Сэндвич для подводной лодки
Подводный аппарат, способный погружаться на предельные глубины Мирового океана без дополнительных объёмов плавучести, создают учёные Института проблем морских технологий ДВО РАН и Дальневосточного федерального университета. Специально для этой техники они разрабатывают новый материал - стеклометаллокомпозит, обладающий необычайной прочностью и ударной стойкостью.
В 1961 году пилотируемый человеком космический корабль впервые в мировой истории облетел вокруг Земли, а годом ранее свершилась другая научно-техническая сенсация - погружение батискафа «Триест» на дно Марианской впадины. С полёта Юрия Гагарина, как известно, началась космическая эра. Покорение глубин Мирового океана осталось просто событием в истории науки. Имена авторов «подводного рекорда» далеко не так известны, как первых советских космонавтов и ракетостроителей. Батискаф, кстати, разрабатывал швейцарский физик Огюст Пикар, который вместе с лейтенантом ВМФ США Джоном Уолшом и покорил впервые Марианскую впадину, опустившись на глубину 10911 метров. Спустя десятилетия были ещё несколько спусков в знаменитый тихоокеанский жёлоб: в 90-е годы их трижды совершил японский необитаемый аппарат, в 2009-м - американский подводный робот, а в 2012-м батискаф «Челленджер» с канадским режиссёром Джеймсом Кэмероном на борту. Но эти единичные успехи, согласитесь, не сопоставимы с победами человека в Космосе, полёты куда скоро уже станут будничным развлечением миллионеров.
А всё потому, что многочисленные попытки учёных и инженеров создать более совершенную технику для освоения океанической бездны упираются в уязвимость современных материалов.
Из имеющихся ресурсов можно создать лишь чрезмерно дорогой, тяжёлый, громоздкий, неповоротливый и малофункциональный аппарат, подобный тому, который более полувека назад не без издержек (операция спуска и подъёма заняла более 8 часов, в процессе треснуло стекло иллюминатора в вестибюле) покорил низшую точку планеты.
И вот, наконец, наука заявляет, что готова восполнить пробел в исследовании океана. Группа учёных Института проблем морских технологий ДВО РАН и Дальневосточного федерального университета разрабатывает композитный материал, с помощью которого можно создать аппарат для работы на самых больших глубинах Мирового океана, без применения дополнительных объёмов плавучести.
«Объём плавучести - чрезвычайно важный фактор в разработке подводных судов, - поясняет Владимир Пикуль, руководитель проекта, заведующий лабораторией Института проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН, профессор Инженерной школы ДВФУ. - Эту взаимозависимость открыл ещё Архимед: погружённое тело плавает в равновесии, когда его вес равен весу вытесненного им объёма жидкости.
Если использовать обычные материалы, которые есть в арсенале кораблестроителей, то, чтобы подводный аппарат не тонул, придётся обеспечивать дополнительные объёмы плавучести, при этом в несколько раз увеличивая габариты самого подводного аппарата.
Вместе с этим резко возрастут затраты на него, в том числе энергетические, а также снизится его скорость в воде. Мы ставили задачу создать такой материал, который бы, с одной стороны, выдерживал бы колоссальные нагрузки при погружении, а с другой, - позволял бы при изготовлении и эксплуатации подводного аппарата обойтись без дополнительных объёмов плавучести».
Пространственное изображение поверхности стеклянного слоя из боратного стекла на границе с алюминиевой облицовкой
В итоге учёные разработали материал с «начинкой», подобно сэндвичу: освобождённый от микродефектов стеклянный слой облицевали обшивками из алюминиевых сплавов. Такой состав придаёт «ткани» свойства брони, обладающей ударной стойкостью и необычайной прочностью, на порядок превышающей прочность титановых сплавов.
«Это будет принципиально новый конструкционный композитный материал - стеклометаллокомпозит, не имеющий аналогов в мировой практике, - отмечает Владимир Пикуль. - Расчётные данные показывают, что с его помощью можно создать уникальную глубоководную технику, способную работать на предельных глубинах Мирового океана, даже в Марианской впадине, без применения дополнительных объёмов плавучести. Применение стеклометаллокомпозита позволит существенно повысить тактико-технические и экономические показатели существующей техники и создать уникальные образцы техники будущего.
Выглядеть они будут как обычные аппараты и подводные лодки. Будут иметь цилиндрический корпус, полусферические оболочки, которые расположатся в лёгком корпусе, придающем аппарату обтекаемую форму для уменьшения сопротивления при движении в воде».
Учёные уже изготовили лабораторную установку, позволяющую создавать небольшие модели корпусов глубоководных аппаратов из стеклометаллокомпозита. В настоящее время проводятся испытания оболочек из нового материала в барокамерах с высоким давлением, отрабатываются конструктивные решения и способы изготовления оболочек корпусов, способные придать глубоководной технике возможность работать на предельных глубинах Мирового океана без дополнительных объёмов плавучести.
Экспериментальный образец цилиндрической оболочки из стеклометаллокомпозита
«После того как отработаем технологию изготовления цилиндрических оболочек на лабораторной установке, приступим к опытно-конструкторским работам по изготовлению прочных корпусов глубоководных аппаратов, по заказу гражданской или военной промышленности. Из стеклометаллокомпозита в перспективе можно будет производить не только глубоководную технику, но и летательные аппараты, и трубопроводы. К настоящему времени разработана методика проектирования и расчета прочного корпуса подводного аппарата, на основе созданной нами новой теории устойчивости оболочек, которая впервые за столетнюю историю развития пришла в полное соответствие с результатами экспериментальных исследований», - отмечает Владимир Пикуль.
Авторы проекта пока не решаются прогнозировать, когда первый глубоководный аппарат из стеклометаллокомпозита опустится на предельную глубину Мирового океана. Они разрабатывают технологии, патентуют их, и воплощают в модели аппаратов, а производство конкретных изделий будет зависеть от запросов промышленного сектора, как гражданской, так и оборонной направленности.
Проект «Создание прочных корпусов глубоководных аппаратов и элементов космической техники на основе стеклометаллокомпозита» поддержан ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы».
Быкова Наталья
http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=222&d_no=93089#.VNNzNGeNXhc