РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Как спасают атомные подводные лодки

В военной сфере не только уставы писаны кровью, но и многие технические новации обязаны своим рождением трагическим событиям. Несколько лет назад была завершена разработка уникального для отечественного кораблестроения комплекса – необходимость его создания стала очевидна морякам и инженерам после серии катастроф в подводном флоте.
Тэги:
Как спасают атомные подводные лодки

Седьмого апреля 1970 года, завершив боевую службу в Средиземном море и выйдя в Атлантику, советская АПЛ К-8 проекта 627А взяла курс на свою северную базу. Неожиданно в ее третьем отсеке произошло возгорание химических патронов регенерации, предназначенных для очистки корабельной атмосферы. Потребовалось совсем немного времени, чтобы возгорание переросло в полномасштабный пожар. Как положено, сработала аварийная защита реакторов, остановились турбины. Резервный дизель-генератор запустить не удалось, и АПЛ осталась без электроэнергии, что существенно осложнило борьбу за живучесть, которая тем не менее продолжалась более трех суток. Продув балластные цистерны, лодка всплыла на поверхность. А пожар тем временем распространялся по кораблю. В двух кормовых отсеках прогорели забортные сальники (уплотнения выводимых из прочного корпуса лодки кабелей). В отсеки начала поступать вода, что привело к возникновению нарастающего отрицательного дифферента (наклона на корму). Через двое суток иссяк запас воздуха высокого давления, и сдерживать поступление воды в отсеки стало нечем. Корабль был обречен, надо было спасать экипаж. Подошедшие надводные корабли сняли часть моряков. А из центра продолжали поступать категорические приказы — до последнего бороться за спасение корабля. Утром 12 апреля процесс нарастания дифферента получил лавинообразный характер, и лодка, приняв почти вертикальное положение кормой вниз, стремительно пошла на дно, унеся с собой жизни 52 моряков.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Атомная подводная лодка
К-8
Советская атомная подводная лодка проекта 627А «Кит». Вступила в состав Северного флота 31 августа 1960 года. Погибла в Бискайском заливе 12 апреля 1970 года.

Через 16 лет после этой трагедии вновь в водах Атлантики терпела бедствие другая советская АПЛ. Теперь это была К-219, стратегическая лодка, несущая в своих шахтах 16 баллистических ракет с ядерными зарядами. 16 октября 1986 года в находящейся на боевом дежурстве лодке возник пожар в ракетном отсеке. Причина пожара — разрушение ракеты с последующим нарушением герметичности шахты и попаданием в отсек компонентов ракетного топлива. Далее развитие катастрофы проходило по уже знакомому сценарию: распространение пожара по отсекам, прогорание забортных сальников, поступление в отсеки воды и, как следствие, нарастающий дифферент, приведший к утрате лодкой продольной остойчивости. После 15-часовой упорной, но безрезультатной борьбы за спасение корабля произошло его стремительное затопление. На этот раз учли печальный опыт К-8 и большую часть экипажа своевременно переправили на подошедшие суда. На лодке оставались лишь девять человек во главе с командиром корабля. Пятерым из них удалось спастись, четверо вместе с АПЛ покоятся на дне океана на глубине около 5000 м.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Не прошло и трех лет, как советский ВМФ потрясла новая трагедия — гибель АПЛ «Комсомолец». Этот уникальный корабль, построенный по разработанному ЦКБ «Рубин» проекту 685 (шифр «Плавник»), вошел в Книгу рекордов Гиннесса после установления в 1985 году мирового рекорда глубины погружения для боевых ПЛ (1027 м). 7 апреля 1989 года в 11 часов, когда АПЛ, находясь на глубине 400 м, возвращалась из своего уже пятого автономного плавания, в ее кормовом 7-м отсеке возник пожар. Уже через 11 минут лодка, выполнив аварийное всплытие, оказалась на поверхности штормового Норвежского моря. Началась отчаянная борьба за спасение корабля. И опять, как и в уже описанных случаях, поступление воды в кормовые отсеки привело к возникновению отрицательного дифферента.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Атомная подводная лодка
К-219
На лодке произошел взрыв баллистической ракеты в одной из шахт. Через три дня, 6 октября 1986 года, лодка затонула в Атлантическом океане на глубине 5500 м. Большая часть экипажа была спасена.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Об осадке и посадке

