиях остро встала проблема всестороннего обеспечения кораблей в море на ходу в любых погодных условиях. Для ее решения в 1969г. были начаты работы по созданию судов снабжения, а также устройств типа “Струна” и “Передача” для приема-передачи грузов на корабли ВМФ.
Первым ЦНИИ МО было выдано техническое задание НПО “Пролетарский завод” на разработку устройств, обеспечивающих передачу сухих грузов массой до 4000кг и жидких грузов производительностью до 1000-1200т/ч на волнении моря до 5 баллов включительно, а также передачу людей и снаряжения на аварийные подводные лодки. Эти устройства по своим параметрам превосходили в 1,2-1,5раза существующие во флотах высокоразвитых государств мира. В свою очередь, разработка устройств потребовала создания принципиально новых мощных гидромоторов, электрогидравлических следящих систем и специальных лебедок со скоростью травления и выбирания канатных дорог до 400-500м/мин. Особенно остро встал вопрос о реализации безударного приема-передачи ракет, боезапаса и людей. Эта задача была решена выполнением комплекса теоретических исследований, проектных проработок и макетных испытаний по конструктивному исполнению и доводке стыковочных узлов и систем автоматического программного управления, обеспечивающих прием и опускание груза на палубу с ускорением, не превышающим 2g, и посадочной скоростью до 1,5м/мин.
На основе теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия судна снабжения и принимающего корабля, соединенных канатными дорогами, были разработаны принципы и методы безопасного совместного плавания с учетом генерального курса к волне, размещения устройств по длине корабля, необходимых скоростей движения и углов перекладки руля при передаче-приеме грузов, что облегчило не только проектирование, но и эксплуатацию кораблей. Безопасность работы судна снабжения с принимающим кораблем обеспечивалась также вновь созданной системой “Интервал”, удерживающей требуемое расстояние между кораблями (50-70м) при подаче грузов. Разработку устройств на “Пролетарском заводе” возглавляли А.Е.Маслов, Ю.Л.Довгалев и наблюдающий от ВМФ Г.А.Плугатырев. В работе принимал участие большой творческий коллектив ученых и конструкторов НИИ и конструкторских бюро судостроительной промышленности и ВМФ.
В 1974г. изготовленные устройства приема и передачи сухих и жидких грузов были установлены на МТ “Днестр” и ВПК “Адмирал Макаров”. Межведомственные испытания, проведенные в том же году в Атлантическом океане и Средиземном море, подтвердили их высокую работоспособность. Устройства были рекомендованы к дальнейшему производству.
В 1976г. за создание судов обеспечения, оснащенных устройствами для передачи грузов в море траверзным способом, группа специалистов промышленности и ВМФ была удостоена Государственной премии СССР, в их числе: А.Е.Маслов, Ю.Л.Довгалев, Ю.М.Украинский, Л.А.Равикович, Н.Н.Ларкин, Ю.И.Сапожников.
В настоящее время разработан типоряд передающих устройств третьего поколения для оснащения всех классов боевых надводных кораблей и подводных лодок.
Другой крупной проблемой в области создания корабельных устройств явилась разработка палубных механизмов, обеспечивающих взлет и посадку самолетов. Современные корабельные реактивные самолеты с горизонтальным взлетом и посадкой имеют достаточно большие взлетные скорости - до 300км/ч и скорости посадки - 260км/ч и широкий диапазон взлетно-посадочных масс - от 10 до 40т. Предельные размеры полетной палубы и допустимые нагрузки, действующие на летчика и самолет, накладывают строгие ограничения на длину разбега при взлете и длину пробега при посадке самолета -до 100-110м. Поэтому полетные палубы современных авианосцев оборудуются специальными взлетно-посадочными устройствами: катапультами, трамплинами, аэрофинишерами и аварийными барьерами.
Во второй половине 70-х годов было принято решение о начале строительства тяжелого авианесущего крейсера, предназначенного для базирования корабельных самолетов с горизонтальным взлетом и посадкой. Несмотря на то, что к моменту начала проектирования отечественный опыт разработки корабельных катапульт, аэрофинишеров и аварийных барьеров практически отсутствовал, научно-исследовательские институты и проектно-конструкторские бюро Военно-Морского Флота, Военно-воздушных сил, судостроительной и авиационной промышленности к этому времени выполнили целый комплекс научных исследований и проектных проработок, подтвердивших возможность создания этих средств, а 1-й ЦНИИМО разработал и выдвинул требования к их проектированию и совместно с Невским проектно-конструкторским бюро выдал тактико-техническое задание на разработку опытных и головных образцов.
