Перспективный авианосец - НЕДОРОГО! Часть I - энергетика и пропульсивный комплекс
В связи с опубликованными в "Известиях" свежими догадками о возможной стоимости ремонта ТАКР "Адмирал Кузнецов": "...по предварительным оценкам ремонт «Кузнецова» обойдется не менее чем в 65 млрд рублей. Не исключено, что цифра будет скорректирована в сторону увеличения" Я решил написать пост пару тройку постов с соображениями о том, как можно снизить стоимость строительства и последующей эксплуатации перспективных авианосцев ВМФ России.
Мысль вынесенная мною в заголовок поста конечно же вызывает отторжение. Мы все убеждены что современный авианосец - дорогое удовольствие. Если речь конечно же вести не о гибриде десантного корабля и лёгкого авианосца ("Хуан Калос I" как пример), пригодном для базирования самолётов короткого взлёта и вертикальной посадки (СКВВП). Такой гибрид Испания в прошлом десятилетии построить всего за несколько сот миллионов евро, а позднее успешно продала свои проект Австралии и Турции.
Если речь заходит о полноценном многоцелевом авианосце, призванном силами базирующейся на его борту авиации решать задачу завоёвывания господства на море и превосходства в воздухе в заданном районе океанских (морских) театров военных действий (ТВД), о корабле способном для решения этой задачи обеспечить пиковую интенсивность боевой работы палубной авиации не менее двухсот самолёто-вылетов в сутки, все мы знаем - это дорого. Такую пиковую интенсивность боевой работы палубной авиации в ~200 самолётовылетов в сутки сегодня технически способны обеспечить только авианосцы типа "Честер У. Нимиц", а будущем, если удастся успешно побороть все детские болезни проекта, окажутся способны обеспечить авианосцы типа "Джеральд Форд". При этом известные затраты на строительство последнего авианосца типа "Нимиц" (6,2 млрд. долларов) и головного "Джеральда Форда" (около 13 млрд. долларов без учёта стоимости НИОКР) совершенно точно убеждают нас - дорого!
При этом отмечу, упомянуты выше авианосцы, американские. Сегодня американские кораблестроители строят не только очень дорогие авианосцы, но, и очень дорогие ДВКД типа "Сан-Антонио", при средней стоимости строительства в ~1.6 млрд. долларов обошедшиеся в разы дороже уже упомянутого испанского "Хуан Карлоса I". Современное американское кораблестроение - это дорого! ВМФ России заинтересован в получении в свой состав полноценных многоцелевых "тяжелых" авианосцев рассчитанных в том числе и на решение задачи завоевания господства на море и превосходства в воздухе в заданном районе Мирового океана, но конечно не по "американской" цене.
Ниже я попытаюсь разобраться как можно снизить стоимость строительства и эксплуатации "тяжелого" многоцелевого авианосца и при этом всё же получить корабль способный обеспечить пиковую интенсивность боевой работы базирующихся на нём палубных самолётов не менее чем в 200 самолёто-вылетов в сутки.
Прежде всего следует отметить что искомый корабль будет большим, сходным по водоизмещению авианосцам типа "Нимиц". На корабле меньшего водоизмещения попросту невозможно базировать авиагруппу способную совершить за сутки искомое количество самолёто-вылетов. Стоит отбросить любые экзотические мнококорпусные варианты - катамараны, тримараны, полутримараны, САР и т.п., тем более вариант с воздушной подушкой (скегами). Всё это дорого в проектировании, строительстве и эксплуатации. Выбор экономного заказчика - классический однокорпусной авианесущий корабль.
Как можно снизить строительную стоимость и эксплуатационные затраты для классического однокорпусного авианосца? Начать пожалуй стоит с энергетики. Корабль должен быть оснащен уже существующей главной энергетической установкой (ГЭУ), которую не требуется разрабатывать и осваивать её производство. Выбор тут небольшой, или проектируемая реакторная установка атомного ледокола "Лидер" проекта 10510 РИТМ-400:
Или проектируемая реакторная установка перспективного многоцелевого боевого надводного корабля океанской зоны (шифр опять же "Лидер"), как считаю, военная модификация реакторной установки РИТМ-400.