Здесь необходимо пояснить, почему этот процесс так опасен именно для подводных лодок. Одна из важнейших характеристик любых водоизмещающих судов — остойчивость, рассматриваемая как способность судна, выведенного внешним воздействием из положения равновесия, возвращаться в него после прекращения этого воздействия. Различают поперечную и продольную остойчивости, то есть способность к восстановлению равновесия после возникновения соответственно крена или дифферента. Подводная лодка, веретенообразный корпус которой имеет длину, существенно превышающую ширину, особенно чувствительна к дифферентам — отклонениям от горизонтального положения в продольном направлении. Когда лодка в движении, возникающие по тем или иным причинам дифференты погашаются действием ее горизонтальных гидродинамических рулей. Но на лодке, не имеющей хода, гидродинамические рули, естественно, не работают. Бороться с дифферентами можно лишь перемещением весовых нагрузок внутри корабля относительно его центра тяжести, уменьшая их со стороны, куда происходит наклонение, или увеличивая с обратной стороны, чтобы выровнять лодку. Реально эта процедура заключается в продувке одних и заполнению водой других балластных цистерн, размещенных в носу, корме и вдоль бортов АПЛ. Естественно, с какой бы стороны от центра тяжести ни увеличивался вес, это приводит к увеличению осадки корабля — третьему (наряду с креном и дифферентом) параметру, определяющему посадку корабля в море. Посадку, которую имеет исправный корабль на спокойной воде, называют равновесной. При этом полностью отсутствуют крен и дифферент, а осадка такова, что корабль погружен в воду по конструктивную (расчетную) ватерлинию. Когда ПЛ оказывается в надводном положении в штормовом море, волны, раскачивая ее, непрерывно изменяют все три параметра, определяющие посадку. Если ПЛ находится в нормальном (неповрежденном) состоянии и обладает необходимой остойчивостью, ее качания происходят относительно равновесного положения и не представляют опасности, если, конечно, не превысят критических значений. Совсем иная ситуация, когда в результате аварии и полученных повреждений ПЛ в надводном положении имеет посадку, отличную от равновесной, то есть когда даже при отсутствии морского волнения углы крена и дифферента корабля не равны нулю, а его осадка — не по конструктивную ватерлинию. Это обстоятельство необходимо непрерывно учитывать в ходе борьбы за живучесть аварийной ПЛ. Борясь с огнем путем затопления аварийных отсеков, выравнивая возникший крен или дифферент методом продувки балластных цистерн (особенно расположенных в носу или в корме лодки), следует представлять, как эти меры отражаются на изменении дифферента. Сделать это совсем непросто, поскольку субъективное восприятие может подвести, а объективной информации о реальном пространственном положении лодки получить неоткуда.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Атомная подводная лодка
К-278 «Комсомолец»
Единственная лодка проекта 685 «Плавник». Ей принадлежит абсолютный рекорд по глубине погружения среди подводных лодок – 1027 м. Погибла в результате пожара в Норвежском море 7 апреля 1989 года.

При катастрофе «Комсомольца» практически вся борьба за спасение АПЛ проходила в надводном положении и продолжалась без малого шесть часов. Пожар, распространившийся на три кормовых отсека, удалось укротить. Но в борьбе с огнем был допущен ряд ошибок, приведших к постепенному, но неуклонному нарастанию отрицательного дифферента. Менее чем за час до гибели АПЛ ее корма просела в воду настолько, что достаточно высокий кормовой стабилизатор скрылся под водой. К этому времени величина продольной остойчивости лодки оставалась столь малой, что дальнейший быстрый рост дифферента и близкий трагический исход был очевиден. Это подтверждалось снимками, сделанными с самолета-спасателя, прибывшего из Североморска. В 17:08 лодка с дифферентом на корму в 80° (то есть почти вертикально) ушла под воду. Экипаж, находившийся на верхней палубе, оказался в ледяной воде. Из 69 моряков в живых осталось 27.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Итак, все три катастрофы, начавшись с пожара, заканчивались гибелью АПЛ в результате потери продольной остойчивости и мгновенного затопления. Это было отмечено в документах правительственной комиссии, работающей над установлением причин гибели «Комсомольца». Комиссия поручила одному из предприятий Министерства судостроения разработать комплекс аппаратных средств, предназначенных для объективного контроля параметров посадки АПЛ в аварийной ситуации. Результаты разработки планировалось использовать в проектах АПЛ следующего поколения.

Атомная подводная лодка
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Математика стихии

Техническое задание подготовило одно из ЦКБ, проектировавших АПЛ. Опытно-конструкторская работа (ОКР) началась в 1993 году. Очень скоро стало ясно, что основная проблема заключается в отсутствии алгоритма, с помощью которого можно было бы определять параметры посадки корабля в условиях носящего случайный характер морского волнения. Поэтому именно с поиска алгоритма начиналась ОКР. К его разработке привлекались специалисты многих ведущих научных и проектных организаций судостроения и ВМФ. Совместно с ними были созданы и апробированы методами математического моделирования и экспериментально три варианта алгоритма. Один из них (алгоритм профессора Севастопольского приборостроительного института Ю.И. Нечаева) получил одобрение заказчика разработки — ЦНИИ кораблестроения — и был принят для использования в ОКР.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Атомная подводная лодка
Игра давлений
Вести постоянный автоматический контроль за посадкой подводного корабля помог комплекс оригинальных технических решений. Система датчиков реагирует на изменение давлений жидкости и воздуха. Принцип действия кренометра и дифферентометра основан на контроле давления, возникающего в мембранной коробке в результате наклонения заполненной жидкостью трубки.

