От подводных лодок до экранопланов

Ледовый бассейн Крыловского государственного научного центра позволяет проводить испытания моделей кораблей при любой толщине льда и любой его структуре. Фото предоставлено пресс-службой КГНЦ

15 ноября 2019 года ФГУП «Крыловский государственный научный центр» (Санкт‑Петербург) исполняется 125 лет. Об основных этапах развития лидера судостроительной науки России в интервью журналисту Ивану САПРЫКИНУ рассказывает научный руководитель Крыловского государственного научного центра, заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Валерий ПОЛОВИНКИН.

– Валерий Николаевич, не могли бы вы обозначить отправную точку создания Крыловского научного центра?

– Официально наш научный центр отсчитывает свое основание с 1894 года, когда в высочайшем присутствии императора Александра III состоялось освящение построенного Опытового судостроительного бассейна Морского ведомства. Бассейн создавался по инициативе Морского технического комитета, поддержанной Дмитрием Менделеевым. Необходимость этого диктовалась потребностью проведения модельных экспериментов, поскольку теоретические или эмпирические методы проектирования и постройки кораблей и судов становились недостаточными и малоэффективными. Уже к 1932 году Опытовый бассейн превратился в многопрофильное научно‑исследовательское учреждение, что нашло отражение в его официальном названии – Научно‑исследовательский институт военного кораблестроения (НИВК).

– Какое значение работы института имели для развития отечественного корабле- и судостроения?

– Институт стал головной, ведущей научно‑исследовательской организацией судостроительной отрасли нашей страны. При непосредственном использовании интеллектуального потенциала института к началу 90‑х годов прошлого века было обеспечено создание первоклассного военно‑морского флота и одного из крупнейших торгово‑промысловых флотов мира, которых раньше наша страна никогда не имела.

Хотел бы привести только два этапных для российского кораблестроения примера. Оба они имеют прямое отношение к созданию отечественного подводного флота и превращению его из «ныряющего» в действительно подводный.

Проектирование первой боевой подводной лодки, получившей название «Дельфин», осуществлялось под общим руководством заместителя заведующего Опытовым бассейном (заведующим был будущий академик Алексей Николаевич Крылов) Ивана Григорьевича Бубнова. Оно началось в декабре 1900 года и велось весьма секретно, для чего по указанию управляющего Морским министерством адмирала Павла Петровича Тыртова была выделена отдельная комната в помещении бассейна. При этом Крылову было предписано оказывать всяческое содействие проведению исследований и опытов, необходимых при проектировании «Дельфина».

История отечественного атомного подводного флота тоже имеет прямое отношение к Крыловскому научному центру. Именно в его стенах началась разработка первой отечественной атомной подводной лодки (проект 627) в соответствии с постановлением Совета Министров СССР «О проектировании и строительстве объекта № 627» от 9 сентября 1952 года. Научным руководителем проекта был назначен директор ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова В.И. Першин, а главным конструктором с сохранением должности заместителя директора института – В.Н. Перегудов. Символично, что в самом начале работы над этим проектом проводились на территории ЦНИИ‑45 (так с 1939 года стал называться НИВК) в Новой Голландии, где разрабатывался и «Дельфин».

– Какие научные направления получили развитие в связи с возрастанием сложности научно‑технических задач при создании перспективных надводных и подводных кораблей?

– Благодаря работам института оказалось воз­можным уверенное проектирование объектов, опыт создания которых в стране (а в ряде случаев – и в мире) отсутствовал: атом­ные подводные лодки различного назначения, надводные корабли с ракетным вооружением, авианесущие корабли, крупные десантные корабли на воздушной подушке, корабли обес­печения космических полетов, мощнейшие атомные ледоколы, сухогрузные суда с большим раскрытием палуб, экологически чистые танкеры, суда смешанного – «река–море» – пла­вания, большие рыбоморозильные траулеры, суда для поиска и разведки месторождений твердых полезных ископаемых в океане, самоподъемные и полупогружные буровые уста­новки.

