20.12.2021 / авторские статьи, судостроение, новые технологии, вокругсветакорабелру

Новые технологии для судостроения: семь супер-разработок

0 6269 5 мин

По мнению зарубежных экспертов, перечисленных ниже технологии смогут кардинально изменить будущее отрасли, значительно ускорив ее развитие. Обзор иностранных отраслевых медиа.

"Солнечное" судно-катамаран Turanor / Фото: "Википедия"

1. 3D-печатные технологии, которые позволяют создавать реальные детали, сложные узлы и готовые конструкции, используя их трехмерные виртуальные изображения. На практике виртуальный 3D-объект как бы «нарезается» на двухмерные составляющие, которые одна за другой распечатываются из соответствующего материала на специальном принтере, после чего из полученных деталей собирают готовое изделие.

К настоящему времени подобные технологии преимущественно используются для теоретического моделирования, создания научного оборудования и сравнительно небольших предметов. Наряду с этим наблюдаются и успешные примеры более масштабного применения 3D-печатных технологий, в том числе – и в интересах судостроения.

Так, специалистам Центра надводного вооружения ВМС США (NSWC) удалось таким образом создать полноразмерную модель нового госпитального судна Comfort. Исходником для «выкраивания» деталей, позднее распечатанных на 3D-принтере послужил набор СAD-чертежей судна, а сборка производилась при помощи специальной компьютерной программы.

Специалисты полагают, что в гражданском судостроении 3D-печатные технологии могут найти применение для изготовления отдельных наиболее сложных в конструктивном отношении частей корпуса, например, носового бульба или формирования обводов в районе винто-рулевой группы.

В настоящее время работы по исследованию возможностей более широкого промышленного применения 3D-печатных технологий направлены на решение двух основных проблем: повышение надежности полученных деталей и собранных из них узлов, а также на снижение производственных затрат.

Как знать, может не так далек тот день, когда все судно целиком можно будет полностью собирать из «распечатанных» в металле и пластике составляющих – с предельно возможной точностью и скоростью, ведь сборку, скорее всего, будут также осуществлять автоматы.

2. Роботизация производства. Конечно, роботы никогда полностью не смогут заменить корабелов, зато вполне способны существенно облегчить труд людей и существенно снизить риски травматизма на производстве. Тенденция все более широкого применения роботов и роботехники в отрасли укрепляется с каждым годом, причем механическим помощникам доверяется все более широкий круг операций.

Так, вслед за погрузочно-разгрузочными работами, роботам последовательно доверили сварку, проверку и чистку трубопроводов, цистерн, отсеков междудонного пространства, окраску и т.д. Кстати, одной из последних оригинальных моделей стал автономный робот, который способен самостоятельно перемещаться по корпусу судна и очищать его от ржавчины и ракушек, проводя таким образом качественную подготовку к покраске.

Также представляются интересными такие разработки как мини-сварочные роботы, для проведения соответствующих операций в труднодоступных местах (проект компании Hyundai Heavy Industries), а так же носимый робототехнический комплект «Железный Человек» (Iron Man), который способен значительно увеличить силу и выносливость обычного судостроителя.

Примером же значительной степени роботизации всего процесса создания судов может послужить верфь южно-корейской компании Samsung Heavy Industries, расположенная на острове Геойе. Это предприятие спускает на воду до 30 судов в год, причем 68%(!) всего объема работ по их строительству выполняют роботы.

3. Безбалластная конструкция корпуса. Применение подобной концепции в судостроении будет способствовать фактически обнулению технических и экологических рисков, связанных с проблемами закачки/сброса балластных вод.

Принципиальная схема безбалластного судового корпуса предполагает прокладку двух туннельных труб вдоль всей подводной части судна от носа до кормы, со сквозным протоком забортной воды при следовании «в балласте».

Таким образом планируется предотвратить принудительный перенос морских обитателей и микроорганизмов из одной экосистемы в другую, которым обычно сопровождается традиционный сброс балластных вод при подготовке к приему груза.

В настоящее время безбалластные технологии находятся на стадии исследования и совершенствования (в основном, с точки зрения сохранения общей прочности корпуса и маневренных качестве судна), однако в будущем представляются достаточно перспективными для гражданского судостроения.

4. Buckypaper – бумага повышенной упругости из углеродных нанотрубок, каждая из которых в 50 000 раз тоньше человеческого волоса. Эта углеродная «бумага» обладает в десять раз меньшим удельным весом, чем традиционная судостроительная сталь, зато в 500 раз прочнее ее.

