Роль промышленности и НИИ РАН в решении проблем АЗ

Роль предприятий промышленности и институтов РАН в решении проблем акустической защиты Советских и Российских подводных лодок

Предприятия судостроительной промышленности и институты АН СССР

Введение: В ходе акустического проектирования устанавливается взаимосвязь между физико-техническими элементами подводной лодки, как сложной динамической колебательной системы, и заданными параметрами шумности. Установить такую взаимосвязь представляется возможным только на основе использования теоретических достижений в области корабельной акустики (создание адекватных физико-математических моделей шумоизлучения, расчетных методик, проектных проработок и т. д.), изготовления и реализации на ПЛА оптимального комплекса средств конструктивной корабельной акустической защиты (виброизоляторов, акустических покрытий, патрубков, рукавов, виброизолирующих подвесок и т. д.), разработки и внедрения малошумного энергооборудования и движительных комплексов.
Этими вопросами, в частности, и занимается головной институт судостроительной промышленности ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, основанный в 1894 г. и получивший статус Государственного научного центра Российской Федерации в 1994 г. Инфраструктура института расположена на площади более 80-ти гектаров и включает в себя лаборатории, опытные производства, опытовые бассейны, кавитационные и гидродинамические трубы для испытания движителей, многочисленные стенды для проведения вибрационных, акустических и других исследований, различные экспериментальные установки и т. д.
В 70-е годы прошлого века были организованы филиалы института в Севастополе и Чкаловске, а также испытательные станции в г. Приморске (Лен. обл.) и в Сухуми. В 1982 г. было введено в эксплуатацию построенное для института научно-исследовательское судно «Академик Алексей Крылов».
К основным работам ЦНИИ им. А.Н.Крылова, направленным на повышение скрытности и защищенности по физическим полям подводных лодок и надводных кораблей, можно отнести:
– разработку усовершенствованной физико-математической модели шумоизлучения подводной лодки;
– разработку принципов создания малошумного оборудования для ПЛ;
– исследования по обоснованию выбора типа и оптимальных характеристик движителей для перспективных кораблей;
– разработку и совершенствование методов выявления источников подводного шума с использованием новых измерительных систем;
– разработку методов комплексной оценки защищенности подводных лодок и надводных кораблей от средств обнаружения и противокорабельного оружия и выработку рекомендаций по целесообразным объемам средств защиты;
– разработку комплексных требований по вибрации, динамическим силам и воздушному шуму, предъявляемым к корабельным механизмам, оборудованию и системам;
– исследование и разработку гидроакустичских покрытий и схем нанесения покрытий на корабельные конструкции;
– выявление источников гидроакустического поля и помех работе ГАС, определение путей снижения шумности перспективных подводных лодок;
– разработку научных основ обеспечения стабильности подводного шума подводных лодок, обусловленного работой виброактивных механизмов, движительного комплекса и другими источниками на малошумном режиме движения;
– экспериментальное исследование параметров шумоизлучения подводных лодок, от которых зависит дальность их обнаружения перспективными гидроакустическими комплексами, разработку методов натурного измерения этих параметров;
– разработку научно обоснованных требований к защите кораблей по гидроакустическому полю.
Следует отметить хотя бы две особенности работы промышленности, над решением проблемы акустической защиты кораблей в период 1970–1990 г.г.:
– задание жестких требований ВМФ по шумности кораблей III поколения сочеталось с сохранением (не всегда оправданных) жестких требований к другим традиционно значимым параметрам: скорости полного хода, надежности, предельных углов крена и дифферента, глубины погружения и т. д.;
