СУДОСТРОЕНИЕ 5'2011
МОДУЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ СТРОИТЕЛЬСТВА БОЕВЫХ КОРАБЛЕЙ. НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
Л. П. Гаврилюк, докт. техн. наук, А. И. Комок (ОАО «ЦТСС», e-mail: inbox@ssts.spb.ru) удк 658.012:629.5
Поиск оптимальных методов сборки кораблей из крупных насыщенных блоков, принципы модульности восходят к судам типа «Либерти». С целью снижение трудоемкости и сроков постройки и, как следствие, стоимости, крупноблочная сборка занимает лидирующие позиции в технологии гражданского судостроения.
Однако этот принцип не может быть автоматически перенесен на строительство боевых кораблей, что обусловлено высокой степенью насыщенности их помещений, требованиями точности позиционирования «полезной нагрузки» (вооружения), как правило, более длинными валопроводами, условиями эксплуатации корабля и его вооружения. Поэтому вначале строится корпус корабля, а затем монтируется насыщение. При формировании корпуса обычно используется блочный метод, который, однако, не может быть распространен на корабль в целом. Комплекс указанных причин приводит к тому, что при одинаковом водоизмещении боевой корабль строится дольше и стоит значительно больше гражданского судна.
Полезная нагрузка — вооружение боевого корабля — быстро физически и морально устаревает. Боевые возможности корабля со временем ухудшаются и для их восстановления требуется модернизация, процесс которой длителен и затратен.
С целью снижения затрат на постройку и поддержание боевых возможностей в период эксплуатации кораблей различные страны осуществляли поиск оптимальных принципов сборки, модернизации и ремонта боевых кораблей. В 80-е годы в Дании была высказана идея модульного строительства кораблей по принципу конструктора детских игрушек LEGO путем создания морской системы SEAFRAME корабельных модулей. Реализация этой идеи трансформировалась в ряд концепций.
Концепция МЕКО фирмы «Блом унд Фосс» (Германия) рассматривает корпус корабля в виде несущей платформы с ячейками (рис. 1), в которые вставляются, выверяются и крепятся с помощью болтовых соединений модули корабельных комплексов вооружения. Конструкции модулей практически не участвуют в общей прочности ко-
рабля, при этом доля корпуса в его водоизмещении существенно возрастает, а полезная нагрузка соответственно уменьшается. Данная концепция обеспечивает сокращение сроков строительства, ремонта и модернизации кораблей. Вместе с тем несложные расчеты показывают, что в этом случае у фрегатов и корветов уменьшается масса их комплексов вооружения не менее, чем на 30%. А это означает либо потерю систем дальнего действия, либо существенное уменьшение боезапаса. При этом боевые возможности такого модульного корабля, в связи с сокращением объема полезной нагрузки, ухудшаются по сравнению кораблем традиционной конструкции такого же водоизмещения.
Рис. 1. Корпус корабля по концепции MEKO
Концепция SEAMOD, принятая при строительстве эсминцев типа «Спрюэнс» и авианосца «Нимитц» в США, предусматривает оптимизацию крупных объемов корабля в районах (зонах) устройств вооружения, изготовление и максимальное насыщение этих объемов вне стапеля с повышенными требованиями к точности стыков и, наконец, монтаж и крепление их на сварке в стапельный период постройки корабля преимущественно по схеме «открытого неба». Допуски на монтаж систем вооружения при этом увеличиваются, а окончательное согласование корабельных комплексов осуществляется на специальных полигонах «Foracs» с введением в БИУС поправок, определяемых на полигоне.
В дальнейшем концепция SEAMOD трансформировалась в идеологию Modular Payload [1],схематически представленную на рис. 2. При этом предполагается, что в корпусе корабля под верхней палубой и палубами надстройки сформированы помещения достаточных размеров для размещения сборочных единиц(СЕ)вооружения в модульном исполнении (рис. 3). Верхняя
ÜE
ÜE
О
О
ш
<
О
ÜE
О
ÜE
О
СО
Рис. 2. Идеология Modular Payload строительства боевых кораблей
палуба имеет в районе вырезов, создающих возможность погрузки модулей вооружения сверху, подкрепления (рис. 4), обеспечивающие необходимую жесткость корпуса корабля.
Все элементы корабельных комплексов выполняются в виде согласованных модулей. Ракетный комплекс, например, включает в себя (рис. 5)
модуль управления, боевой модуль и платформу для него, устанавливаемую на нижней палубе корабля.
Идеология SEAFRAME была в дальнейшем использована при реализации программы Standard Flex 300 строительства 14 корветов Дании типа «Flyvefisken»^c 6) и литоральных боевых кораблей (ЛБК) США — «Freedom» и «Independence» [1].