Создание катапульт, аэрофинишеров и аварийных барьеров для первого отечественного тяжелого авианесущего крейсера было поручено объединению “Пролетарский завод”. Научному коллективу, возглавляемому главным конструктором А.А.Булгановым, пришлось решать целый комплекс научно-технических и организационных задач для разработки самых энергоемких в мировом кораблестроении катапульт и аэрофинишеров, имеющих высокие показатели надежности, обеспечивающие требуемую безопасность взлета и посадки летательных аппаратов.
В отечественном судовом машиностроении параметры механизмов взлетно-посадочного комплекса не имели аналогов по давлению в гидросистемах, скоростям и быстротечности процессов. К научным исследованиям была привлечена академическая, вузовская и отраслевая наука, в результате чего созданы теоретические основы расчета процессов, протекающих в катапульте, аэрофинишере, аварийном барьере, и выполнен значительный объем экспериментов на математических и физических моделях, а также испытаний на заводских стендах и полигонах. Это позволило разработать для корабельных устройств клапан пуска, системы уплотнения щелевых цилиндров, их наружного обогрева, смазки катапульты, торможения челночно-поршневой группы, ее возврата, автоматики, а также измерительный комплекс, технологический процесс изготовления и сборки щелевых цилиндров катапульт, клапан управления аэрофинишером и аварийным барьером, демпфирующие устройства, приемный и тормозной торс, специальные гидравлические уплотнения, самосмазывающиеся материалы, систему документирования параметров аэрофинишера и т.д. В 1983г. изготавливается первый опытный образец аэрофинишера и на береговом полигоне начинается его отработка на совместимость с самолетами путем пробега по полосе, а затем и посадками с воздуха. Первая посадка с воздуха на корабельный аэрофинишер, установленный на береговом комплексе, была осуществлена 1 сентября 1984г. летчиками-испытателями В.Пугачевым и Н.Садовниковым, пилотировавшими самолеты Су-27.
В 1986г. начались испытания аэрофинишеров и аварийного барьера тележками-имитаторами самолетов на предельно допустимых режимах по массе, скорости, боковым отклонениям. Для разгона тележек нагружателей аэрофинишеров и аварийного барьера использовалась корабельная паровая катапульта, опытный образец которой был изготовлен и установлен на наземном полигоне. 7августа 1986г. были проведены первые холостые пуски, а 29августа - первый пуск тележки нагружателя. За время испытаний отработаны все системы катапульт, проведена ее тарировка тележками-нагружателями, были достигнуты требуемые характеристики по цикличности, времени разогрева, предельным перегрузкам и др., отвечающие выданному техническому заданию. Аэрофинишер, аварийный барьер и катапульта были предъявлены на межведомственные испытания.
Наземный испытательный, учебно-тренировочный комплекс корабельной авиации является уникальным стендом, обеспечивающим не только отработку летательных аппаратов и авиационно-технических средств, но и обучение, и тренировку летчиков и обслуживающего полеты персонала в условиях, близких к корабельным. Разработку взлетно-посадочных блоков комплекса осуществляло “Невское ПКБ”, строительство - Черноморский судостроительный завод, насыщение взлетно-посадочными устройствами - “Пролетарский завод”. Создание взлетно-посадочных блоков осуществляли О.К.Сурков, Ю.Д.Сергеев, А.И.Середин, П.С.Герасимов, А.А.Булгаков, И.А.Пашкевич, Б.А.Власов, А.С.Ривкин, Н.Н.Ларкин, Б.П.Костенко, главный наблюдающий ВМФ В.Е.Шеховцов. В 1988г. взлетно-посадочные блоки были приняты государственной комиссией и переданы в эксплуатацию личному составу.
Межведомственные испытания аэрофинишера и устройства, работающего в режиме аэрофинишера и аварийного барьера, завершены в 1987-1988гг. Тормозные машины были установлены на корабль, где в 1991г. успешно прошли государственные испытания. Первая посадка на корабельные аэрофинишеры и взлет с трамплина ТАВКР “Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов” были выполнены летчиками испытателями В.Пугачевым и Т.Аубакировым на самолетах Су-27К и МиГ-29К 1ноября 1989г. Последний этап межведомственных испытаний по тарировочным испытаниям катапульты самолетами не был завершен в связи с прекращением финансирования работ по созданию катапультных самолетов.
Значительной проблемой в области корабельных устройств стало создание успокоительной качки. Первоначальная местная стабилизация антенных радиолокационных постов, артиллерийских и ракетных установок кораблей имела ряд существенных недостатков и не отвечала требованиям по условиям использования оружия. В это время параллельно во многих странах была разработана концепция общей стабилизации положения корабля на качке за счет успокоителей бортовой качки и доведения до требуемых норм стабилизации постов и установок оружия за счет местных систем стабилизации.
