Развивать заводскую науку. Этим занимаются в проектно-конструкторском бюро «Севмаш»
«Наш флот должен и будет жить новыми кораблями», - написал выдающийся русский ученый, классик корабельной науки Алексей Николаевич Крылов, 160-летие которого будет отмечаться в нашей стране в августе. К Севмашу - лидеру отечественного подводного кораблестроения эти слова имеют самое непосредственное отношение. Именно здесь строятся атомные подводные лодки, которые являются основой морских ядерных сил России и важнейшим фактором сдерживания амбиций стран НАТО.
Весомый потенциал
Каждый новый корабль отличается от предыдущих более жесткими требованиями к тактико-техническим характеристикам. Поэтому его строительство неизбежно связано с решением не только производственных задач, но и задач, возникающих на стыке производства с наукой, и даже чисто научных задач. Для этого Севмаш обладает весомым научным потенциалом: в его коллективе два доктора технических наук, семь кандидатов технических наук, три кандидата экономических наук и талантливые инженеры; обширная база научных знаний и компетенций, накопленных при разработке, внедрении и испытаниях современного корабельного оборудования, средств акустической защиты и АПЛ в целом; уникальная испытательная база, по многим показателям не имеющая аналогов в России; научные традиции.
Ниже пойдет речь о некоторых направлениях научной деятельности ученых ПКБ «Севмаш».
Подшипники скольжения
В ПКБ «Севмаш» ведется разработка новых подшипников скольжения. Проектированием судовых подшипников скольжения Севмашпредприятие занимается с начала 1960-х. Родоначальник школы по проектированию судовых подшипников скольжения - крупнейший специалист в этой области, доктор технических наук, профессор Александр Яковлевич Альпин, разработавший теоретические основы конструирования и гидродинамических расчетов подшипников жидкостного трения, в том числе со специальными смазочными слоями.
В ПКБ «Севмаш» теоретические разработки А.Я. Альпина получили дальнейшее развитие: открыты новые свойства смазочных слоев, что позволило создать уникальный высокооборотный подшипник скольжения с индивидуальной смазкой для магистральных насосных агрегатов и судовой опорный высокооборотный подшипник скольжения с индивидуальной смазкой. На основе проведенных теоретических исследований усовершенствованы методики гидродинамических и тепловых расчетов подшипников, в том числе со специальными смазочными слоями; на большинство разработанных технических решений получены патенты на изобретения.
Стендовая база
В ПКБ ведется модернизация и развитие стендовой испытательной базы. База, созданная под руководством А.Я. Альпина, получила дальнейшее развитие в двух направлениях: во-первых, совершенствование методов и разработка новых методик измерений вибромеханических характеристик средств акустической защиты; во-вторых, создание и совершенствование комплекса стендов для испытаний корабельного оборудования на соответствие требованиям по виброшумовым характеристикам.
Перечислю некоторые результаты развития первого направления. Разработан метод измерения входных, передаточных и перекрестных механических сопротивлений крупногабаритных виброизолирующих конструкций на сервогидравлических испытательных машинах в условиях больших статических нагрузок. Разработан метод определения коэффициента механических потерь по комплексной частотной характеристике, представленной в полярных координатах Найквиста. Впервые в отечественном кораблестроении разработана методика измерений и измерена сила тяги резервного двигателя корабля прямым методом. Разработаны методика стендовых испытаний и расчетно-экспериментальная модель. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования динамических характеристик муфты валопровода внешнего размещения в воздушной и водной средах.
В результате развития на Севмаше второго направления создан не имеющий аналогов в России комплекс виброакустических испытательных стендов, на которых в рамках приемосдаточных, периодических и квалификационных испытаний испытаны тысячи единиц корабельного оборудования, изготовленного на Севмаше и контрагентами для строящихся кораблей. В состав комплекса входят: стенд «ПГВ» для испытаний гидрооборудования систем гидравлики; стенд «Вода» для испытаний арматуры систем транспортировки воды; стенд «РМ» для испытаний крупногабаритного оборудования; единственный в России стенд «АВиК» для испытаний арматуры систем вентиляции и кондиционирования воздуха; единственный в России стенд «ГРЩ» для испытаний главных распределительных щитов, который собирается по временной схеме на виброизолированных фундаментах стендов «ПГВ» и «Вода».