– отсутствие трудностей с финансированием работ общегосударственного оборонного значения.
И если второе обстоятельство способствовало решению проблемы шумности, то первое затрудняло ее решение и требовало привлечения к решению этой проблемы мощного научного потенциала. Поэтому руководство Минсудпрома и возложило всю ответственность за обесшумливание кораблей на головной институт судостроительной отрасли (далее работа ЦНИИ им. А.Н.Крылова приводится по купированному материалу статьи Э.Л.Мышинского «Снижение шумности отечественных ПЛ»).
Учеными ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова был подготовлен комплект методической и нормативной документации, обеспечивавший все стадии создания малошумных энергетических установок. Коллектив сотрудников Отделения акустики, возглавляемого М.Я.Мининым, В.С.Петровским, В.С.Ивановым, Э.Л.Мышинским, В.К.Ильковым выполнил фундаментальную исследовательскую работу, на базе которой были сформированы требования и рекомендации по созданию малошумных энергетических установок, а также выпущены методики расчета систем их акустической защиты. Значительный вклад в эту работу, помимо основного инициатора и генератора идей – начальника лаборатории В.И.Попкова, внесли А.В.Ионов, Н.А.Кузнецов, В.В.Черноберевский, В.И.Голованов, А.Я.Ким и др.
На базе мировых разработок и опыта отечественной промышленности коллективом сотрудников во главе с Е.Н.Афониным и К.С.Новожиловым было создано руководство по проектированию малошумных машин для ПЛ, которым пользовались все проектанты, привлекаемые к созданию такого рода оборудования; в тесной кооперации со специализированными организациями были созданы отдельные руководства по проектированию конкретных механизмов.
Средства акустической защиты, в первую очередь основные виды виброизоляторов, также были разработаны ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова. В создание десятков типов амортизаторов, рукавов, патрубков, муфт, подвесок и других средств виброизоляции вложили свой талант и труд Н.Г.Беляковский, И.Л.Орем, В.Р.Попинов, Б.П.Полонский, А.И.Комаров, Б.С.Гаджиев и многие другие ученые и конструкторы. Работа по созданию амортизаторов для ПЛ велась в тесной связи с сотрудниками 1 ЦНИИ МО  Н.В.Капустиным, В.Н.Пархоменко, А.В.Авринскими др.
Основы создания малошумных гребных винтов были заложены А.Д.Перником, И.Я.Миниовичем, В.Ф.Бавиным. Большая серия малошумных гребных винтов для различных подводных лодок была создана на базе исследований Б.А.Бискупа, С.П.Чекалова, А.С.Горшкова и Ю.Л.Левковского. Существенное снижение роли гребных винтов в шумоизлучении ПЛ III поколения было достигнуто благодаря работам С.Ф.Абрамовича, К.Н.Пахомова, В.А.Меркулова, Г.В.Удалова.
Огромная работа была проведена по созданию акустических покрытий, которые были эффективны начиная со сравнительно низких частот и сохраняли эффективность до больших глубин погружения. В этих исследованиях значительные результаты были получены В.Т.Ляпуновым, М.Н.Кузьмичевым, А.С.Пугачевым.
Основоположниками теории звукоизлучения судовых конструкций по праву можно считать корифеев отечественной акустики – Л.Я. Гутина и И.И. Клюкина.
Большую роль в организации решения проблемы снижения шумности ПЛ сыграли руководители ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова и его ведущих подразделений, особенно А.И.Вознесенский, Г.А.Матвеев, В.В.Дмитриев, В.М.Пашин, М.Я.Минин.
И наконец, доказать, что ПЛ малошумна, можно только в результате объективных измерений ее акустических параметров. Методики таких измерений – это прерогатива Военно-Морского Флота, но создавались они в непосредственном сотрудничестве с головным научным центром судостроения. Основные авторы этих методик – М.Б.Якубовский, В.А.Постников, Б.Н.Машарский и др.
