военное К0РАБЛ1СТР01НИ1
СУДОСТРОЕНИЕ 2'2000
РАЗВИТИЕ БОРТОВЫХ ПРОГРАММ НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК
Ю. М. Трапезников (СПМБМ «Малахит») удк 681.3.06:629.5.017
В системах информационной поддержки борьбы за живучесть (СИП БЖ) корабля особую роль играет задача непотопляемости. Какая бы авария изначально не произошла на корабле, только затопление означает его гибель.
На кораблях, не оборудованных компьютерами, задача непотопляемости решается с помощью крупноформатных листов конструкторской документации с диаграммой непотопляемости (или с другими диаграммами) путем нанесения на эту диаграмму точек, координаты которых надо вычислять методом последовательных приближений. В условиях конструкторского бюро (КБ) решение такой задачи занимает около часа. А на борту корабля, при аварии, качке, когда приходится одновременно руководить борьбой за живучесть, это время значительно увеличивается. До гибели корабля можно и не успеть определиться с остойчивостью. Спасает то, что все спецификационные случаи аварий заранее просчитаны и такие затопления корабль выдерживает при условии прекращения дальнейшего распространения воды. Таким образом, на борту необходимо проверять непотопляемость при поступлении воды в большее, по сравнению с рассмотренными в КБ, количество помещений. Как правило, полного затопления такого количества помещений корабль не выдерживает. И тут встает вопрос: «Когда произойдет потеря остойчивости?» — а с ним дополнительные вопросы: «Как спасти положение?», «Поможет ли спрямление?», «Какой вариант спрямления выбрать?», «Возможен ли проход по кораблю?», «Возможен ли выход из аварийных помещений?», «Можно ли использовать водоотлив?», «Что вышло из строя?», «Какие функции корабля потеряны?», «Возможно ли спасение экипажа и корабля?» Ответы на эти вопросы нужны и для спецификационных случаев, но корабельные инструкции ответа на них не дают. Таким образом, вырисовывается обширное поле применения бортового компьютера.
В 1989 г. в СПМБМ «Малахит» началась разработка программного обеспечения (ПО) задачи надводной непотопляемости для бортового компьютера применительно к подводной лодке (ПЛ) типа «Барс» («Аки1а» по классификации НАТО). Поводом послужил приезд в бюро будущего начальника кафедры живучести Севастопольского ВВМИУ А. В. Ейбоженко. Он продемонстрировал программу, буквально за секунду вычисляющую элементы непотопляемости для одной из ракетных ПЛ. И это на маломощном персональном компьютере «Нейрон»! А самое главное, программа определяла, через какое время ПЛ потеряет остойчивость. Сейчас вопрос времени в задачах непотопляемости считается самым важным и само собой разумеющимся. Но тогда это было сделано впервые. Специалисты СПМБМ «Малахит» начали сотрудничать с А. В. Ейбоженко. Через некоторое время появилось ПО «Совет», которое при введении данных о затапливаемых помещениях и количестве воды в них или при задании параметров посадки ПЛ (осадка на миделе, крен, дифферент) вычисляло и выводило на экран следующие сведения: таблицу теоретических элементов ПЛ до и после аварии; диаграмму надводной непотопляемости (ДНН) с линией развития аварии; диаграммы прогноза развития аварии во времени по количеству влившейся воды и по дифференту; вид ПЛ с аварийным дифферентом в продольном разрезе с водой в аварийных помещениях; диаграммы продольной и поперечной статической остойчивости; кривые возвышения метацентра над основной линией; вспомогательные расчетные параметры.
Путем щелчка «мышью» по окну «Спрямление» вызывался режим задания варианта спрямления, причем предусматривался и автоматический, чисто программный поиск оптимального варианта.
ПО «Совет» уже было рассчитано на компьютеры типа РС/АТ с
386-м процессором и сопроцессором. Интерфейс был цветной, близкий к привычной документации и учебникам, с очень удачным изображением ПЛ для ввода исходных данных (дизайн А. В. Ейбоженко). Обнаружились огромные возможности программы по сравнению со стандартными расчетами равновесного положения аварийной ПЛ по ее геометрии, выполняемыми в КБ.
Точность расчетов ПО «Совет» удовлетворяла требованиям, которые можно предъявить к бортовому ПО. Затем данная программа была представлена головным курирующим организациям: 1 ЦНИИ МО РФ и ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова.
Результатом показа стало объявление конкурса на бортовые программы непотопляемости. К моменту проведения технического совещания организаций судостроительной промышленности по рассмотрению программ расчета непотопляемости надводных кораблей и ПЛ, состоявшегося в марте 1991 г., СПМБМ «Малахит» выполнило и оформило дополнительные расчеты непотопляемости для затопления нескольких отсеков по различные уровни. Появилась возможность проверить точность ПО «Совет» для большего количества случаев и усовершенствовать его.
При рассмотрении различных ПО непотопляемости обнаружилось, что по уровню разработки ПО «Совет» с его многочисленными экранами вывода информации, в том числе с изображением аварийной ПЛ, режимом спрямления и проверенной точностью, для случаев, рассчитанных в КБ, не имеет конкурентов.