Внедрение успокоителей качки (УК) позволило повысить тактико-технические характеристики кораблей и улучшить условия их обитаемости. Необходимо отметить, что корабли отечественного Военно-Морского Флота были первыми в мире оснащены подобными устройствами. Создание эффективных и мощных успокоителей качки для различных классов кораблей потребовало совместной работы предприятий судостроительной отрасли и организаций ВМФ: ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова - в части разработки теории умерения качки корабля; ЦНИИ “Судового машиностроения” - в части силовых следящих приводов; ЦНИИ “Аврора” - в части систем управления; Северного проектно-конструкторского бюро - в части успокоителей качки, в целом, рулей и металлоконструкций; 1-го ЦНИИМО - в части формирования требований к проектированию успокоителей качки.
За относительно короткое время были созданы и освоены: УК-56 - для эскадренных миноносцев, УК-134 - для ракетных и больших противолодочных кораблей, УК-134-6 - для крейсеров типа “Маршал Устинов”, УК-89-3 - для тяжелых крейсеров типа “Минск” и УК-135 - для противолодочных кораблей.
Дальнейшее развитие успокоители качки получили с разработкой их нового типа - с неубирающимися управляемыми рулями. В отличие от выдвижных они обладают меньшими габаритами и массой, повышенными скоростями перекладки, оснащены более современной системой управления, требуют меньших объемов и площадей для размещения на кораблях, а также более удобны в эксплуатации и ремонте. К таким, например, относятся успокоитель качки УК-6 с площадью рулей 6м2 и насосным агрегатом НА-360. Ведутся работы по созданию подобных успокоителей качки с площадью пера руля - 4,5м2, предназначенного для кораблей малого и среднего водоизмещения.
Значительный вклад в развитие теории успокоителей качки внесли ученые: В.А.Мореншильдт (ЦНИИ им.академикаА.Н.Крылова), В.Г.Поляков, В.О.Воробьев (ЦНИИСМ), А.Н.Холодилин (Кораблестроительный университет), Г.В.Черкизов (Северное ПКБ), Н.А.Шмырев (1-й ЦНИИМО).
Возникшая в конце 50-х годов потребность резкого повышения мощности корабельных установок кондиционирования воздуха и последовательное ужесточение требований к их виброакустическим характеристикам были одной из серьезных научно-технических проблем, которые решал ВМФ.
На кораблях проектов 26- и 68-бис применялись пароводяные вакуумные и пароэжекторные машины 101Э, 2ЭМ и 3Э. На их базе по заказу ВМФ заводом “Компрессор” (г.Москва) сконструирован типоряд холодильных машин Э-250, Э-320 и Э-500 малогабаритного исполнения для первого поколения АПЛ и машин 9Э, 10Э для надводных кораблей 576 и 58 проектов.
Повышение требований к скрытности ПЛ и НК потребовало проведения дальнейших работ по снижению шумности работы холодильного оборудования. Было также продолжено совершенствование холодильных машин в части, касающейся уменьшения массогабаритных показателей, повышения экономичности и надежности. В результате для АПЛ второго поколения были созданы пароэжекторные холодильные машины типа Э-ЗООА/1, Э-500А/1, ЭХМ-1, ЭХМ-З, ЭХМ-5. Для надводных кораблей постройки 70-80-х годов на основе выполненных научно-технических разработок созданы холодильные машины типов 10ЭМ, 10ЭМАР и их тропическое исполнение - 20Э. В работах принимали участие ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения (СПМБМ) “Малахит”, ЦКБМТ“Рубин”, Северное ПКБ, ВНИИхолодмаш при научно-техническом сопровождении 1-го ЦНИИМО.
Попытки снижения виброакустических характеристик в источнике привели к созданию по требованию ВМФ для АПЛ второго-четвертого поколений ряда винтовых парокомпрессорных холодильных машин типа МХМВ-63П, 21МХМВ-63, МХМВ-250, 1МХМВ-250 и ЗМХМВ-290. Данные установки разработаны коллективом конструкторов ВНИИхолодмаша под руководством И.К.Савицкого, В.В.Катерухина и созданы на Читинском машиностроительном заводе.