Все это многообразие перечисленных научных направлений и исследований было выполнено в рамках комплексных, упомянутых ранее, программ научно-исследовательских и опытно-конструкторвских работ по снижению заметности подводных лодок. Пятилетние программы утверждались правительством, организационно они управлялись 1 ЦНИИ МО и ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, большую роль в обеспечении четкости проведения работ сыграли руководители программ Г.А.Хорошев, Л.П.Седаков, В.П.Ольшанников, А.В.Романенко.
В советский период развития ВМФ проектирование подводных лодок осуществлялось тремя конструкторскими бюро: ЛПМБ «Рубин», СПМБМ «Малахит», ЦКБ «Лазурит». В силу сложившихся обстоятельств с 60-х годов прошлого века наиболее авторитетным в области атомного подводного кораблестроения являлось ЛПМБ «Рубин». Именно оно, в основном, и определяло концепцию проектирования советских атомоходов. В отечественном флоте, в отличие от флотов НАТО, было отдано предпочтение двухвальным и двухкорпусным подводным лодкам. Другими словами, приоритет отдавался надежности и живучести по отношению к скрытности и уязвимости.
Что касается вальности, то было общепризнано, что с точки зрения шумности, одновальные лодки малошумнее. Поэтому даже в требованиях ВМФ к двухвальным ПЛ вводились поправки на повышенную шумность.
Несколько сложнее обстояло дело с количеством корпусов. Прагматичные конструкторы, проектируя подводные лодки, предпочитали вместе с использованием отработанных технологий поэтапно модернизировать ПЛА предшествующих поколений, не затрагивая в целом концепции их проектирования.
Такая эволюционная философия проектирования позволяла постепенно достигать улучшений основных ТТЭ без значительного технологического риска.
В части количества корпусов в этом плане дело обстояло следующим образом. До введения ядерной энергетики практически все боевые ПЛ были двухкорпусной конструкции. Межкорпусное пространство обеспечивало достаточный объем для размещения дизельного топлива, балласта и баллонов ВВД. Так как ПЛА перестали нуждаться в больших объемах для размещения топлива в межкорпусном пространстве, то необходимость в двухкорпусной конструкции отпала.
В конце 50-х годов прошлого века западные проектанты отказались от разработки проектов двухкорпусных ПЛ и стали создавать однокорпусные с внутренним набором, при этом поверхность прочного корпуса образовывала наружные обводы ПЛ на большой части длины. Предпочтение однокорпусной ПЛ было отдано вследствие меньшего конструктивного веса и меньших размеров при заданном внутреннем объеме прочного корпуса. Это же обеспечивает и меньшую смоченную поверхность, позволяя развивать большую скорость в подводном положении при заданной мощности энергетической установки.
Меньшая смоченная поверхность однокорпусной ПЛ одновременно обеспечивает и уменьшение шумов обтекания по сравнению с двухкорпусной. Однако, переход к однокорпусным ПЛ потребовал и определенных издержек:
– запас плавучести снизился с 25–35% до 9–13% от надводного водоизмещения, что ограничивает объемы затопления, которые ПЛ может выдержать.
– прочный корпус больше не защищал легкий корпус от навигационных и т.п. повреждений и воздействия оружия.
Решение сохранить двухкорпусную концепцию – принципиальное решение, направленное на обеспечение безопасности в мирное время и повышение боевой устойчивости при получении повреждений. Советские конструкторы считали, что эволюционный путь развития в конце концов позволит им сохранить характеристики боевой устойчивости двухкорпусных ПЛ и достичь у них скоростных и шумностных характеристик однокорпусных.