Во всяком случае сегодня нам известны параметры РИТМ-400, вот от них и будем плясать. При суммарной тепловой мощности двух реакторов 700 МВт РИТМ-400 способна обеспечить мощность 110-130 МВт на гребных валах. Мало? При современных достижениях науки гидродинамики - вполне достаточно. Учёные ФГУП "Крыловский государственный научный центр" разработали новую форму обводов подводной части корпуса боевых кораблей, которая позволяет снизить потребную мощность их главных энергетических установок на скорости около 30 узлов приблизительно на 25 процентов:
Ещё несколько процентов снижения потребной мощности можно получить за счёт применения главных винторулевых колонок (ГВРК). Особо эффективными можно признать ГВРК с в гребным винтом (ГВ) или обтекателем с крыльевыми элементами (ОКЭ) в насадке:
"Эффективность работы ГВ в насадке может быть еще более повышена применением ОКЭ за счет экономии потребляемой мощности на 4 - 5 % при нагрузке и свободном движении судна на 7 - 8 %."
Винторулевую колонку Inovelis™ подобного типа, с использованием технологий отработанных при создании водометных движителей французских атомных ПЛ, даже собирались поставить на ДВКД "Диксмюд" типа "Мистраль":
Но НИОКР затянулись.
Дальнейшим развитием ГВРК с кольцевой насадкой видимо могут стать ГВРК с кольцевым приводом. Двигательно-движительный комплекс с кольцевым приводом, разработку которого ведёт компания "Дженерал дайнэмикс электрик боут", представляет собой многолопастной движитель, заключенный в направляющую насадку. Внешние кромки лопастей крепятся к внешнему кольцу, в котором расположен ротор электродвигателя на постоянных магнитах с радиальным потоком. Это кольцо - ротор, вращающийся в направляющей насадке, внутри которой заключен статор электродвигателя. Ротор и статор независимо друг от друга изолированы от морской воды («воздушный» зазор между ними заполнен водой). Это позволяет ДДК быть полностью погруженным в воду без использования в его конструкции вращающихся уплотнений. Ось ротора и подшипники располагаются в относительно небольшой ступице, которая свободно затоплена морской водой и удерживается через набор неподвижных лопастей статора кольцевой насадкой. Лопасти статора также обеспечивают выравнивание вихревого потока, вызываемого лопастями винта:
Движитель с кольцевым приводом (подробнее: Капитан-лейтенант А. Старков "Подводный флот ВМС США - состояние и перспективы развития" "Зарубежное военное обозрение" №1 2008 с. 59-61)
По моему я слишком увлёкся рассказывая о перспективных пропульсивных технологиях. Однако этот рассказ служит иллюстрацией того, что для достижения той же 30 узловой скорости хода перспективных кораблей с новыми обводами подводной части корпуса и новыми пропульсивными комплексами потребная мощность на валах может быть снижена примерно на 1/3.
Хорошо иллюстрирует что могут дать с точки зрения снижения потребной мощности на валах современные обводы корпуса и ГВРК построенный в 2004-м году 345 метровый (длиннее любого американского авианосца) трансатлантический лайнер Queen Mary 2 имеющий полное водоизмещение около 80 тыс. тонн. Для достижения 30 узловой скорости хода этому кораблю хватило всего 76 МВт мощности на валах.
Четыре ГВРК Mermaid лайнера Queen Mary 2, мощностью по 21.5 МВт каждая
Напомню что ГЭУ с реакторной установкой РИТМ-400 способна обеспечить не 76 МВт, а 110-130 МВт мощности на валах, на 45-71 процент больше.
Таким образом при создании и серийном строительстве нескольких многоцелевых атомных авианосцев для ВМФ России существуют подходы позволяющие сэкономить. Подход позволяющий сэкономить за счёт использования в проекте серийной АЭУ умеренной мощности рассмотрен выше. Исповедуя этот подход придётся использовать наработки по водометным движителям, а в перспективе по двигательно-движительным комплексам (ДДК) с кольцевым приводом отечественных атомных ПЛ (надеюсь что разработка ДДК с кольцевым приводом для перспективных отечественных атомных ПЛ уже ведётся).
