Точка зору: як збільшити мореплавство і швидкість МРК
Малі ракетні кораблі сьогодні стають одними з наймасовіших бойових одиниць в ВМФ Росії. Не кажучи вже про знаходяться в строю радянських МРК, для потреб російського флоту паралельно будуються великими серіями "Буяни" (проект 21631) і "Каракурти" (проект 22800). Доктор технічних наук Віктор Дубровський підготував для FlotProm статтю, в якій розраховує варіанти збільшення мореплавства і швидкості кораблів цього класу за рахунок зміни форми корпусу.
Ризикну почати з ідеї, яку фактично схвалюють далеко не всі кораблебудівники: промисловість повинна поставляти ВМФ такі кораблі, які найбільшою мірою відповідають його потребам. Однак реалізація цієї ідеї можлива лише за тієї обов'язкової умови, що замовники, представники ВМФ, будуть максимально повно і детально знати сьогоднішні і, особливо, перспективні потреби флоту, а також ті можливості, які може надати застосування кораблів нових типів.
При цьому однією з сторін проблеми є крайня необхідність широкого технічного кругозору представників замовника, тому що усвідомлення перспективних можливостей сьогодні невіддільне від розуміння всього спектру можливостей, які з'явилися б при використанні різних нових типів кораблів.
Макет МРК проекту 22800
Треба мати на увазі, що сучасні надводні кораблі - це "носії місткості", кажучи загальними термінами. Це означає, що їх розмірено в основному визначаються не масою корисного навантаження, а площею палуб, необхідної для розміщення її та екіпажу (з урахуванням всіх площ, необхідних для управління кораблем і обслуговування його систем і пристроїв). Зазвичай сьогодні корисне навантаження надводних кораблів (НК) зі сталевим корпусом і надбудовами знаходиться в межах 10-15% повної водотоннажності, рідко перевершуючи 20%. Особливо великі потреби в чималій площі палуби (перш за все - верхній) у НК з авіаційним озброєнням, до складу якого сьогодні входять, перш за все, безпілотні літальні апарати.
Крім того, важливими оперативними якостями НК є досяжна швидкість ходу і можливість її підтримки в умовах морського хвилювання. Якщо перше досягається за рахунок сучасних енергетичних установок, то друге майже не залежить від наявних потужностей ЕУ і визначається характеристиками корпусу, а також наявністю систем заспокоєння качки. Відзначимо, що можливості таких систем щодо поздовжньої хитавиці принципово дуже малі у кораблів традиційного типу.
Відзначимо також, що швидкість ходу на хвилюванні достатньої інтенсивності практично завжди знижується (або змінюється курс, що подовжує маршрут) для забезпечення тих рівнів характеристик мореплавства, які потрібні для безпеки плавання і можливості функціонування всіх підсистем корабля, перш за все - корпусу і екіпажу. Це вплив тим більше, чим менше водотоннажність НК і гірше мореплавство, що визначається його архітектурно-конструктивних типом.
Таким чином, сьогодні НК повинен мати досить велику площу палуб, максимально високу мореплавство і високі ходові якості.
Всі ці якості простіше забезпечуються при використанні багатокорпусних НК, ніж при традиційних однокорпусних. Так що нижче в якості перспективних альтернативних варіантів НК, перш за все - малого та середнього водотоннажності, найбільш схильних до впливу хвилювання, розглядаються багатокорпусні НК різних типів.
Багаторічні дослідження і практика застосування декількох десятків побудованих об'єктів з малою площею ватерлінії показали їх істотні переваги в порівнянні з традиційними. Узагальнюючи, можна сказати, що багатокорпусні об'єкт з малою площею ватерлінії має таку ж мореплавство, як однокорпусний в 5-15 разів більшої водотоннажності (в залежності від ступеня малості площі ватерлінії, яку вдається забезпечити при виконанні всього комплексу вимог до НК).