Говоря о роли сотрудников бюро в совершенствовании акустической защиты подводных лодок, нужно отметить, что в ЛПМБ «Рубин» существовал специализированный акустический отдел, который последовательно возглавляли: Соболев Е.А., Веселухин А.А., Байков Э.В., Фатеев Н.А., Денисов В.Д. Общую техническую политику по комплексному проектированию подводных лодок с учетом их акустической защиты в период с 1974 г. по 1990 г. осуществлял Карпов Э.Г. Он постоянно участвовал в работах МВК, Советов, Комиссий по вопросам разработки и внедрения САЗ. Большой вклад в техническую политику по проектированию акустической защиты кораблей внес также Малютин А.А.
Созданию механизмов, обладающих виброакустическими характеристиками, удовлетворяющими требованиям ВМФ, в «Рубине» уделялось особое внимание, т. к. в этом направлении деятельности бюро являлось базовым в обрасли. В части создания малошумных механизмов и оборудования можно отметить успешную работу сотрудников акустического отдела Носова Н.А., Виноградова С.К., Чейгиной К.К.
Шумность подводных лодок проектов 949 (949-А) была значительно снижена в ходе их серийного строительства. Заслуга в этом принадлежит не только акустикам бюро, но и Генеральному конструктору ЦКБ МТ (ЛПМБ) «Рубин» Баранову И.Л. Снижению шумности «Гранитов» и «Антеев» он уделял исключительное внимание. Только традиционный для бюро архитектурный облик этих подводных лодок не позволил им стать самыми малошумными в ВМФ СССР.               
Для подводных лодок, спроектированных конструкторами СПМБМ «Малахит», характерны: одновальная главная энергетическая установка, пониженные обороты вращения гребного вала, акустически оптимизированные обводы наружного корпуса, акустически «освобожденная» носовая оконечность ПЛА, обеспечивающая низкие уровни помех работе ГАК, амортизированные зональные блоки для виброактивного энергетического оборудования.
Говоря об акустиках СПБМ «Малахит», Г.Д.Морозкина хотелось бы отметить особо. Работая в бюро с 1957г., он исключительное внимание уделял натурным акустическим испытаниям подводных лодок на флотах, длительное время работал главным конструктором по специальной защите, являлся одним из наиболее авторитетных специалистов отрасли по вопросам акустического проектирования. В 1998 г. будучи инженером, Геннадий Дмитриевич представил в ученый совет ВМИУ им. В. И. Ленина диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук. Однако члены Совета сочли возможным, учитывая особые заслуги соискателя, присудить ему за работу степень доктора технических наук. Президиумом ВАК решение совета было признано справедливым и утверждено.
Достойный вклад в создание малошумных отечественных подводных лодок внесли и сотрудники ЦКБ «Лазурит». Расположенное в г. Горьком бюро работало в специфических условиях отдаленности от научных центров отечественного судостроения, многие из которых располагаются в г. Ленинграде. Отсутствие появившихся во второй половине 90-х годов средств связи и передачи информации не способствовало оперативному решению сотрудниками бюро проблемных технических и организационных вопросов.
Несмотря на это, акустики ЦКБ активно взаимодействовали с ЦНИИ им. А.Н.Крылова, 1 ЦНИИ МО, институтами АН СССР, многими предприятиями промышленности. Деятельность акустического подразделения бюро, возглавляемого кандидатом технических наук Постновым А.А., особенно активизировалась после того, как по линии АН СССР проблему обесшумливания ПЛ начал курировать председатель Совета по «Гидрофизике», директор горьковского ИПФ АН СССР академик Гапонов-Грехов А.В. В это время ИПФ и ЦКБ провели большой объем научно-практических исследований. Обширные натурные измерения шумности ПЛА по специальным программам проводились на Северном флоте.
Принятие новаторских технических решений в области обесшумливания ПЛ (к сожалению, не всегда доведенных до металла) стало возможным благодаря тому, что вопросам акустической защиты подводных лодок уделяли большое внимание руководители бюро и главные конструкторы проектов: Кваша Н.И., Лавковский С.А., Витюгов Г.В., Постнов А.А., Краснопольский Л.Н., Лафер Р.И. и др.