Что же касается сопротивления внешним нагрузкам, то Buckypaper в два раза тверже алмаза. При этом новый материал обладает отличной электро- и теплопроводностью и способен надежно фильтровать тонкодисперсные взвеси. По оценкам отраслевых специалистов, судно, построенное из такого материала будет гораздо легче, но при этом прочнее и долговечнее стального равных размеров и, как следствие, потребует меньших затрат топлива для достижения плановой рейсовой скорости.

К тому же, его корпус будет практически не подвержен коррозии и обрастанию, а также менее уязвим при пожарах. В настоящее время довольно активно ведутся исследования и разработка технологий для использование углеродной «бумаги» для создания летательных аппаратов. Судостроение, как обычно, на очереди.

5. Двигатели на сжиженном газе. По мере роста цен на нефть (и, соответственно, на традиционное топливо) двигатели подобного рода становятся все более популярными в судостроении. Сжиженный газ существенно дешевле солярки, чем главным образом и объясняется все возрастающий интерес к нему со стороны судовладельцев и операторов, которые не на шутку озабочены сокращением расходов на топливо.

Дополнительным плюсом использования пропульсивных систем на сжиженном газе, является их более высокая экологичность. В частности, суда, оборудованные двигателями, работающими на СПГ, выбрасывают в атмосферу на 20-25% меньше двуокиси углерода, нежели суда на дизельном топливе. При этом эмиссия оксидов азота сокращается почти на 92%, а выброс соединений серы и твердых частиц сводится практически к нулю. Сегодня рынок предлагает судовые СПГ-двигатели нового поколения, соответствующие самым строгим требованиям Международной морской организации (IMO) и классификационных обществ.

В разработке перспективных проектов и совершенствовании уже существующих моделей подобных двигателей участвуют такие компании с мировым именем как MAN, Mitsubishi, Rolles-Royce и Wartsila. В качестве примеров новых судов с двигателями на сжиженном газе, стоит отметить эскортный СПГ-буксир, оснащенный двигателем от компании Rolles-Royce, а также танкер-химовоз Argonon, дедвейтом 6100 тонн, построенный по заказу компании Deen Shipping.

Впрочем, последнее судно работает на гибридном топливе (80% СПГ и 20% дизельного), что однако не противоречит общей тенденции к более активному использованию «чистых» СПГ-двигателей на судах различного назначения.

6. Интегрированные электродвигательные системы (ИЭС). Принцип подобных технологий состоит в комплексном применении газовых турбин и/или дизель-генераторов для выработки трехфазного электротока, который питает электрические двигатели, обеспечивающие движение судов.

Примечательно, что в таких системах вместо механических используются электрические трансмиссии, которые не требуют применения муфт сцепления, а также позволяют обходиться без коробок передач. Одним из важных преимуществ ИЭС является существенное снижение уровня шумов и вибрации, свободный выбор места расположения силовой установки при значительном уменьшении ее веса и общих размеров.

Примерами практического применения интегрированных электродвигательных систем в кораблестроении являются проекты нового авианосца Queen Elizabeth для британского флота, а также американских эсминцев типа Zumwalt. Впрочем, представляется несомненным, что пройдя «обкатку» в военном кораблестроении, ИЭС уже в ближесрочной перспективе появятся и на гражданских судах.

При этом не исключено, что прежде всего данная технология найдет применение на круизных лайнерах. Это позволит обеспечить максимальный комфорт для пассажиров, а заодно – и увеличить их число, за счет пространства, освободившегося в результате уменьшения габаритов пропульсивной системы судна.

7. Двигатели, использующие энергию солнца и ветра. В поисках 100%-экологичного альтернативного топлива и источников энергии для судовых двигателей, конструкторы решили вернуться поближе к Природе, обратившись к Солнцу и ветру.

Наглядным результатом стало создание самого крупного в мире «солнечного» судна. Катамаран «Туранор» (в 100 метрических тонн) успешно совершил кругосветное путешествие, используя в своем плавании исключительно солнечную энергию, а теперь используется в качестве исследовательского судна.

Пока применение чисто «солнечных» или ветровых пропульсивных систем для транспортного флота представляется маловероятным, однако подобные технологии могут быть использованы для обеспечения работы вспомогательных механизмов и систем жизнеобеспечения (например, освещения, холодильных установок и пр.).

Например, устройство под названием «Энергетический парус» (Energy Sail), разработанное компанией Eco Marine Power, позволяет преобразовывать солнечную и ветровую энергию в электричество и адаптировано для применения на современных судах различных типов и размеров – от прогулочного катера до супертанкера.