Продолжение - Часть II
Мысль вынесенная мною в заголовок поста конечно же вызывает отторжение. Мы все убеждены что современный авианосец - дорогое удовольствие. Если речь конечно же вести не о гибриде десантного корабля и лёгкого авианосца ("Хуан Калос I" как пример), пригодном для базирования самолётов короткого взлёта и вертикальной посадки (СКВВП). Такой гибрид Испания в прошлом десятилетии построить всего за несколько сот миллионов евро, а позднее успешно продала свои проект Австралии и Турции.
Если речь заходит о полноценном многоцелевом авианосце, призванном силами базирующейся на его борту авиации решать задачу завоёвывания господства на море и превосходства в воздухе в заданном районе океанских (морских) театров военных действий (ТВД), о корабле способном для решения этой задачи обеспечить пиковую интенсивность боевой работы палубной авиации не менее двухсот самолёто-вылетов в сутки, все мы знаем - это дорого. Такую пиковую интенсивность боевой работы палубной авиации в ~200 самолётовылетов в сутки сегодня технически способны обеспечить только авианосцы типа "Честер У. Нимиц", а будущем, если удастся успешно побороть все детские болезни проекта, окажутся способны обеспечить авианосцы типа "Джеральд Форд". При этом известные затраты на строительство последнего авианосца типа "Нимиц" (6,2 млрд. долларов) и головного "Джеральда Форда" (около 13 млрд. долларов без учёта стоимости НИОКР) совершенно точно убеждают нас - дорого!
При этом отмечу, упомянуты выше авианосцы, американские. Сегодня американские кораблестроители строят не только очень дорогие авианосцы, но, и очень дорогие ДВКД типа "Сан-Антонио", при средней стоимости строительства в ~1.6 млрд. долларов обошедшиеся в разы дороже уже упомянутого испанского "Хуан Карлоса I". Современное американское кораблестроение - это дорого! ВМФ России заинтересован в получении в свой состав полноценных многоцелевых "тяжелых" авианосцев рассчитанных в том числе и на решение задачи завоевания господства на море и превосходства в воздухе в заданном районе Мирового океана, но конечно не по "американской" цене.
Ниже я попытаюсь разобраться как можно снизить стоимость строительства и эксплуатации "тяжелого" многоцелевого авианосца и при этом всё же получить корабль способный обеспечить пиковую интенсивность боевой работы базирующихся на нём палубных самолётов не менее чем в 200 самолёто-вылетов в сутки.
Прежде всего следует отметить что искомый корабль будет большим, сходным по водоизмещению авианосцам типа "Нимиц". На корабле меньшего водоизмещения попросту невозможно базировать авиагруппу способную совершить за сутки искомое количество самолёто-вылетов. Стоит отбросить любые экзотические мнококорпусные варианты - катамараны, тримараны, полутримараны, САР и т.п., тем более вариант с воздушной подушкой (скегами). Всё это дорого в проектировании, строительстве и эксплуатации. Выбор экономного заказчика - классический однокорпусной авианесущий корабль.
Как можно снизить строительную стоимость и эксплуатационные затраты для классического однокорпусного авианосца? Начать пожалуй стоит с энергетики. Корабль должен быть оснащен уже существующей главной энергетической установкой (ГЭУ), которую не требуется разрабатывать и осваивать её производство. Выбор тут небольшой, или проектируемая реакторная установка атомного ледокола "Лидер" проекта 10510 РИТМ-400:
Или проектируемая реакторная установка перспективного многоцелевого боевого надводного корабля океанской зоны (шифр опять же "Лидер"), как считаю, военная модификация реакторной установки РИТМ-400.