Главной отличительной особенностью стендов является высокая пропускная способность, позволяющая Севмашу испытывать более 90 процентов корабельного оборудования собственного производства без нарушения сроков поставки изделий на строящиеся корабли. После ввода стендов в эксплуатацию они неоднократно модернизировались в связи с расширением номенклатуры испытываемых изделий, разработкой и внедрением новых методик испытаний, базирующихся на методах многоканального взаимного спектрального анализа случайных процессов, улучшения стендовых виброакустических характеристик. Благодаря своевременным опережающим модернизациям, каждая из которых равносильна отдельной научно-исследовательской работе, обеспечивается постоянный высокий научно-технический уровень наших виброакустических испытательных стендов. Это подтверждается результатами периодических акустических паспортизаций, проводимых совместно с Крыловским государственным научным центром, и большим объемом выполненных и ожидающих выполнения заказов на проведение испытаний изделий более чем двадцати сторонних организаций.
В чистый размер
Большое внимание ученые ПКБ уделяют обеспечению геометрической точности судовых корпусных конструкций при их изготовлении в чистый размер. Чистый размер - качественный показатель, характеризующий изготовление судовых корпусных конструкций (секций, блоков) без монтажных припусков. Изготовленная в чистый размер конструкция устанавливается при сборке на штатное место с минимальным объемом пригоночных работ по монтажным кромкам, необходимых для обеспечения требуемых величин зазоров под сварку. Технология изготовления корпусных конструкций в чистый размер является критически важной для внедрения прогрессивного блочно-модульного метода строительства заказов.
Целью исследований, проводимых специалистами ПКБ «Севмаш» в этом направлении, является разработка теоретических основ и комплекса организационно-методических мероприятий, позволяющих внедрить на Севмаше технологию изготовления корпусных конструкций в чистый размер. В ходе научно-исследовательской работы уже выполнен анализ конструкторско-технологических возможностей Севмаша для осуществления перехода от традиционной технологии строительства заказов к сборке корпусов из конструкций, изготовленных без монтажных припусков, разработан комплекс научно-технических и организационно-управленческих мероприятий, необходимых для внедрения данной технологии.
Комплексный учет
В центре внимания в ПКБ и оптимизация испытаний интегрированных комплексов вооружения, что является актуальной проблемой, которую необходимо решать при комплексном учете различных по своей природе факторов, многообразии входящих в комплекс систем и связей между ними. В целом процесс испытаний можно охарактеризовать критериями эффективности, определяющими рациональность затрат времени и средств на экспериментальную отработку, точность и достоверность полученных результатов и информативность проверок. Одним из важнейших направлений обеспечения надежности является планирование экспериментальной отработки, включая обоснование объемов, продолжительности испытаний, задание требований к условиям испытаний, имитации процессов отказов. Оптимизацию программы экспериментальной отработки осуществляют с помощью методов динамического программирования и статистического моделирования.
Приемы и методы системного анализа направлены на выдвижение альтернативных вариантов решения проблемы, выявление масштабов неопределенности по каждому варианту и сопоставление вариантов. Возможные альтернативные пути достижения цели в общем случае обладают разной эффективностью. Системный анализ позволяет сравнить эти пути между собой и выбрать из них лучший на основе эффективности.
Специалисты ПКБ «Севмаш» исследовали вопрос оптимизации методологии комплексных проверок на математической модели, построенной по исходным данным, полученным в процессе испытаний головного и первого серийного заказов. Были разработаны и внедрены усовершенствованные методологии проверок с использованием способа испытаний типа «электронный» пуск таким образом, чтобы обеспечивалась установленная надежность системы (комплекса) при минимальных затратах средств и времени.
Единое пространство
В числе приоритетов и создание единого проектно-производственного пространства. В развитие этого направления специалисты ПКБ «Севмаш» выполняют работы по автоматизации подготовки производства корпусообрабатывающего цеха. В процессе создания программного комплекса выпуска рабочей документации выполнен количественный и качественный анализ разрабатываемых документов, создана цифровая модель оборудования цеха, внедрены новые методы обмена электронной информацией.
