Суда большого водоизмещения из композитов – это реально?

Композитное 80-м судно, создаваемое на верфи DAMEN, планируется сделать на 40% легче стальных аналогов / Источник: Damen Shipyards Group

 

Назаров А. Г., к.т.н., инженер-кораблестроитель, директор КБ Albatross Marine Design, FRINA, CEng, MSNAME

Альберт Назаров, Albatross Marine Design

– В целом разделяю, однако технических сложностей в этом деле, пожалуй, меньше, чем бюрократических проблем. Десятилетиями международная и национальная нормативные базы создавались под "стальное" судостроение. В отдельных вопросах недоверчивое отношение регуляторов к композитам оправдано; например, когда мы говорим о противопожарной безопасности многопалубных пассажирских судов. В других вопросах требования к композитным конструкциям неоправданно завышены.

Скажу больше, существует и предвзятость к этому материалу, и стремление "металлистов" не допустить на рынок более технологичные и экономичные решения. Сегодня использование композитов ограничено в основном малотоннажным судостроение. Там не существует столь жестких требований, и нет интересов "стального лобби".

Роман Васильев, "Балтико-ЛВМ-Политехник" 

– Традиционно применение композитов в корпусах судов выше 30 метров не дает значительных преимуществ по весу ввиду требований к жесткости при общем изгибе.

Васильев Р. В., к.т.н., ведущий инженер Международного научно-образовательного центра композитных технологий "Балтико-ЛВМ-Политехник"

Однако если композит применять там, где он нужен, это дает преимущества. Использование полимерных композиционных материалов (ПКМ) для изготовления отдельных элементов способно существенно снизить вес корпуса даже 80 метрового судна.

Мне повезло немного поработать в рамках RAMSESS с пространственно-стержневыми композитными элементами в составе корпусных конструкций. Это т.н. пространственная намотка - одна из технологий, используемых в проекте. Ее основное преимущество заключается в том, что ровинг (некрученный жгут в бабинах), работающий на растяжение, обеспечивает более стабильные и высокие характеристики, чем другие варианты.

Применяется технология укладки непрерывного ровинга между шпангоутами с помощью робота-манипулятора практически без технологических ограничений по районам укладки. Это позволяет сориентировать волокно в любом направлении, что наряду с использованием высокопрочного, либо высокомодульного углеволокна дает свои преимущества.

Совместно с применением композитов для изделий судового машиностроения, это решение может привести к значительному снижению веса судов, например, скоростных паромов.

Чижиумов С. Д. , инженер-кораблестроитель, к.т.н., доцент СПбПУ (Политех Петра Великого)

Сергей Чижиумов, Политех Петра Великого

– Как часто бывает, рекламная информация демонстрирует несколько завышенные преимущества продукции. Насколько видно из опубликованных материалов по проекту RAMSESS, конструкция корпуса судна составная, наиболее нагруженные при общем изгибе элементы выполнены из высокопрочной стали. Прогресс в развитии композиционных материалов, конечно, расширяет их области применения, в перспективе и до относительно крупных судов.

Однако, для этого потребуется опыт проектирования и эксплуатации, наличие правил постройки и технологий изготовления и ремонта, плюс, подготовленные кадры, соответствующая культура производства и эффективные нормы охраны труда и экологической безопасности. В России, к сожалению, многие из этих условий не обеспечиваются в полной мере даже при строительстве малых судов или отдельных судовых конструкций.

 

Ласкорунский И. П., руководитель направления продаж в судостроении, АО «Препрег – Современные Композиционные материалы», UMATEX, Росатом

Игорь Ласкорунский, UMATEX

– Снижение веса на 40% только за счет использования композитов, пожалуй, слишком смелое заявление, хотя, если проектировать изначально правильно, по-композитному, использовать новые конструкторские и технологические решения, наверное, достижимое. Не стоит забывать еще и про понятие жизненного цикла судна, где выигрыш более значителен. Наши коллеги из Нидерландов, да и из Норвегии научились учитывать этот показатель раньше и лучше нас. У нас это пока модный лозунг, не подтвержденный на практике.

– Опыт использования полимерных композиционных материалов в кораблестроении составляет уже не один год, зачастую при строительстве тральщиков применяются композиты, приобретенные на гражданском рынке. Накопилась ли информация об эксплуатационном поведении и износе композитных материалов на кораблях большого водоизмещения?

Роман Васильев, "Балтико-ЛВМ-Политехник" 

– На мой взгляд, информации мало по двум основным причинам: во-первых, у нас не так много случаев использования композитов, как, например, на Западе – тральщики по современной технологии строятся только с 2010 года, а гражданское судостроение подобными проектами почти не занимается. Во-вторых, сегодня недостаточно анализируются зарубежные источники.

Сергей Чижиумов, Политех Петра Великого

– Еще одной причиной является разноообразие структур композитных конструкций судов и их покрытий. Довольно часто появляются новые материалы и структуры, что затрудняет перенос информации об эксплуатируемых конструкциях на новые проекты.

– Композиционные материалы имеют отличные усталостные свойства и не подвержены коррозии, однако, к ним возникают вопросы по огнестойкости – критически важном параметре. Как решили эту проблему на военном флоте и как будет обеспечиваться безопасность гражданских судов?