Тренажерный комплекс. Фото предоставлено пресс-службой КГНЦ.

У нас были разработаны математические модели и методы оценки боевой эффективно­сти кораблей и экономической эффективности судов с учетом реально существующей неопределенности и изменчивости внешних условий. Совместно с другими организациями выполнена оптимизация программ военного и гражданского судостроения, разработана кон­цепция развития флота России в новых условиях и предложения по конверсии судострои­тельной промышленности.

Хотелось бы особо отметить создание подводных лодок стратегического назначения, способных в случае необходимости нанести ответные ракетно‑ядерные удары по территории противника. А также – подводных лодок для борьбы с ударными соединениями его надводных кораблей и средств противодействия решению аналогичных задач противником. 

Много усилий и времени потребовало, например, внедрение сталей повышенной прочности и титана, позволившее существенно улучшить характеристики боевой эффективности. Изучение и исследования легких сплавов и композитных материалов открыли дорогу созданию скоростных судов и кораблей с динамическими принципами поддержания. Большой объем работ был выполнен в наших лабораториях для обеспечения стойкости корабельных конструкций при воздействии на них морского, в том числе и атомного, оружия.

Очень большой объем исследований сотрудники института провели в традиционной для него области – прикладная гидро- и аэродинамика. Их результатами стали высокие ходовые, маневренные и мореходные качества строившихся в стране кораблей и судов, включая корабли и суда на подводных крыльях и на воздушной подушке, экранопланы.

Целый комплекс исследований позволил уменьшить нестационарные силы, возникающие при работе гребных винтов и порождающие вибрацию корпуса, создать малошумные винты и усовершенствовать методы проектирования движителей всех типов. Были выявлены причины выходов из строя гребных валопроводов и редукто­ров крупнотоннажных транспортных судов и разработаны рекомендации по обеспечению их надежной работы.

– В связи с этим интересно – каков вклад крыловских научных школ в развитие фундаментальных знаний?

– Благодаря работам известных ученых и специалистов Крыловского научного центра (Эдуарда Папмеля, Георгия Фирсова, Николая Рахманова, Александра Русецкого и многих других) существенное развитие получили гидромеханика, гидродинамика и гидроакустика в части проблем взаимодействия жидкости с твердыми телами. Решены многие задачи турбулентного пограничного слоя, вихревых и отрывных течений, пульсирующих давлений от работы гребного винта в неравномерном турбулизированном потоке, автоколебаний плохо обтекаемых упругих тел и систем, управления и устойчивости движения, качки и мореходности, задачи формирования дальнего акустического поля...

Были рассмотрены и также успешно решены задачи гидроупругости, взаимодействия ударной волны с плоским и сферическим фронтом с оболочкой с учетом отражений от свободной поверхности и дна водоема.

Существенно продвинулись наши представления об усталостном, циклическом и хрупком разрушении сварных корпусных конструкций. Созданы расчетные методы оценки их долговечности на основе современных феноменологических теорий усталостного повреждения и трещиностойкости в рамках линейной и нелинейной механики разрушения.

Получили развитие теория и методы акустоэмиссионного диагностирования повреждений и разрушений сварных конструкций, их локализации, идентификации и контроля развития в процессе реальных нагружений, изготовления и в эксплуатационных режимах. Для этого создано соответствующее приборное и информационно‑измерительное компьютерное обеспечение.

Решены многие сложнейшие задачи виброакустики многокаскадных массовых систем с амортизацией, неопорными связями, комплексами акустической защиты, включая шумопоглощающие и шумозаглушающие покрытия, задачи распространения акустических волн от оборудования по конструкциям и далее в среду акустического излучения винта и корпуса. Созданы теория и методы экспериментального изучения виброакустики, в том числе пьезопленочные покрытия высокой чувствительности и разрешающей способности.

