Недавно воодушевленной российской общественности была представлена новость о «выводе из цеха» корпуса морского тральщика «Александрит», построенного из стеклопластика. С агитационной прямотой говорится о том, что это мировой технологический рекорд – самый большой монолитный корпус длиной 62 метра, полученный методом инфузии.
Однако, давайте разберемся. Хорошо известно, что еще в 2002-2003 годах цельный корпус большего размера был изготовлен методом инфузии в Великобритании на верфи Vosper Thornycroft Shipbuilding – это корпус яхты Mirabella V длиной 75м (Яхта Mirabella V – самое большое судно в мире с цельным композитным корпусом, построенным методом инфузии). О создании судна инженерами High Modulus здесь: http://202.114.89.60/resource/pdf/1042.pdf.
Правда, корпус этой яхты из сэндвича – это намного сложнее и логичнее для указанной технологии. Не говоря уже о том, что судов длиной 50-60м построено этим методом в большом количестве, по различным проектам.
С одной стороны радует, что в России суда подобного размера из стеклопластика начали строиться. С другой, настораживает нездоровый «рекордный» пиар этого события (рядового, в мировом масштабе) и возникает ряд закономерных вопросов.
Во-первых, метод инфузии разработан в первую очередь для сэндвичевых конструкций, и непонятны причины, по которым он применен для однослойного стеклопластика. Как известно, инфузия дает уменьшение толщины стеклопластика, а это означает снижение жесткости (конструкция не проходит по критерию жесткости) и как следствие - необходимость дополнительного армирования или набора. Понятно, что, скорее всего, учитывалась возможность ограниченной эксплуатации во льдах и отсюда однослойная обшивка (хотя и в этом случае можно на некоторых участках в надводной части и элементах набора применять сэндвич), но зачем тогда вообще понадобилась инфузия? Судя по срокам постройки, особых преимуществ это не дало, а про весовые и прочностные характеристики при выбранной конструктивной схеме говорить вообще не приходится…
Далее, попались на глаза несколько фото, отображающих конструкцию корпуса «Александрита» и вызвавших, мягко говоря, недоумение.
http://flotprom.ru/media/photo/index.php?PAGE_NAME=detail&SECTION_ID=3759&ELEMENT_ID=92349
На фото виден набор из балок с тавровым сечением (!), при этом пояски балок набраны в полную толщину и разрезаны (!). Все это напоминает макет стального корпуса, изготовленный из стеклопластика, но никак не стеклопластиковый корпус. Как предполагается соединять балки набора – «сваркой стеклопластиковым электродом» или менее прочным вторичным ламинатом (и какова должна тогда быть его толщина)? По сложившейся практике, там должно быть непрерывное армирование поясков! Такие варианты конструкции и балок набора использовались на заре пластмассового судостроения, когда еще мало кто знал, как работать с этим материалом; но уже лет 40 такие конструкции не применяются.
Скажем, если взять альбом типовых узлов Регистра Ллойда для специальных судов (LR SSC) из стеклопластика, то там Т-образные балки и подобные решения отсутствуют; примерно то же самое и у остальных КО, обладающих опытом классификации судов из композитов…
http://www.webstore.lr.org/products/399-general-information-for-the-rules-regulations-for-the-classification-of-special-service-craft-2012.aspx
Как выглядит грамотно спроектированная конструкция композитного корпуса, видно на примере корвета Visby http://en.wikipedia.org/wiki/Visby_class_corvette
шведской постройки – коробчатые (П-образные балки), использование сэндвичей. Что это дает? Во-первых, при практическом проектировании П-образный набор позволяет уменьшить количество балок набора, т.к. ширина балки набора вычитается из неподкрепленной ширины пластины обшивки. Во-вторых, П-образный набор и флоры из сэндвича позволяют применять более эффективные сечения без риска потери устойчивости связей; таким образом, снижается масса набора и концентрация напряжений. В-третьих, такой набор существенно технологичнее - облегчает формование конструкций, обеспечивает надежное соединение набора к обшивке (т.к. формирование П-образного профиля выполняется параллельно с его приформовкой, а не за счет вторичного ламината).