Коллеги из ЦКБ МТ «Рубин» представили информацию о непотопляемости в виде ДНН с нанесенными у ее границ двумя цветными зонами, соответствующими двум степеням опасности аварий: опасной зоной и зоной покидания корабля (рис. 1). По тому, где на ДНН высвечивалась точка рассчитанного аварийного состояния, — в какой-либо зоне или вне их — определялась опасность аварии и возможные действия. В нижней части экрана при этом выводились элементы аварийной ПЛ. Дизайн видеокадра был превосходный, но вопрос о ширине и количестве зон опасности до сих пор очень спорный, а время до гибели оставалось неизвестным. Самое
СУДОСТРОЕНИЕ 2'2000
ВОЕННОЕ КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ
Рис. 1. Диаграммы надводной
непотопляемости (ДНН) — зависимости кривых равных осадок и равных дифферентов корабля от водоизмещения и его момента по длине с зонами, предлагаемыми ЦКБ МТ «Рубин»:
V — объемное водоизмещение; Vx — статический момент объемного водоизмещения по длине; K — крейсерское доаварийное положение ПЛ; А1 — аварийное состояние ПЛ в безопасной зоне; А2 — аварийное состояние ПЛ в зоне покидания корабля; I — зона покидания корабля, соответствующая плечу продольной статической остойчивости L < 0,5 м; II — опасная зона; III — безопасная
же главное, как показали дальнейшие исследования, при затоплении средней части ПЛ интервал между состояниями аварийной ПЛ с нормативным плечом продольной остойчивости I, равным 0,5 м, и состоянием опрокидывания составляет всего несколько минут. Предлагаемая граница зон как раз соответствовала I = 0,5 м.
Интересной показалась находка для ПО непотопляемости подводных лодок М. И. Вайнермана из ЦКБ «Лазурит». Там тоже все «происходило» на одном удачно скомпонованном экране. Вместо ДНН использовались полученные на основе расчетов ее параметров непривычные кривые. По этой оригинальной диаграмме (назовем ее диаграммой Вайнермана), которая по мнению ее автора более удобна для отслеживания непотопляемости, на экране двигалась во времени точка, соответствующая расчетному и прогнозируемым аварийным состояниям ПЛ. При этом учитывалась бескингстонность цистерн путем расчета поступления воды при качке на заданном волнении, которое для упрощения заменялось эквивалентной синусоидой. Небольшое качающееся изображение продольного вида ПЛ на идущей волне также выводилось на экран. Прогноз заключался в расчете с упреждением на некоторое время, соответ-
ствующее определенному количеству волн, аварийной точки, нанесении ее на диаграмму Вайнермана и определении, не пересекла ли аварийная точка границу положительной остойчивости. К сожалению, над доводкой данного ПО, по имеющейся информации, в дальнейшем работали недолго. Принцип столь быстрого расчета поступления воды на волнении для РС/АТ с 286-м процессором пока остался официально не раскрытым.
Программы непотопляемости для надводных кораблей были в меньшей степени готовы из-за более позднего начала работ и дополнительных сложностей, связанных с гораздо большим числом помещений, расположенных в несколько рядов как по ширине, так и по высоте. ПО, разработанное ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова, создавалось для ПЛ, но по возможностям, степени доводки и графике отставало от описанных программ.
После такого смотра программ непотопляемости творческий союз СПМБМ «Малахит» — А. В. Ейбо-женко с новыми силами принялся за развитие и доводку ПО «Совет». В результате программа стала выполнять расчет для смешанного, самого реального, варианта исходной информации, когда известны аварийные помещения, дифферент и крен. На чертеже ПЛ, выводимом на монитор ЭВМ, появились люки, стало возможным вызывать несколько сечений аварийной ПЛ с креном и водой в аварийных помещениях. Появилась возможность расчета элементов ПЛ с произвольным изменением расчетной нагрузки. Для любого расчетного случая можно определить и увидеть на «картинке» величину оголения или заглубления так называемых выступающих частей ПЛ.
Как же устроена программа «Совет»? В блоке постоянных исходных данных находятся массивы теоретических элементов отсеков, цистерн и ДНН, графическая информация по ПЛ и информация по доаварийному состоянию. Принцип определения элементов аварийного корабля соответствует «ручному» расчету непотопляемости, приведенному в учебниках статики и эксплуатационных инструкциях, а именно: вычисление дополнительной нагрузки от влившейся воды, затем суммарной нагрузки аварийного корабля, определение по аварийному во-
Рис. 2. ДНН с линией развития аварии
(по А. В. Ейбоженко): А — точка на ДНН, соответствующая аварийному состоянию ПЛ (расчету непотопляемости); Г — точка гибели (потери продольной остойчивости), соответствует пересечению линии развития аварии с границей ДНН; В — верхняя точка ДНН; КГ — линия развития аварии — строится путем продолжения отрезка КА до границы ДНН; № — традиционный запас плавучести (расстояние по вертикали в масштабе водоизмещения между точками А и В); — эффективный запас плавучести; ^а — приращение водоизмещения за счет аварийного затопления (остальные обозначен
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.