Анализируя опыт использования описанных выше концепций по данным зарубежной печати, можно отметить, что переход к модульным кораблям выявил следующие проблемы:
1. Потеря полезных объемов в корпусе корабля, что связано с формированием специально выделенных объемов «монтажных зон» для модулей. Из примерно 3000 т водоизмещения ЛБК только 400 т приходится на полезную нагрузку, а на долю сменных боевых модулей приходится порядка 180 т. Крепление модулей механическим способом, в отличие от на сварки, требует специальных фундаментов или платформ с подкреплениями, затрудняет компоновку корабля. Особенно это проблематично для кораблей небольшого водоизмещения.
2. Включение несущих конструкций модулей в работу корпуса корабля по идеологии Modular Payload
Рис. 3. Модули вооружения: а — артустановка; б — пусковая установка палубного типа; в — подпалубная пусковая установка контейнерного типа
Рис. 4. Помещения для модулей вооружения и подкрепления вырезов в палубе
Рис. 5. Типовой комплект ракетного комплекса
неизбежно приведет, помимо избытка водоизмещения, к большему изгибу и упругим деформациям на плаву, что вызовет рассогласование точных корабельных комплексов в эксплуатации.
3. Расходы на сменные модули. Реализация идеи сменных модулей предполагает наличие определенного их избытка. Для содержания и замены модулей, а впоследствии для их утилизации, требуются соответствующая инфраструктура и затраты в мирное время, особенно при протяженной морской границе. Необходимо также учесть расходы на переобучение и содержание сменных экипажей. В настоящее время ВМС Дании из-за дороговизны эксплуатации отказались от содержания сменных модулей оружия для кораблей типа «Flyvefisken» по программе Standard Flex 300.
4. Позиционирование модулей при замене. В результате эксплуатации вследствие деформаций корпусных конструкций корабля происходит рассогласование элементов системы корабельных баз, а также их утрата по разным причинам. Восстановление системы корабельных баз, особенно на плаву, требует применения специальной аппаратуры и достаточно трудоемкой методологии, выполняемой высококвалифицированными специалистами. Это затрудняет согласование точных корабельных комплексов при замене модулей силами ремонтных служб военно-морского флота.
Представляется, что комплексность решения указанных проблем должна быть основана на совершен-
ствовании проектирования и технологии строительства, ремонта и модернизации кораблей.
При делении корабля на СЕ следует учитывать ряд факторов:
Фактор геометрической возможности формирования пространства корабля из составных частей (условие 1). Формируемое пространство корабля с точки зрения топологии характеризуется зоной доступа /д, которая влияет на организацию доставки готовых составных частей к месту установки. Формируемые пространства могут быть открытыми и замкнутыми, ограниченными, например, стенками корпуса собираемого объекта.
В свою очередь, устанавливаемые составные части, помимо пространства, которое они занимают, характеризуются некоторой сборочно-монтажной зоной, необходимой для их позиционирования и крепления.
Сборочно-монтажная зона / устанавливаемого объекта определяется:
* формой и размерами сформированного пространства объекта /
• транспортной зоной /т, необходимой для удержания и требуемых перемещений объекта в процессе его позиционирования в заданное положение в формируемом пространстве;
• измерительной зоной /и, необходимой для выполнения измерений при позиционировании объекта в формируемом пространстве;
• зоной крепления /к, необходимой для фиксации объекта.
Сборочно-монтажная зона объекта образуется пересечением составляющих ее зон
/ ={/, / ,/, / ,}тах.
мз 1 ' т ' и' и'
При проектировании СЕ корабля следует руководствоваться зоной доступа в корабле и сборочно-мон-тажной зоной СЕ, т.е. должно быть обеспечено соблюдение условия
/д > /мз.
Нецелесообразно создавать СЕ, если зона доступа сформированной части корабля меньше сбо-
Рис. 6. Корвет типа «Flyvefisken», построенный по программе Standard Flex 300
рочно-монтажной зоны устанавливаемой СЕ. Уменьшение монтажной зоны СЕ достигается за счет перехода от выверочных схем ее позиционирования к системам принудительного базирования и схемам крепления СЕ на сварке.
Для увеличения зоны доступа следует изменить последовательность установки СЕ корабля, его замкнутые объемы трансформировать в открытые, использовать съемные листы достаточных размеров, продольные и поперечные схемы закатки СЕ.
Объединение деталей и узлов на некоторой несущей конструкции (штатной, т. е. принадлежащей кораблю, или технологической) часто уменьшает сборочно-монтажную зону составляющих деталей и мелких изделий, а при объединении их по функциональному признаку еще и упрощает их обслуживание в эксплуатации. При этом целесообразно несущую конструкцию СЕ выполнять с открытым формируемым пространством.
Функционально законченная СЕ, характеризуемая единой штатной несущей конструкцией, собранная и готовая к функционированию вне изделия (например, корабля), после подачи энергетических сред называется агрегатом. В качестве примеров агрегатов могут быть названы судовые двигатели внутреннего сгорания, турбины, редукторы, дизель-генераторы, котлы, пушки, пусковые установки, антенны и т. д.
Процесс формирования агрегатов и их укрупнения по функцио-
нальному признаку (например, создание главного турбозубчатого агрегата) называется агрегатированием оборудования.
Унифицированные и стандартизир
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.