Сергей Чижиумов, Политех им. Петра Великого

– Относительно усталости и коррозионной стойкости композитов не все так радужно, так как им присущи свои проблемы (старение, чувствительность к концентрациям напряжений, расслоение ламината, коррозия в результате осмоса и др.). Вопрос огнестойкости ПКМ полностью пока не решен. Малогорючие полимеры производятся путем введения в них замедлителей горения (антипиренов), однако, это пока не решает проблему полностью. Кроме того, снижение горючести полимеров, как правило, сопровождается снижением их физико-механических свойств. Другой путь – это применение огнезащитных покрытий.

Роман Васильев, "Балтико-ЛВМ-Политехник" 

– Вопрос огнестойкости, действительно, во многих случаях сложный, но его можно решить за счет правильного проектирования. Требования негорючести материала, которые часто прописываются в правилах, не всегда означают, что невозможно удовлетворить требования к огнестойкости конкретной конструкции.

Альберт Назаров, Albatross Marine Design

– Мы проектировали патрульные и служебные катера из композитов для ВМС и спецслужб ряда стран, в том числе и спасательное судно с противопожарным оборудованием. Для таких судов, огнестойкость не является критической, и более того – требований к огнестойкости материала корпуса КО не предъявляли. В случае, когда время эвакуации с судна мало, и на судне только подготовленный экипаж и персонал, нет смысла в огнестойкости - особенно это справедливо для судов длиной до 24 м.

Те же британские правила MCA, к примеру, не предъявляют требований к огнестойкости композитных судов для коммерческих и служебных судов длиной до 24 м. Для судов высших категорий в MCA применяется простой тест на прожигание переборки машинного отделения горелкой - такой тест способна пройти композитная конструкция достаточной толщины, набранная из ровинга/стекломата. Подобный же тест предусмотрен в других документах, например, IMO SCV Code for Caribbean – кодекс для малых коммерческих судов Карибского бассейна.

Если говорить о российских реалиях - в свое время мы выполнили и направили в РС анализ требований к конструктивной противопожарной защите ведущих КО, стандартов и национальных нормативных документов, а также официальные пояснения от МАКО. Но, как говорится, воз и ныне там. Даже применительно к малым судам композиты де-факто запрещены, что говорить о крупном судостроении?

– Может ли подтолкнуть к более широкому использованию композиционных материалов норма энергоэффективности для новых судов, введенная EEDI?

Роман Васильев, "Балтико-ЛВМ-Политехник" 
 
– Эти требования, безусловно, стимулируют западные компании, потому что отношение к энергоэффективности в этих странах очень серьезное. По поводу России такой уверенности нет совсем. Хорошие и правильные инициативы в нашей стране не будут работать без людей, которые в них поверят.

Сергей Чижиумов, Политех Петра Великого

– В некоторой степени могут, но энергетическая эффективность судна связана с материалом корпуса очень опосредованно.

– Корпус тральщика проекта 12700 "Александрит" разрабатывался с учетом его возможного гражданского использования. Известно ли об интересе к проекту гражданских заказчиков?

Роман Васильев, "Балтико-ЛВМ-Политехник"  

– Выбор в пользу композита для военного тральщика обусловлен, в первую очередь, его немагнитными свойствами, а основные толщины проектировались с учетом способности сопротивляться нагрузкам от взрыва. В гражданском судостроении композит выбирается совсем из других соображений – по удельной прочности и жесткости.

Спроектированный корпус минного тральщика не будет эффективным в гражданских целях, просто исходя из различных критериев проектирования как материала, так и конструктивных решений. Несмотря на это, некоторые типовые конструктивные и технологические решения, конечно, могут быть эффективными для судов других типов.

Игорь Ласкорунский, UMATEX

– Не слышал об этом, когда-то давно обсуждался вопрос проектирования кораблей различного назначения на базе единого корпуса тральщика. На мой взгляд, обе идеи абсурдны. Конечно, по сути, тральщик и рыболовное судно иногда выполняют внешне схожие задачи… В общем, дороговато будет.

При этом сам факт того, что отечественное предприятие освоило технологию строительства монолитных корпусов таких размеров методом вакуумной инфузии позволил смело рассуждать о перспективах строительства в нашей стране гражданских судов длиной свыше 70 метров.

Надстройки и подпалубное пространство яхты Yas-141, созданной на базе фрегата ВМС Нидерландов, выполнены из композитных материалов / Автор: kees torn [https://www.flickr.com/photos/68359921@N08/49090117281]

– Известны ли вам планы строительства композитных судов большого водоизмещения в России?

Альберт Назаров, Albatross Marine Design

– Планов может быть много, о них периодически трубят, но нужно исходить из реалий. А они таковы – сколько судов из композитов получает класс РС ежегодно, можно ли их пересчитать на пальцах одной руки и есть ли вообще, что считать? Многолетняя практика де-факто запрета композитных судов ведущим КО России дала свои плоды, таких судов коммерческого назначения в России практически нет.

Поэтому начинать нужно с малого – начать строить суда малых размерений – до 24 м; вместо запретов и надуманных требований создать условия, чтобы их можно было проектировать и строить в цивилизованных нормативных и экономически оправданных рамках, без требований "зашить композитное судно стальными листами для обеспечения огнестойкости". Весь мир создает композитные суда, только наше КБ за год делает несколько проектов с DNVGL, IRS, LR... Получив опыт, можно браться за что-то крупное.