Наприклад, на рис. 1 і 2 порівняні натурні дані про амплітудах кільової і бортовий качки традиційних кораблів водотоннажністю 1000 і 3000 т (корвета і фрегата) і 600-тонного корабля з малою площею ватерлінії (КМПВ), спроектованого в 70-і роки в якості експериментального (за даними модельних випробувань в морехідному басейні ЦНДІ ім. акад. А. Н. Крилова.). Розглядаються варіанти без заспокоювачем качки.
Мал. 1. Амплітуди кільової качки на зустрічному хвилюванні
Мал. 2. Амплітуди бортовий качки лагом до хвилі
Мал. 1. Амплітуди кільової качки на зустрічному хвилюванні: 1 - корвет, 1000 т, 12 вузлів; 2 - КМПВ, попутне хвилювання, 10 вузлів; 3 - те ж, зустрічне хвилювання, 10 вузлів; 4 - те саме, 18 вузлів; 5 - фрегат, 3000 т, 15 вузлів.
Мал. 2. Амплітуди бортовий качки лагом до хвилі: 1 - корвет, 1000 т; 2 - фрегат, 3000 т; 3 - КМПВ, 10 вузлів, 4 - те саме, 18 вузлів.
Очевидно не тільки перевага КМПВ, а й зворотна - по відношенню до однокорпусним - залежність качки від швидкості ходу: у КМПВ зростання швидкості призводить до зниження амплітуд качки. Так що для цих кораблів запас потужності реально викликає зростання швидкості на хвилюванні - на відміну від однокорпусних, де його неможливо реалізувати через необхідність зниження швидкості для підтримки потрібного рівня мореплавства.
Однак для передпроектного вибору одного або декількох типів НК, які доцільно вивчати більш детально, учасникам цього вибору треба якомога точніше розуміти потреби ВМФ, а також те, як їх забезпечення вплине на кінцеві ТТХ кораблів різних типів. При цьому неможливо обмежитися взаємодією проектантів з замовником тільки найбільш раннім етапом проектування. Ця взаємодія має бути постійним на передпроектних етапах, і доступним - на всіх наступних, тому що на всіх етапах проектування виникають альтернативні технічні рішення, що впливають на результати проектування.
Пропонується розглянути послідовність передпроектних рішень на прикладі малого ракетного корабля, МРК, оскільки він має невелику водотоннажність, а тому може бути замінений кораблем нового типу без особливих потрясінь основ суднобудування.
передпроектні рішення
В якості вихідного розглядаються МРК проекту 21631, що будуються в даний час. Спочатку інтерес саме до цього призначення корабля був викликаний виникненням питання: чи корисно подвоєння швидкості МРК з тактичної точки зору? Скажімо, для максимально швидкого підходу на відстань, рівну дальності дії ракет - і швидкого виходу із зони досяжності ударом? При дальності ураження морських цілей до 300 км швидкість до 50 вузлів може бути корисною в зазначеному вище сенсі. Однак поки доцільність такого різкого підвищення досяжної швидкості з тактичної точки зору не оцінена.
МРК "Углич", проект 21631 Буян-М
Без істотного підвищення швидкості перехід до одного з нових типів кораблів, як мінімум, дозволить домогтися більш-менш (залежно від типу) помітного підвищення мореплавства, що особливо корисно для малотоннажного корабля.
Більш висока мореплавство, разом зі збільшенням площі палуби, дозволить додатково прийняти авіаційне озброєння (безпілотники) і досить ефективно його використовувати.
Далі розглянуті можливі обмеження і вимоги, які можуть визначити вибір розглянутих типів. Відзначимо, що для забезпечення порівнянності всі варіанти повинні мати таку ж площу внутрішніх палуб в з'єднує корпусу платформі, яка площа внутрішніх палуб і платформ початкового варіанту. Крім того, передбачається той же комплект озброєння, тобто його маса, при виборі размерений грає роль корисного навантаження.