Перечисленный далеко не полный объем фундаментальных теоретических исследований и их экспериментального обеспечения не мог быть выполнен, если бы в Крыловском научном центре не были созданы и получили развитие крупные коллективы высококвалифицированных ученых и специалистов, объединенных вокруг ведущих ученых мирового уровня, таких как А.Н. Крылов, И.Г. Бубнов, В.Л. Поздюнин, В.И. Першин, Ю.А. Шиманский, П.Ф. Папкович, В.В. Новожилов.

Выходцы из института – главные конструкторы надводных кораблей и подводных лодок В.И. Юркевич, А.И. Маслов, В.Н. Перегудов, М.А. Рудницкий, Б.М. Малинин, С.А. Егоров. В институте начинали свою карьеру будущий министр судостроительной промышленности СССР М.В. Егоров, а бывший его директор А.И. Вознесенский стал позднее заместителем председателя Комиссии по военно‑промышленным вопросам.

– Валерий Николаевич, а насколько сегодня востребован российским судостроением этот уровень научно‑технических компетенций?

– Начнем с того, что относительно недавно в России впервые принята программа военного кораблестроения до 2050 года, в разработке которого вместе с Главкоматом ВМФ, другими организациями принимал участие и Крыловский научный центр. Значение этого документа трудно переоценить. Почему?

Процесс создания современного боевого корабля от самой идеи до постройки с учетом того оружия, который он будет нести, занимает более десяти лет. Он начинается с появления концепт‑проекта, после чего следуют этапы технического и рабочего проектирования, и завершается все это строительством корабля. Главная при этом задача, чтобы корабль и все его составляющие компоненты не устарели к моменту окончания постройки и передачи флоту.

Сегодня серийность кораблей ограничена и, следовательно, каждый построенный корабль по‑своему уникален. Отсюда чрезвычайно возрастает цена проектной ошибки, избежать которую можно только путем проведения необходимой экспертной оценки каждого этапа проектирования и последующего строительства.

Хотел бы в этой связи напомнить, что еще в 1948 году приказом Министерства судостроительной промышленности СССР на наш институт была возложена обязанность проведения научной экспертизы проектов, разрабатываемых проектно‑конструкторскими бюро судостроительной отрасли, для повышения качества проектируемых и строящихся кораблей. Надо сказать, что эта практика себя вполне себя оправдала и помогла избежать многих ошибок и просчетов.

Крыловский научный центр и сегодня готов взять на себя, по заданию руководства ВМФ, роль разработчика концепт‑проектов будущих кораблей. Потому что только он обладает всей совокупностью испытательной базы и уже на этапе разработки концепт‑проектов способен произвести оценку их эффективности.

Более того, мы должны и обязаны предлагать флоту и проектным бюро альтернативные конструкторские и технологические решения исходя из логики проведенных в наших лабораториях исследований. Естественно, что при таком подходе к созданию перспективных кораблей мы должны разделять ответственность за все допущенные ошибки. По сути, Крыловский научный центр должен осуществлять научное сопровождение на всех этапах их жизненного цикла.

– Не могли бы вы привести примеры некоторых проектов?

– Длительное время в Крыловском научном центре исследовались различные варианты компоновки авианосца с разным составом вооружения и авиагруппы с различными типами главной энергетической установки. При этом мы ставили перед собой две задачи. Первая – создание крупного авианосца классического типа с атомной энергетической установкой, но с оптимизированным корпусом. Такой вариант Крыловский научный центр предложил, но со своими обводами корпуса. Были проведены его модельные испытания. Их результаты показали, что, например, сопротивление движению сократилось примерно на 20%, и это позволяет увеличить либо запас мощности, либо запас топлива. Модель этого авианосца мы демонстрировали на ряде выставок, и ее появление вызвало не только большой интерес, но и живую, предметную дискуссию.

Второй вариант, названный нами легким авианосцем, также был с интересом воспринят в среде российских и зарубежных военных и специалистов. Его основное отличие – ограниченное водоизмещение, но сбалансированный парк летательных аппаратов. При этом Крыловский научный центр предложил принципиально новое решение корпуса – полукатамаранного или катамаранного типа. Это позволяет при ограниченном водоизмещении около 40–50 тыс. т иметь достаточно внушительную авиагруппу на борту за счет увеличения площади палубы и некоторых других конструктивных решений.