Выполнено моделирование сложных ламинатов из мультиаксиальных тканей и сэндвича, показано распределение коэффициента запаса по тензорному критерию напряжений Цая-Ву. Армирование участков и усилений выбирается в соответствии с результатами подобного анализа. Обратите внимание на форму балок набора, и форму центральной балки фундамента двигателей.
Эти простые и очевидные выводы неоднократно подтверждены опытом проектирования, постройки и эксплуатации судов гражданского и военного назначения из композитных материалов, включая МКЭ-анализ композитных конструкций.
Проектирование конструкции судна из композитов – это не просто расстановка тавров и книц по поверхности «квази-изотропной» оболочки практически постоянной толщины, а совсем другая философия создания конструкций из анизотропных материалов с необходимыми свойствами в необходимых направлениях и участках, это объедение функций конструктивных элементов и обстройки.
Почему достижения мирового композитного судостроения не был применены для российского проекта? Почему «настоящие корабелы» из ОСК считают зазорным обратиться к богатому опыту (в т.ч. российскому) малотоннажного судостроения (впрочем, давно уже перешагнувшему рубеж 30м длины), где эффективные решения в области композитов давно и успешно применяются? Убежден, что мы традиционно услышим «заграница нам не указ» и «у нас совсем другие условия», или будут списывать принятые конструктивные решения на тайные замыслы и некие недоступные мировому сообществу сакральные знания российских супер-инженеров... Но автору очевидно, что в случае с «Александритом» речь идет или о неоправданном консерватизме заказчика, и/или о неквалифицированном проектировании конструкций из композитов, замешанных на устаревших подходах и технологиях постройки. Возникает вопрос - куда смотрят ведущие ЦНИИ и ЦКБ? В любом случае, экспортные перспективы таких низкотехнологичных судов крайне сомнительны…
Так что преподносить указанное событие как технологический рекорд и прорыв – преждевременно. Это лишь первый и очень робкий шаг, но пока - к сожалению - это шаг в сторону от мировых технологий композитного судостроения.
Правда, корпус этой яхты из сэндвича – это намного сложнее и логичнее для указанной технологии. Не говоря уже о том, что судов длиной 50-60м построено этим методом в большом количестве, по различным проектам.
С одной стороны радует, что в России суда подобного размера из стеклопластика начали строиться. С другой, настораживает нездоровый «рекордный» пиар этого события (рядового, в мировом масштабе) и возникает ряд закономерных вопросов.
Во-первых, метод инфузии разработан в первую очередь для сэндвичевых конструкций, и непонятны причины, по которым он применен для однослойного стеклопластика. Как известно, инфузия дает уменьшение толщины стеклопластика, а это означает снижение жесткости (конструкция не проходит по критерию жесткости) и как следствие - необходимость дополнительного армирования или набора. Понятно, что, скорее всего, учитывалась возможность ограниченной эксплуатации во льдах и отсюда однослойная обшивка (хотя и в этом случае можно на некоторых участках в надводной части и элементах набора применять сэндвич), но зачем тогда вообще понадобилась инфузия? Судя по срокам постройки, особых преимуществ это не дало, а про весовые и прочностные характеристики при выбранной конструктивной схеме говорить вообще не приходится…
Далее, попались на глаза несколько фото, отображающих конструкцию корпуса «Александрита» и вызвавших, мягко говоря, недоумение.
http://flotprom.ru/media/photo/index.php?PAGE_NAME=detail&SECTION_ID=3759&ELEMENT_ID=92349
Рис.1 Набор корпуса «Александрита» – макет стального судна, изготовленный из стеклопластика? Фото с сайта Flotprom.ru
На фото виден набор из балок с тавровым сечением (!), при этом пояски балок набраны в полную толщину и разрезаны (!). Все это напоминает макет стального корпуса, изготовленный из стеклопластика, но никак не стеклопластиковый корпус. Как предполагается соединять балки набора – «сваркой стеклопластиковым электродом» или менее прочным вторичным ламинатом (и какова должна тогда быть его толщина)? По сложившейся практике, там должно быть непрерывное армирование поясков! Такие варианты конструкции и балок набора использовались на заре пластмассового судостроения, когда еще мало кто знал, как работать с этим материалом; но уже лет 40 такие конструкции не применяются.