Очевидно, що обмеження довжини альтернативних варіантів відсутня. Однак осаду у вихідного корабля явно обмежена, і вплив цієї обставини слід розглянути. Така ж осаду може бути забезпечена:
- катамараном (двокорпусним кораблем з традиційними обводами корпусів);
- КМПВ при особливому виборі размерений;
- напів-КМПВ (коли носові частини корпусів мають малу площу ватерлінії, а кормові - звичайні обводи, що дозволяє зручно розмістити енергетичну установку (ЕУ) практично будь-якої необхідної потужності).
Катамаран буде краще традиційного варіанту, крім збільшеної площі палуб, за початковою поперечної остійності і по амплітудам бортовий качки (при приблизно рівних прискореннях цієї качки, що можна забезпечити раціональним вибором размерений). Невелика осаду може бути забезпечена і при застосуванні КМПВ, якщо висота його гондол (підводних водоизмещающих обсягів) буде прийнята рівною осаді при повній водотоннажності. При осаді, що дорівнює висоті гондол, КМПВ буде використовуватися на тихій воді, а на хвилюванні буде приймати водяний баласт для збільшення осадки, а тому - поліпшення мореплавства. Обсяг баласту при цьому відповідає приблизно половині повного обсягу стійок (тобто обсягу від гондоли до платформи). В цьому випадку висота головних двигунів може бути більше висоти гондол. Це змусить або переносити ЕУ в надводну платформу, або істотно збільшувати ширину стійок (і плавно зменшувати до країв, а проте невелика довжина корпусів може при цьому привести до неприйнятно великим кутах загострення ватерліній стійок, що збільшить буксирне опір). Зрозуміло, що збільшення ширини стійок означає і збільшення площі ватерлінії, що призведе до погіршення мореплавства.
Перенесення двигунів в платформу означає застосування більш складної і дорогої передачі потужності на рушії, наприклад, похилих валопроводов, або кутових редукторів, або електропередачі. Все це ускладнює і здорожує КМПВ з обмеженою осадкою.
Той же результат - збільшення площі ватерлінії і обумовлене цим погіршення мореплавства - матиме місце при використанні напів-КПМВ.
Таким чином, жорстке обмеження опади у вихідних даних обмежить кількість типів, форму обводів або можливі варіанти ЕУ.
Треба відзначити, що всі кораблі з обмеженою осадкою повинні мати відмітні рушії - як це було зроблено традиційний корабель.
Використання переваг КМПВ найдешевше обійдеться при відсутності обмежень опади.
Однією з умов, що впливають на вибір типу, в даному випадку є висота пускової установки основних ракет. Якщо ця висота більше 5 м, що не дозволить розмістити їх в межах двохярусного платформи, що з'єднує корпусу, то найбільш зручне використання варіанту з аутригерами; при цьому пускові установки будуть лінійно розміщені в надбудові над основним корпусом - з можливістю знаходження їх нижніх частин в стійці корпусу. При цьому аутригери і з'єднує їх з корпусом надбудова будуть додатковим захистом пускових установок.
Цей варіант може мати такий же головний двигун і рушій, як і вихідний однокорпусний прототип. Тоді можна очікувати зниження досяжної швидкості на тихій воді. Однак, за рахунок зниження втрат швидкості на хвилюванні, середня швидкість в морських умовах може залишитися практично тією ж.
Більш традиційно для бойових кораблів можна використовувати двохвальною ЕУ; при цьому буде забезпечена така ж швидкість на тихій воді, як у однокорпусного прототипу - за рахунок зростання потужності і підвищення пропульсивного ККД при збільшенні площі двох рушіїв в порівнянні з одним (при тій же осаді). При цьому збільшення сумарного гідродинамічного перетину рушіїв дозволить застосовувати гвинти замість більш дорогих і складних водометів. У цьому випадку також середня швидкість на хвилюванні буде вище, ніж у однокорпусного прототипу. Нарешті, може бути забезпечена приблизно в два рази вища досяжна швидкість КМПВ в порівнянні з традиційним прототипом - зрозуміло, з помітним збільшенням потужності ЕУ і водотоннажності корабля. Всі перераховані варіанти можуть мати додаткове озброєння, що має бути враховано як в вихідної величини корисного навантаження, так і в величині необхідної площі палуб.