Алгоритм Нечаева разрабатывался путем анализа материалов экспериментов, проводимых с использованием радиоуправляемых моделей различных типов морских судов на естественном волнении. Затем он был апробирован на одном из кораблей Черноморского флота и на судах транспортного флота.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Атомная подводная лодка
Измерение осадки осуществляется парой датчиков перепадов давления, связанных с забортным пространством и атмосферой.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Принцип действия разработанного в соответствии с этим алгоритмом КПОРП основан на непрерывном контроле текущих значений трех параметров посадки корабля: углов крена и дифферента, а также осадки. Все эти параметры для аварийного корабля, находящегося в условиях морского волнения, носят случайный характер. Накопленные за определенный период данные по каждому из параметров проходят осреднения по времени, а затем полученные результаты дополняют вычисляемыми в соответствии с принятым алгоритмом поправками.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Атомная подводная лодка
Смена эпох
Подводный флот России обновляется, вводятся в строй новые корабли новых проектов (на фото АПЛ «Северодвинск» проекта 885 «Ясень»). Вполне возможно, что на лодках грядущих поколений будут воплощены в жизнь разработки, которые помогут избежать трагедий на море, вроде тех, о которых рассказано в этой статье.

Чувствительные трубки

Реализация принятого КПОРП алгоритма ведется с помощью комплекта датчиков текущих значений крена, дифферента и осадки. Для измерений углов крена и дифферента были разработаны два максимально унифицированных друг с другом датчика, один из которых (кренометр) размещен в плоскости мидель-шпангоута (среднее поперечное сечение корпуса АПЛ), а второй (дифферентометр) — в диаметральной плоскости корабля. Принцип действия датчика основан на контроле давления или разрежения, возникающего во внутренней полости высокочувствительной мембранной коробки в результате наклонения связанной с этой полостью трубки, заполненной специальной незамерзающей жидкостью определенной плотности. Когда при крене (дифференте) корабля конец трубки оказывается выше мембранной коробки, в полости коробки возникает некоторое избыточное давление, пропорциональное длине трубки, помноженной на синус угла наклона, и удельному весу заполняющей трубку жидкости. При наклоне в противоположную сторону конец трубки опускается относительно мембранной коробки, отчего в ней возникает разрежение, пропорциональное тем же величинам. Для герметизации заполненной жидкостью полости, а также для компенсации теплового расширения жидкости служит эластичная диафрагма практически нулевой жесткости, установленная на конце трубки, противоположном мембранной коробке. Она же служит для компенсации колебаний давления воздуха в отсеке, одинаково воздействующего как снаружи на мембранную коробку, так и на эластичную диафрагму. При возникновении (вследствие наклонов) давления или разрежения в полости мембранной коробки она упруго прогибается, и ее центр перемещает в ту или иную сторону сердечник электрического преобразователя, на выходе которого возникает сигнал соответствующей полярности. Датчики крена и дифферента отличаются друг от друга лишь одним базовым размером — длиной заполненной жидкостью трубки, которая обратно пропорциональна синусу предельного значения контролируемого угла. В связи с тем, что предельные значения углов дифферента существенно меньше, чем крена, для получения одинакового сигнала на выходе обоих датчиков трубка датчика дифферента должна быть длиннее.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Атомная подводная лодка

Измерение осадки осуществляется парой датчиков перепадов давления, динамическая полость которых связана с забортным пространством под днищем АПЛ, а статическая — с атмосферой. Используют два однотипных датчика перепада давления с разными пределами измерения, размещенные в одной плоскости и на одной вертикали, но в разных уровнях. В зависимости от фактического значения текущей осадки показания снимают с одного из датчиков (верхнего или нижнего), достигая требуемой точности измерения. При пересчете гидростатического давления в осадку в связанной с корпусом корабля системе координат учитываются текущие значения углов крена и дифферента.

Атомная подводная лодка

В комплект приборов также входят блок вторичных преобразователей вышеназванных датчиков и информационно-вычислительный блок (ИВБ), представляющий собой мини-ЭВМ. Выходные данные поступают в ИВБ, который реализует введенный в его память алгоритм, а также обеспечивает внесение поправок в значения измеряемых параметров.

Образец КПОРП был изготовлен и прошел под наблюдением межведомственной комиссии многоэтапный цикл испытаний, включая проверки устойчивости ко всем видам механических и климатических воздействий, а также испытания на стенде многомерной угловой качки. При этом проверялась работоспособность КПОРП при раздельном и одновременном воздействии двух видов качки с заданием углов крена и дифферента, имитирующих аварийное положение корабля. Результаты испытаний подтвердили полное соответствие КПОРП требованиям ТЗ как по точности определения равновесных параметров посадки, так и по устойчивости ко всем видам корабельных воздействий.

Загрузка статьи...