В России появится Национальный исследовательский центр судостроения. Как пояснил помощник президента России, председатель Морской коллегии Николай Патрушев, его создадут на базе расположенного в Петербурге Крыловского государственного научного центра. Новый НИЦ судостроения станет аналогом Курчатовского института или НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского», которые представляют собой особую форму организации и управления исследованиями для получения прорывных результатов в приоритетных областях науки и технологий.

Корреспондент «Петербургского дневника» почти целый день провёл в Крыловском научном центре, но сумел ознакомиться лишь с малой частью его возможностей для проведения испытаний не только в судостроении, но и смежных областях.

Бассейны на любой запрос

Одна из главных особенностей центра – большое количество опытовых бассейнов. Как поясняет начальник отделения гидроаэродинамики ФГУП «Крыловский государственный научный центр» Вячеслав Магаровский, создать один бассейн, который бы позволял проводить весь спектр испытаний, технически невозможно. Поэтому каждый выполняет свою функцию.

«Глубоководный – самый большой бассейн в мире. Он предназначен для определения ходкости судов, проектирования его корпуса и оптимизации обводов с точки зрения снижения сопротивления. В мореходном бассейне создаётся нерегулярное морское волнение возможное в любой точке мирового океана (в соответствующем масштабе) и определяется поведение судов на волнении, разрабатываются технические решения, направленные на снижение негативного воздействия волнения и снижения качки, а Ледовый бассейн создаёт любые арктические условия и предназначен в первую очередь для испытания ледоколов и судов арктических классов во льдах».

Мы идём по главному зданию в сторону основного бассейна центра – Глубоководного. Почти всё пространство сбоку занимают разные модели судовых корпусов. Они уложены на стеллажах в несколько ярусов. На яркой краске длинные чёрные номера.

«Это лишь малая часть тех моделей, которые у нас испытывались, – поясняет Вячеслав Магаровский. – На каждой есть свой номер. Они присваиваются по порядку, начиная с момента создания 130 лет назад Крыловского центра. За всю историю у нас испытано более двенадцати тысяч моделей».

Модели достаточно утилитарны, что отличает их от экспонатов в музеях. Но каждая – произведение технического искусства, над которым работали опытные мастера центра самой высокой квалификации. Сначала изготавливается деревянный каркас. Потом он обшивается пенопластом и обрабатывается. Обводы должны практически идеально повторять то, что предоставили на чертежах разработчики судна. Допустимая погрешность – 0,1 мм! В противном случае ни о какой высокой достоверности результатов испытаний говорить не приходится. Готовая модель красится, в неё устанавливается оборудование. После того она готова к испытаниям.

Сам Глубоководный бассейн, когда попадаешь в него первый раз, поражает воображение. Длина 1300 метров, ширина – 15, глубина – 7. Всё это результат точного расчёта. Ширина выбиралась исходя из того, чтобы волна, которая возникает при движении модели, при отражении от стенок не влияла на результат. Глубина подбиралась так, чтобы избежать влияния дна при движении.

По обоим берегам бассейна проложены рельсы, по которым перемещается специальная тележка. Она чем-то напоминает мостовой кран, только кабина, откуда идёт управление движением, а также измерительная аппаратура, находятся посередине. Снизу на специальных штангах закреплена модель.

Звонок и тележка трогается с места. От носовой части будущего судна начинает расходиться волна.

«Скорость подбирается в соответствии с критериями подобия Фруда», – поясняет Вячеслав Магаровский. Смутно припоминаю что-то из институтского курса гидродинамики. Кажется, с помощью этих законов можно рассчитать реальную скорость, сопротивление и другие показатели исходя из масштаба. На данном этапе мне этого достаточно.

«В этом бассейне отрабатывается форма корпуса для минимизации сопротивления, – продолжает Вячеслав Магаровский, – Испытание проходит в условиях тихой воды».

Конструкция тележки не меняется уже много лет. У неё практически нет износа. А вот оборудование, с помощью которого проводятся измерения, – самое современное.

«Когда видим, что аппаратная база ушла вперёд, сразу проводим модернизацию», – поясняет Вячеслав Магаровский.

Здесь же в бассейне испытывают винты, отрабатывают их взаимодействие с корпусом. К слову, винты, разработанные специалистами центра, сегодня стоят на многих круизных лайнерах.

Почему не «цифра»

Испытания модели будущего судна в бассейне – последняя возможность для проектантов внести изменения в его конструкцию, доработать форму корпуса, чтобы уменьшить сопротивление и при той же мощности энергетической установки получить максимально возможную скорость хода. При этом у стороннего человека возникает вопрос: не проще ли сделать все то же самое в компьютере? Оказывается – нет.

«Точность прогноза скорости хода на основе модельных испытаний составляет 1-2%. В то время как числовые методы дают погрешность порядка 7-8%. Иногда до 10%», – поясняет Вячеслав Магаровский.