Таким чином, в залежності від потреб замовника можуть бути розглянуті наступні альтернативні варіанти МРК при обмеженні опади:
- катамаран
- КМПВ з двома опадами, для тихої води і для хвилювання, з ЕУ в гондолах або в надводної платформі;
- напів-КМПВ (з малою площею ватерлінії носових частин і традиційними обводами кормових).
Якщо ж обмеження опади немає:
- КМПВ з аутригерами для того ж діапазону швидкостей, що і традиційний корабель, одновальний або двовальний;
- двокорпусний КМПВ з подвоєною, в порівнянні з традиційним кораблем, швидкістю повного ходу.
Корабель з малою площею ватерлінії "Sea Slice"
Нижче для прикладу коротко показані основні результати орієнтовного вибору размерений і очікувані характеристики двох останніх варіантів МРК.
Початкові дані
Однокорпусний прототип альтернативних варіантів має повну водотоннажність 949 т, найбільшу довжину 74,1 м, ширину 11 м, висоту борту 6,57 м, осадку 2,6 м, швидкість 25 вузлів при потужності ЕУ 7,35 мВт і Водомет.
При висоті борту 6,57 м в корпусі по висоті можуть бути розміщені одна або дві палуби; з помилкою в безпечну сторону, при оцінці площі внутрішніх приміщень, включаючи площу надбудови, припустимо наявність двох палуб. Тоді площа внутрішніх приміщень, без настилу другого дна, складе близько 1300 кв м.
Приймемо масу корисного навантаження, що дорівнює 15% повної водотоннажності, тобто приблизно 150 т.
Зазначені величини швидкості і потужності вважаємо вихідними при проектних дослідженнях.
Варіанти, що не мають обмеження по осаді
Мінімальна габаритна ширина варіантів, не схильних до обмеження опади, визначається по наступній вимозі до початкової поперечної остійності: крен не більше 10 градусів при стоянці лагом до вітру зі швидкістю 100 вузлів (що відповідає необмеженому району плавання).
КМПВ з аутригерами
При розміщенні пускових установок поблизу міделю приймемо таке ж розміщення аутригерів (для підвищення захищеності основного озброєння корабля). Такий стан оптимально для швидкостей в районі швидкості економічного ходу.
Застосування специфічної методики, що враховує особливості КМПВ, дозволяє визначити розмірено і характеристики КМПВ з аутригерами в нульовому наближенні.
Габаритна ширина цього варіанту визначається викладеним вище вимогою до початкової остійності.
Орієнтовна схема загального розташування МРК з аутригерами показана на рис. 3.
Мал. 3. Орієнтовна схема загального розташування МРК з аутригерами
КМПВ з "полугліссірующімі" обводами
Для істотного збільшення швидкості КМПВ необхідно використовувати нову форму обводів, що забезпечує швидкості аж до верхньої межі перехідного швидкісного режиму.
Істотно збільшена, в порівнянні з попередніми варіантами, потужність ЕУ вимагає збільшеної ширини стійок, а тому призводить до збільшення площі ватерлінії. Однак в розрахунковому режимі повного ходу корабель буде спливати до ватерлінії у верхньої кромки гондол, так що тут площа ватерлінії стійок трохи погіршить мореплавство тільки при невеликих швидкостях. Це погіршення повинно бути максимально компенсовано системою заспокоєння качки.
Орієнтовна схема цього варіанту КМПВ показана на рис. 4.
Орієнтовна схема КМПВ зі збільшеною швидкістю повного ходу