Отдел главного акустика и НИСКБ «Спектр» Северного машиностроительного предприятия

В отечественной судостроительной промышленности «Северное машиностроительное предприятие» является крупнейшим заводом и по праву считается «Флагманом отрасли». В проектном задании на его строительство, утвержденным Наркомом тяжелой промышленности в 1937 году, этот завод определен, как «крупнейшее судостроительное предприятие по строительству кораблей всех классов и назначения». Однако, подводные лодки были и остаются основной продукцией СМП. Построенные на предприятии ПЛА всех поколений составили основу боевой мощи советского ВМФ. Завод-строитель кораблей, по существу, является последней инстанцией обеспечивающей кораблям высокие показатели акустической скрытности и защищенности. Специализированные подразделения (отделы главного акустика (ОГАК), акустические лаборатории и др.) заводов осуществляют проведение работ, направленных на достижение заданных Военно-Морским флотом параметров шумности и оказывает помощь в поддержании на требуемом уровне этих параметров в период эксплуатации кораблей.
Сформированное на СМП в 70-е годы прошлого века подразделение главного акустика завода может считаться образцовым подразделением судостроительной отрасли. Большие усилия для его создания были приложены А.И.Селезским, А.Я.Альпиным, Е.П.Алексеевым, Б.В.Борисовым, Н.К.Егоровым и многими другими. ОГАК (входящее в него бюро испытаний) обеспечивает все работы, связанные с испытанием кораблей в соответствии с РКНШ (РКШ, ИКНШ): швартовные испытания механизмов, проверку эффективности амортизирующих конструкций и креплений, измерение и контроль подводного шума в период ЗХИ и государственных испытаний. Бюро опытных и специальных работ осуществляет акустические доводки кораблей в период их сдачи и в порядке оказания технической помощи флотам. Специалисты ОГАК выполняют большой объем госбюджетных НИОКР и работ по хоздоговорам. По инициативе и с участием акустиков на заводе был создан и в последствии модернизирован ИИК «Измеритель», разработаны многие образцы современной контрольно-измерительной и анализирующей аппаратуры. Опытные специалисты бюро технического обслуживания ОГАК осуществляют ремонт, поверку и калибровку аппаратуры. В состав отдела входит лаборатория промышленных шумов и вибраций, производственный участок по созданию упругих элементов из плетено-пресованной проволоки для специальных виброизоляторов и т.д.
Наибольший вклад в становление, развитие и успешное функционирование ОГАК внес возглавляющий этот отдел более 30 лет Б.В.Борисов. В середине 80-х годов прошлого века все крупнейшие судостроительные заводы в нашей стране имели отделы главного акустика или аналогичные ему подразделения.
Говоря о СМП, нельзя не остановиться на созданной там производственно экспериментальной базе для изготовления, испытания и обеспечения серийного производства корабельных средств конструктивной акустической защиты.
Приказом по Минсудпрому от 20.12.1975 г. №614 на базе специализированного конструкторского бюро проектирования подшипников, на ПО «Севмашпредприятие» было образовано НИСКБ «Спектр», которое возглавил А.Я.Алыпин, доктор технических наук, профессор.
Работы проводились совместно с ведущими проектными организациями: ЛПМБ «Рубин», СПМБМ «Малахит», ЦКБ «Лазурит», а также с НИИ, ВУЗами такими, как ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, 1 ЦНИИ МО, АКИН, НИИРП, НИКТИ, ЛКИ, АЛТИ и рядом других, что позволило оперативно внедрять в практику проектирования научно-исследовательские разработки.
Предложена комплексная система амортизации оборудования в составе единого «Моноблока».
С точки зрения акустических свойств, основными преимуществами конструкции ПЛ «Моноблок», являются следующие:
1. Наиболее полный охват средствами виброизоляции и вибродемпфирования источников, путей распространения вибрации и шума, частотного диапазона их проявления.
2. Оптимальное конструктивное сочетание средств виброизоляции и вибродемпфирования.
3. Ограниченное применение виброизоляции конструкций и креплений.
4. Ограниченное число контактов моноблоков с прочным корпусом, частотная настройка моноблоков.
5. Минимальное число контактов не опорных связей с прочным корпусом.
6. Передача упора гребного винта непосредственно на моноблок, имеющий большую массу и эффективную виброизоляцию от прочного корпуса.
7. Упругая развязка дейдвуда.
8. Проотсечные звукоизолирующие обечайки для снижения ВШ.
9. Расширение возможностей акустической диагностики, расчетных оценок, использования метода взаимности для составления карты динамических сил и импедансов.
Успехи отраслевых НИИ и ЦКБ-проектантов в значительной мере были связаны с успехами фундаментальных и поисковых исследований, которые выполнялись преимущественно институтами АН СССР. К основным работам, проведенным академическими институтами в обеспечение решения проблемы защиты кораблей по физическим полям можно отнести указанные ниже работы.