В рамках проекта «Технологическая модель. Корпусная часть» специалисты ПКБ ведут: анализ и структурирование задач автоматизации, решаемых на основе технологической модели корпуса корабля; оценку существующих методов автоматизированного задания технологических параметров в программном комплексе; исследование вопроса назначения технологических параметров в процессе технологической подготовки производства; разработку алгоритмов решения задач подготовки производства на основе технологической модели корпуса корабля.
Разработка и внедрение новых программных продуктов и решений на основе использования электронных моделей позволяют сокращать сроки подготовки производства и повышать качество разработанной документации.
Метод конечных элементов
В ПКБ ведется разработка параметрической модели постановки кораблей в сухой и плавучий доки для расчетов методом конечных элементов распределения и оптимизации нагрузок на доковые опорные элементы. Ранее расчет нагрузок, действующих на док и судно при доковании, базировался на громоздких методах решения дифференциального уравнения изгиба корпуса корабля как непризматической балки на упругом основании переменной жесткости. В настоящее время ПКБ «Севмаш» совместно с Северным Арктическим федеральным университетом имени М.В. Ломоносова ведет научно-практическую работу, нацеленную на создание специализированного программного обеспечения, базирующегося на параметрической модели, которое позволит повысить эффективность процесса проектирования доковых опорных устройств и судоподъемного оборудования для строящихся и ремонтируемых заказов.
Выполненные нашими специалистами исследования в области статически неопределимых систем большого порядка позволили в сжатые сроки предложить решение неравномерного распределения подъемной силы понтонов на корпус корабля проекта 11442М при спуске его на воду в 2020 году. Предложенный метод позволил исключить глубокую модернизацию судоподъемной оснастки (упоры, понтоны), что обеспечило вывод заказа в директивные сроки.
Модальные параметры
Разработка и внедрение методики контроля эффективности низкочастотной виброобработки сварных металлоконструкций по стабилизации модальных параметров тоже в числе интересов наших специалистов. После сварки в металлоконструкциях появляются нераспределенные остаточные напряжения, вследствие чего возможны такие негативные последствия, как изменение формы и размеров. С целью снижения остаточных напряжений конструкции подвергаются низкочастотной вибрационной обработке, сущность которой заключается в воздействии на конструкцию знакопеременными нагрузками на резонансных или околорезонансных частотах. В результате снижаются уровни остаточных напряжений, стабилизируются форма и размеры конструкций.
Наиболее распространенным способом контроля эффективности низкочастотной виброобработки является отслеживание изменений остаточных напряжений в конструкциях методом рентгеновской дифрактометрии напряженного состояния. Однако этот способ требует больших временных и финансовых затрат в силу длительности процесса измерений и дороговизны оборудования. Вследствие чего такому контролю подвергается выборочно лишь небольшая часть серийно изготавливаемых Севмашем сварных металлоконструкций. Исследования, проведенные специалистами ПКБ «Севмаш», показали, что модальные характеристики обрабатываемых конструкций обладают хорошей чувствительностью к виброобработке, а их стабилизация может быть выбрана в качестве критерия ее достаточности. Современные цифровые анализаторы динамических сигналов измеряют модальные характеристики практически в реальном времени, что позволяет внедрить 100-процентный контроль эффективности виброобработки. В ближайшей перспективе планируется приобретение и освоение новых комплексов низкочастотной виброобрабоки, оснащенных многоканальной цифровой измерительной системой.
Наши специалисты постоянно участвуют в заводских, отраслевых, региональных и общероссийских научно-технических конференциях и конкурсах, в которых часто становятся победителями или занимают призовые места. Уверен, что и в дальнейшем научное направление деятельности ПКБ «Севмаш» будет эффективно развиваться на пользу отечественного кораблестроения.
Владимир НЕКРАСОВ,
доктор технических наук, начальник сектора ПКБ «Севмаш».
Фото Олега Перова.