Во всяком случае сегодня нам известны параметры РИТМ-400, вот от них и будем плясать. При суммарной тепловой мощности двух реакторов 700 МВт РИТМ-400 способна обеспечить мощность 110-130 МВт на гребных валах. Мало? При современных достижениях науки гидродинамики - вполне достаточно. Учёные ФГУП "Крыловский государственный научный центр" разработали новую форму обводов подводной части корпуса боевых кораблей, которая позволяет снизить потребную мощность их главных энергетических установок на скорости около 30 узлов приблизительно на 25 процентов:
Ещё несколько процентов снижения потребной мощности можно получить за счёт применения главных винторулевых колонок (ГВРК). Особо эффективными можно признать ГВРК с в гребным винтом (ГВ) или обтекателем с крыльевыми элементами (ОКЭ) в насадке:
"Эффективность работы ГВ в насадке может быть еще более повышена применением ОКЭ за счет экономии потребляемой мощности на 4 - 5 % при нагрузке и свободном движении судна на 7 - 8 %."
Винторулевую колонку Inovelis™ подобного типа, с использованием технологий отработанных при создании водометных движителей французских атомных ПЛ, даже собирались поставить на ДВКД "Диксмюд" типа "Мистраль":
Но НИОКР затянулись.
Дальнейшим развитием ГВРК с кольцевой насадкой видимо могут стать ГВРК с кольцевым приводом. Двигательно-движительный комплекс с кольцевым приводом, разработку которого ведёт компания "Дженерал дайнэмикс электрик боут", представляет собой многолопастной движитель, заключенный в направляющую насадку. Внешние кромки лопастей крепятся к внешнему кольцу, в котором расположен ротор электродвигателя на постоянных магнитах с радиальным потоком. Это кольцо - ротор, вращающийся в направляющей насадке, внутри которой заключен статор электродвигателя. Ротор и статор независимо друг от друга изолированы от морской воды («воздушный» зазор между ними заполнен водой). Это позволяет ДДК быть полностью погруженным в воду без использования в его конструкции вращающихся уплотнений. Ось ротора и подшипники располагаются в относительно небольшой ступице, которая свободно затоплена морской водой и удерживается через набор неподвижных лопастей статора кольцевой насадкой. Лопасти статора также обеспечивают выравнивание вихревого потока, вызываемого лопастями винта:
Движитель с кольцевым приводом (подробнее: Капитан-лейтенант А. Старков "Подводный флот ВМС США - состояние и перспективы развития" "Зарубежное военное обозрение" №1 2008 с. 59-61)
По моему я слишком увлёкся рассказывая о перспективных пропульсивных технологиях. Однако этот рассказ служит иллюстрацией того, что для достижения той же 30 узловой скорости хода перспективных кораблей с новыми обводами подводной части корпуса и новыми пропульсивными комплексами потребная мощность на валах может быть снижена примерно на 1/3.
Хорошо иллюстрирует что могут дать с точки зрения снижения потребной мощности на валах современные обводы корпуса и ГВРК построенный в 2004-м году 345 метровый (длиннее любого американского авианосца) трансатлантический лайнер Queen Mary 2 имеющий полное водоизмещение около 80 тыс. тонн. Для достижения 30 узловой скорости хода этому кораблю хватило всего 76 МВт мощности на валах.
Четыре ГВРК Mermaid лайнера Queen Mary 2, мощностью по 21.5 МВт каждая
Напомню что ГЭУ с реакторной установкой РИТМ-400 способна обеспечить не 76 МВт, а 110-130 МВт мощности на валах, на 45-71 процент больше.
Таким образом при создании и серийном строительстве нескольких многоцелевых атомных авианосцев для ВМФ России существуют подходы позволяющие сэкономить. Подход позволяющий сэкономить за счёт использования в проекте серийной АЭУ умеренной мощности рассмотрен выше. Исповедуя этот подход придётся использовать наработки по водометным движителям, а в перспективе по двигательно-движительным комплексам (ДДК) с кольцевым приводом отечественных атомных ПЛ (надеюсь что разработка ДДК с кольцевым приводом для перспективных отечественных атомных ПЛ уже ведётся).
Продолжение - Часть II