Акустический институт им. акад. Н. Н. Андреева:

– разработка новых методов математического моделирования гидроакустических полей;
– разработка научных основ методов адаптивной многоканальной компенсации гидроакустических полей подводных лодок на основе использования микропроцессорной техники;
– разработка методов активного гашения низкочастотных полей пространственными приемоизлучающими ракетками;
– разработка методов измерений параметров ближнего и дальнего гидроакустических полей и расчета дальности обнаружения подводных лодок;
– разработка методов определения с использованием принципа взаимности вклада механизмов в гидроакустическое поле подводной лодки и разработка научно-обоснованных требований к средствам измерений методом взаимности;
– исследование звукоизоляции корпусов подводных лодок с целью ее улучшения в области низких частот с помощью вибропоглощающих покрытий и средств компенсации;
– исследование возможности использования эхосигналов на низких частотах, обусловленных колебаниями корпусов подводных лодок, а также разработка новых методов математического моделирования низкочастотного гидролокационного поля;
– исследование и создание эффективных средств снижения вибрации корабельных трубопроводов;
– прогнозирование развития гидроакустических средств обнаружения эвентуального противника.
Наиболее известными специалистами-акустиками института являются: Н.Н.Андреев, Л.М.Бреховских, Л.Д.Розенберг, Б.Д.Тартаковский, В.С.Григорьев, Ю.М.Сухаревский, Н.А.Грубник, Д.И.Кряжев, Н.А.Дубровский, Г.Д.Малюжинец, М.А.Исакович, Л.А.Чернов, А.В.РимскийКорсаков, В.И.Мазепов и др.

Институт машиноведения АН СССР им. акад. Благонравова:

– исследование физических основ формирования, измерения и контроля виброакустической активности и контроля виброакустической активности системы «БПТУ-валопровод-винт-корпус-жидкость»;
– научное обоснование путей снижения виброактивности машин с учетом их динамических и конструктивных схем, природы источников вибраций и особенностей проявления виброактивности в энергетических установках подводных лодок;
– разработка и исследование методов направленного воздействия на когерентные свойства виброакустических процессов, генерируемых при работе механизмов и гребных винтов подводной лодки;
– разработка научно-обоснованных требований к виброакустическим характеристикам механизмов и оборудования на базе расчетных и экспериментальных материалов;
– разработка алгоритмов управления системами устройств виброгашения.
Наиболее известными специалистами-акустиками института являются: Генкин М.Д., Фролов К.В., Тарханов Г.В., Тайчер С.С., Глазов Ю.Е., Айрапетова Э.Л., Косырев О.И., Волжинский М.Н., Яблонский В.В., Луценко В.И., Чистяков А.Г., Соколова А.Г., Апархов В.И.

Институт проблем механики АН СССР и НИИ механики и прикладной математики РГУ:

– исследование вибраций корпусных конструкций подводных лодок с учетом влияния резонансных явлений и потерь колебательной энергии;
– расчетное моделирование гидроупругих колебаний составных оболочечных конструкций.
Наиболее известными специалистами-акустиками институтов являются – Гольденвайзер А.Л., Чернышев Г.Н., Попов А.Л., Софроненко В.Г., Авербух А.З., Юдин А.С., Ворович И.И., Голованов В.А., Музыченко В.В., Пекер Ф.Н., и др.
Последним из академических институтов к решению проблемы обесшумливания подводных лодок присоединился Институт прикладной физики АН СССР. Его участие в этой работе освещено в специальной литературе и поэтому в настоящей статье на нем не останавливаемся.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.Н.Пархоменко Избранные статьи по вопросам скрытности и защищенности кораблей по физическим полям. Издательство «Моринтех», С.-Пб, 2002 год.
2. В.Н.Пархоменко, С.П.Сазонов. Важнейший элемент инфраструктуры флота. Издательство «Моринтех», С.-Пб, 2002 год.
3. Ус ы с к и н А. К. Военное кораблестроение и атомная энергетика. М: РКЦ «Курчатовский институт», 1996 г.