Исследования ЦНИИ им.академикаА.Н.Крылова, ВНИИхолодмаша и 1-го ЦНИИМО показали, что по виброакустическим характеристикам наиболее перспективны абсорбционные холодильные машины. В этом плане интересен опыт разработки в 60-х годах абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины для ленинградского Большого концертного зала “Октябрьский”. Теоретические основы этой работы были использованы при создании абсорбционно-бромистой холодильной машины (АБХМ) БМ-600 на заводе “Компрессор” коллективом под руководством главного конструктора Ю.А.Шапошникова, ответственного исполнителя Е.И.Елимовой и наблюдающих от ВМФ И.И.Космынина и Е.П.Лакунина. Машина была установлена на кораблях проектов 1134Б и 1164. В настоящее время с учетом опыта ее 25-летней эксплуатации ВНИИхолодмаш, на основе научных разработок ЦНИИ “Прометей” в области использования титановых сплавов в агрессивной среде водного раствора бромистого лития, для перспективных кораблей ВМФ создаются абсорбционные холодильные машины типа АХМ-0,5 (холодопроизводительность 0,5МВт).
Строительство серии крупных авианесущих кораблей проекта 1143 потребовало холодильных машин с агрегатной мощностью 1-2МВт. С этой целью использован научно-технический задел в области центробежных компрессоров. Под руководством главного конструктора И.М.Калнина во ВНИИхолодмаш был спроектирован и на Казанском компрессорном заводе освоен выпуск турбокомпрессорных холодильных машин типа МТХМ-1000 и МТХМ-2000.
Ужесточение требований по виброакустическим характеристикам (ВАХ) показало невозможность дальнейшего использования поршневых компрессоров в холодильных установках продовольственных камер. Поэтому возникла необходимость использования альтернативных способов получения холода. По предложению СПМБМ “Малахит” и 1-го ЦНИИ МО, использованы научно-технические достижения в области применения эффекта Пельтье в холодильных установках малой агрегатной мощности. В 1994г. на научно-производительном предприятии “Истприбор” коллективом под руководством Б.Г.Накчебия проведены межведомственные испытания термоэлектрической холодильной установки (ТЭХУ) провизионных камер “Холод”, которые планируются к установке на перспективные корабли. В силу специфических условий Военно-Морской Флот в 80-е годы, помимо использования апробированных разработок в холодильной технике, инициировал конструкторские и научно-исследовательские работы в этой области.
В 1974г. в ВМФ были приняты первые правила по предупреждению загрязнения моря (“ППМЗ-74”), которые регламентировали выполнение международной конвенции по предупреждению загрязнения моря нефтью (1954г. Ойлпол, с поправками 1971г.). На основании введенных правил в ВМФ были проведены НИОКР по оснащению кораблей и судов ВМФ оборудованием по предупреждению загрязнения моря нефтью. В результате корабли стали оснащаться нефтеводяными сепарационными установками, цистернами для сбора трюмных вод, автономными осушительными системами с насосами.
С принятием Конвенции 1973г. и с поправками 1978г. по предотвращению загрязнения с судов предусматриваются меры предотвращения загрязнения моря не только нефтью, но и вредными веществами, сточными водами и мусором. Это привело к разработке новых нормативных документов, концепции комплексных мероприятий по полной переработке нефтесодержащих и сточных вод, мусора корабля, а также к созданию соответствующих устройств.
В настоящее время по заданию 1-го ЦНИИМО Центральное конструкторское бюро морской техники (ЦКБ МТ) “Рубин” разрабатывает устройство по очистке сточных, нефтесодержащих вод и комплектующего оборудования, удовлетворяющего требованиям ВМФ. В работе по созданию систем и устройств принимали активное участие специалисты и ученые различных организаций: Б.В.Подсевалов, Ю.М.Брусельницкий (ЦНИИ“ЛОТ”), О.П.Терешкевич, А.К.Брусов (ЦКБМТ “Рубин”), В.Г.Федоров, Г.П.Надточий (1-й ЦНИИМО).
В связи с внедрением атомных энергетических установок, повышением рабочих глубин погружения и водоизмещения подводных лодок в отечественном и зарубежном подводном кораблестроении возникла проблема повышения эффективности систем аварийного продуктирования (АП) и их энергообеспечения. Специалистами ведущих стран мира был развернут комплекс фундаментальных и поисковых работ, направленных на решение этой проблемы. Во Франции, Великобритании, США и Германии исследовались различные виды топлива и конструкций систем. Подобная работа была начата и в отечественном подводном кораблестроении. В 1958-1960гг. специалистами 1-го ЦНИИМО выполнена НИР по использованию в системах АП газогенераторов твердого топлива.
Особую актуальность эта проблема приобрела после гибели в 1963г. во время глубоководного погружения американской АПЛ “Трешер”. Эта катастрофа послужила поводом к разработке во многих странах специальных программ НИОКР в области повышения безопасности плавания атомных подводных лодок, включавших работы по повышению эффективности систем АП строящихся и проектируемых АПЛ. В качестве первого этапа в решении проблемы в ВМС США на всех строящихся АПЛ корабельный запас воздуха высокого давления (ВВД) был увеличен вдвое.