По‑своему интересен другой наш проект перспективного корвета. Удалось разработать такую новую форму его корпуса – кстати, запатентованную, – при которой для движения корабля требуется на 20–25% меньше мощности главной энергетической установки. И это при том, что во всем мировом кораблестроении идет серьезная борьба за каждый процент, дающий возможность нарастить боевой потенциал корабля. В нашем случае конструкторы могут использовать отвоеванные проценты для увеличения пусковых установок тех же «Калибров», число которых может возрасти до 24 единиц при сохранении размеров и водоизмещения корабля.

В последнее время активно обсуждается идея создания для российского ВМФ так называемых экспедиционных кораблей. События в Сирии, острая необходимость доставки на наши базы большого количества различных грузов с помощью «Сирийского экспресса» убедительно показывают их нужность и полезность флоту. Мы разработали концептуальные проекты таких кораблей и считаем, что они по своей эффективности получились очень приличными.

Они сбалансированы с точки зрения как своей защиты, так и высадки десанта, обладают док‑камерой, способной принять десантные катера, в том числе на воздушной подушке. Нами предложены такие варианты корпусов, которые при максимальной полезной нагрузке имеют оптимальные обводы с точки зрения гидродинамики, мореходности и ходкости. То есть наша наука, уровень компетенций вновь оказались на высоте.

– В последнее время в мировом кораблестроении довольно четко обозначилась еще одна тенденция – безэкипажные корабли...

– Действительно, сегодня резко возрастает цена людских потерь в ходе вооруженных конфликтов, в том числе из‑за сложностей подготовки военных специалистов. Поэтому войны будущего видятся уже как войны безэкипажных подводных лодок, кораблей, летательных аппаратов, сухопутной военной техники. Крыловский научный центр занимается этой темой, но при этом мы не берем на себя разработку всей гаммы вопросов создания безэкипажных кораблей. Понимая, что эти объекты должны обладать малозаметностью, наши специалисты занимаются, например, вопросами физических полей, возникающих вокруг этой техники. Безусловно, это разработка и проектирование движителей и, конечно же, наша коронная тема – обводы перспективных аппаратов.

– Участвует ли Крыловский научный центр в создании концепт‑проектов кораблей и судов обеспечения для Арктической зоны России?

– Идею создания сторожевых кораблей ледового класса мы не просто приветствуем. Соответствующие испытания проводятся в наших ледовых бассейнах. У нас действует один из самых крупных ледовых бассейнов, позволяющий проводить испытания при любой толщине льда, любой его структуре, моделировать самые разнообразные ситуации и обеспечивать конструкторов данными для проектирования соответствующих кораблей.

В ландшафтной аэродинамической трубе проводим продувки моделей таких кораблей с целью определения наиболее оптимальной архитектуры, размещения площадок для летательных аппаратов, условий их безопасного взлета и посадки.

В конце октября этого года на Адмиралтейских верфях был спущен на воду головной патрульный корабль ледового класса проекта 23550 «Иван Папанин», на котором предусмотрено и размещение некоторых видов вооружения. Скоро за ним появится и второй – «Николай Зубов». Мы удовлетворены тем, что в этих кораблях есть и доля нашего интеллектуального труда.

В следующем году на новой дальневосточной верфи «Звезда» начнется строительство самого мощного в мире атомного ледокола «Лидер» мощностью 120 МВт. Крыловский научный центр, его филиал – Центральный научно‑исследовательский институт судовой электротехники и технологии совместно с ЦКБ «Айсберг» выполнили большой объем уникальных модельных исследований и испытаний, необходимых для разработки его технического проекта, создания системы электродвижения.

В целом же арктическая тематика – одно из ключевых направлений научно‑технической деятельности Крыловского научного центра.