Для понимания: экономия на топливе при снижении сопротивления на 1% – это примерно 160 000 долларов в год для судна мощностью 30 МВт. Современные газовозы ледового класса имеют три мощные силовые установки, дающие в сумме 45 МВт, а известный многим петербуржцам паром Princess Anastasia – около 23 МВт. То есть погрешность в пределах 7% за 30 лет эксплуатации судна «съест» у владельца десятки миллионов долларов.

Точность численных методов зависит от многих факторов. Тут и методика, которую применял разработчик, и опыт сотрудника, который вводил необходимые параметры. В Крыловском центре также проводят предварительные расчёты на компьютерах. Но большинство из программ – собственной разработки. Создавались они на основе многолетнего опыта натурных испытаний. Поэтому учитывают много разных параметров, которые могут повлиять на результат. Подобной базы у большинства разработчиков соответствующего программного обеспечения нет.

Да и сотрудники, которые в центре с этим программным продуктом работают, в обязательном порядке имеют за плечами несколько лет практической работы. Вследствие этого они не только знают методику расчёта, но и понимают физику процесса.

«Мы предлагаем заказчикам просчитать сначала «всухую» численными методами параметры судна, – рассказывает Вячеслав Магаровский. – Уже тут мы увидим, выйдет ли проект на заданные характеристики или нет. Если есть опасения, что нет, сразу говорим, что надо менять».

Арктика в Петербурге

Садимся в машину (территория центра достаточно велика, и если передвигаться пешком, многое увидеть не успеешь) и направляемся в Ледовый бассейн. Здесь круглый год – зима. Входить в летней одежде вредно для здоровья. Поэтому у входа всегда висят на вешалке дежурные тёплые куртки.

Здесь могут создать любой лёд – ровный, торосы, крупный битый и так далее. Могут смоделировать канал, который образуется за ледоколом. Нам немного не повезло – бассейн только готовился к испытаниям, шло намораживание. Но отсутствие ледяной корки дало возможность увидеть какие-то окна с подсветкой на дне чаши.

«Они позволяют наблюдать за движением судна во льду снизу, – рассказывает Вячеслав Магаровский. – Это очень ценная информация. Так мы можем увидеть участки корпуса, которые требуют доработки. Это позволяет впоследствии снизить ледовое сопротивление и повысить лёдопроходимость чуть ли не на треть».

Устройство Ледового бассейна принципиально похоже на конструкцию Глубоководного. Длинная чаша, правда, не таких гигантских размеров, рельсы по бокам, тележка. Вот только у всех моделей специфическая форма, предназначенная для движения во льдах.

От теории к практике

Следующий объект – тренажёрный комплекс для обучения судоводителей и моделирования сложных морских операций. Таких, как, например, буксировка буровой платформы или маневрирование крупного судна при заходе в порт или выходе из него.

Входим в затемнённое помещение, оборудованное, как мостик судна, и палуба уходит из-под ног. Первая мысль – качающаяся платформа. Оглядываюсь на дверь – нет, там всё, как и прежде, на ровном киле. Оказывается, злую шутку сыграл вестибулярный аппарат. Для него единственная информация в тёмном помещении – та, что за окнами мостика. Точнее – на экранах, их заменяющих. А там – штормовое море. Вот организм и принял наклон горизонта за реальную качку.

«Здесь многих укачивает, – улыбается Вячеслав Магаровский. – Нам как-то в шутку предложили даже раздавать пакеты, как в самолёте».

В составе тренажёра мостик не один. Их два больших и ещё четыре малых. Все работают взаимосвязанно, что позволяет отрабатывать операции с участием нескольких судов. Например – одного большого и буксиров. Моделировать при этом можно экстренные ситуации. Например, отказ двигателя или выход из строя одного или нескольких буксиров.

«Мы обладаем огромной базой экспериментальных данных, что позволяет нам настроить математические модели движения практически любых судов, – говорит Вячеслав Магаровский. – В иллюминаторах не просто картинки, это результат точных математических расчётов. Мы моделируем инерцию, скорость, реакцию судна на поворот руля и многое другое. К нам приходят опытные капитаны, и самая большая похвала от них, когда говорят, что чувствовали себя, как на реальном мостике своего судна».

Ситуации бывают самые разные. Например, одна из газодобывающих компаний наняла для вывоза СПГ капитанов из Азии, которые видели лёд либо в кино, либо у себя в холодильнике. Как себя вести в условиях Арктики, они отрабатывали на тренажёре Крыловского центра.

Но какой бы продвинутой не была техника, главное богатство Крыловского центра – люди.

«Наши специалисты могут решать очень многие задачи. Абсолютно нестандартные, – уверяет Вячеслав Магаровский. – Уникальность центра в том, что здесь под одной крышей собраны не только гидродинамики, но и прочнисты, акустики, специалисты по физическим полям и многие другие. Таких центров, кроме нашего, в мире только два – в Америке и Китае».