Рис.2 Сечение балок набора – П-образное и Т-образное. Иллюстрации из Правил Регистра Ллойда и Российского Регистра. Очевидны технологические преимущества П-образного профиля.
Скажем, если взять альбом типовых узлов Регистра Ллойда для специальных судов (LR SSC) из стеклопластика, то там Т-образные балки и подобные решения отсутствуют; примерно то же самое и у остальных КО, обладающих опытом классификации судов из композитов…
http://www.webstore.lr.org/products/399-general-information-for-the-rules-regulations-for-the-classification-of-special-service-craft-2012.aspx
Рис.3 Иллюстрация набора корвета Visby длиной 72м (Kockums, Швеция) Видны днищевые стрингера коробчатого сечения и флоры/переборки из сэндвича.
Как выглядит грамотно спроектированная конструкция композитного корпуса, видно на примере корвета Visby http://en.wikipedia.org/wiki/Visby_class_corvette
шведской постройки – коробчатые (П-образные балки), использование сэндвичей. Что это дает? Во-первых, при практическом проектировании П-образный набор позволяет уменьшить количество балок набора, т.к. ширина балки набора вычитается из неподкрепленной ширины пластины обшивки. Во-вторых, П-образный набор и флоры из сэндвича позволяют применять более эффективные сечения без риска потери устойчивости связей; таким образом, снижается масса набора и концентрация напряжений. В-третьих, такой набор существенно технологичнее - облегчает формование конструкций, обеспечивает надежное соединение набора к обшивке (т.к. формирование П-образного профиля выполняется параллельно с его приформовкой, а не за счет вторичного ламината).
Рис.4 Пример МКЭ-анализа конструкции машинного отделения катера- перехватчика при действии ускорения 12g при столкновении (проект AMD)
Выполнено моделирование сложных ламинатов из мультиаксиальных тканей и сэндвича, показано распределение коэффициента запаса по тензорному критерию напряжений Цая-Ву. Армирование участков и усилений выбирается в соответствии с результатами подобного анализа. Обратите внимание на форму балок набора, и форму центральной балки фундамента двигателей.
Эти простые и очевидные выводы неоднократно подтверждены опытом проектирования, постройки и эксплуатации судов гражданского и военного назначения из композитных материалов, включая МКЭ-анализ композитных конструкций.
Проектирование конструкции судна из композитов – это не просто расстановка тавров и книц по поверхности «квази-изотропной» оболочки практически постоянной толщины, а совсем другая философия создания конструкций из анизотропных материалов с необходимыми свойствами в необходимых направлениях и участках, это объедение функций конструктивных элементов и обстройки.
Почему достижения мирового композитного судостроения не был применены для российского проекта? Почему «настоящие корабелы» из ОСК считают зазорным обратиться к богатому опыту (в т.ч. российскому) малотоннажного судостроения (впрочем, давно уже перешагнувшему рубеж 30м длины), где эффективные решения в области композитов давно и успешно применяются? Убежден, что мы традиционно услышим «заграница нам не указ» и «у нас совсем другие условия», или будут списывать принятые конструктивные решения на тайные замыслы и некие недоступные мировому сообществу сакральные знания российских супер-инженеров... Но автору очевидно, что в случае с «Александритом» речь идет или о неоправданном консерватизме заказчика, и/или о неквалифицированном проектировании конструкций из композитов, замешанных на устаревших подходах и технологиях постройки. Возникает вопрос - куда смотрят ведущие ЦНИИ и ЦКБ? В любом случае, экспортные перспективы таких низкотехнологичных судов крайне сомнительны…
Так что преподносить указанное событие как технологический рекорд и прорыв – преждевременно. Это лишь первый и очень робкий шаг, но пока - к сожалению - это шаг в сторону от мировых технологий композитного судостроения.
Назаров Альберт Георгиевич
кандидат технических наук,
директор КБ 'Albatross Marine Design'
