Рис. 1. Проектное изображение корабля УРО (DDG-1000) Zumwalt (слева) и его модель в масштабе 1/4 (справа) [4]. Техническим проектом предусматривается поддержание 30-узлового хода и боеготовности ракетных систем в любых погодных условиях
Мореходство и морские науки - 2009
УДК 629.5.001, 656.6.052На базе Сахалинского государственного университета (СахГУ) работают два Сахалинских отделения Всероссийских научных обществ. Русское географическое общество (СахРГО) с миссией популяризации историко-географических знаний проводит научные исследования и экспертные работы по актуальным и общественно значимым направлениям социально-экономического развития Региона. Российское научно-техническое общество судостроителей им. А. Н. Крылова (СахНТО Крылова) и его общероссийская подсекция мореходных качеств судов в штормовых условиях – объединяющие потенциал морской инженерной и научной общественности и сохраняющие историческую преемственность при решении сложнейших задач эффективности и безопасности мореплавания, комплексного обустройства морской инфраструктуры дальневосточных морей и Тихого океана, прилегающих к Сахалину и Курильским островам.
Фундаментальные и прикладные исследования, в которых участвуют активные члены научных обществ, официально объявлены от имени лаборатории вычислительной гидромеханики и морских исследований (ВГиМИ) СахГУ и ориентированы на преумножение научных знаний в области морских инженерных, корабельных, навигационных и информационно-географических наук:
1. «Мореходность». Экспериментальные и теоретические исследования в области эффективности и безопасности мореплавания в штормовых и ледовых условиях дальневосточных морей России. № Г/р: 0120.0 803687.
2. «Карта». Разработка вычислительных моделей и информационно-аналитических программных комплексов для решения задач мониторинга и контроля состояния моря, атмосферы и их взаимодействия. № Г/р: 0120.0 803686.
Проведение Второй Сахалинской морской научно-технической конференции «Мореходство и морские науки - 2009» позволяет сконцентрировать внимание на текущих достижениях сахалинских ученых, обсудить текущие проблемы и скорректировать совместные планы на будущее.
В настоящее время, в период дезинтеграции российской морской политики, в Сахалинской области сохраняется просветительская миссия научных обществ, ратующих за обеспечение благоприятных условий воссоздания морской инфраструктуры региона; за скорейшее восстановление прибрежных гаваней и эффективного мореходства, без которых преимущества тихоокеанского положения островного края обращаются непомерными бедствиями и невзгодами для живущих у моря островитян.
По всем формальным признакам Сахалин и Курильские острова образуют своеобразную «морскую страну» с комфортными условиями проживания населения на морском побережье, с потенциально эффективной прибрежной экономикой, открытой для эффективного освоения Японского, Охотского морей и Тихого океана. Однако сказанное будет справедливым лишь при условии должного промышленного развития региона, опирающегося на собственные технологии судостроения, судоремонта и портового строительства и поддерживаемого потенциалом высокообразованных и опытных морских технических специалистов, способных поддерживать на современном уровне сложнейшую инфраструктуру дальних и каботажных морских коммуникаций.
Отметим все же, что старые сахалинские морские службы строились на уроках морских катастроф, на практическом освоении эффективных путей в штормовых широтах Дальнего Востока, с многократным повторением непреложной истины, высказанной А. Н. Крыловым, что наука без практики – бесплодна, а морское дело без теории – пагубно.
Современные разработки и исследования сахалинской научной общественности можно признать независимыми от излишней финансовой и экономико-политической опеки, что является очень полезным условием свободного использования новейших морских научных достижений мирового уровня, так же, как и для выработки наиболее обоснованных авторских организационно-технических предложений для скорейшей активизации морской деятельности в Сахалинской области в целом. В случае реальной активизации морской деятельности имеющийся задел позволит воспользоваться наставлением адмирала И. А. Шестакова, высказанным при создании современного Российского флота и судостроения второй половины XIX века, о недопустимости праздного и наукообразного изобретательства без пользы для реального морского дела.
Искусство проектирования современного корабля отчасти выходит из тени закрытых конструкторских кабинетов, чему способствует вездесущность новых информационных технологий, открывающих свободный доступ к новейшим концепциям проектирования, изучению мореходности корабля и морских исследований в целом для широкого круга студенческой и курсантской молодежи и морских профессионалов, получающих возможность разработки обоснованных технических предложений и требований к судостроению, к формированию новых наставлений мореплавателям и участию в практическом обустройстве региональной морской инфраструктуры.
Столь революционные преобразования в морских науках представлены американскими корабелами, озвучившими новые концептуальные положения «целевого проектирования» на конференции STAB-2009 [2], проходившей в этом году в Репино Ленинградской области. В отличие от российского судостроения в США морские науки географически разнесены по четырем прибрежным регионам и сконцентрированы в крупнейших кораблестроительных корпорациях и морских базах флота, где моряки и корабелы всегда представлялись единым морским и научным сообществом.
Вполне естественным в концепции «целевого проектирования» представляется обоснование необходимости строительства нового флота по прямым техническим заданиям опытных мореплавателей, которые впоследствии берут на себя ответственность как за эксплуатационную эффективность нового флота, так и за безопасность плавания в сложных и штормовых условиях. В качестве одного из показательных примеров [3] приводился проект одноразового судна, которое может иметь предельно низкую стоимость и совершить свой единственный морской переход под надежным прогнозом благоприятных погодных условий. Другой пример – сверхдорогостоящий проект корабля УРО XXI века – эсминца DDG-1000 Zumwalt, в котором учтены все пожелания военных моряков, ни в коей мере не согласованные с действующими сертификационными требованиями. В последнем случае морские инженеры приобретают законные основания для комплексного научного изучения и исследования всех аспектов эксплуатации, жизнеобеспечения и безопасности корабля, в том числе в боевых условиях, результатом которых становятся новейшие сертификационные требования для конкретного класса боевых кораблей, а также новые наставления мореплавателям по эффективному кораблевождению, использованию вооружений и борьбе за живучесть корабля.
Безусловно, что столь смелые проектные решения могут быть приняты только с опорой на новейшие достижения фундаментальных наук, на возможности глубокого экспертного анализа современного опыта практического мореплавания, техническую основу которым снова образуют информационные технологии и новейшие технические средства для экспериментальных исследований.
К настоящему времени построены новые суда повышенной штормовой мореходности в Норвегии (рис. 2), Англии (рис. 3) и Германии (рис. 4), в которых использованы элементы формы корпуса (в носовой оконечности), аналогичные обоснованным и опубликованным ранее на Сахалине [5].
Нельзя не отметить российских «достижений» в области проектирования новых кораблей и судов. Если 20 лет назад высказывалась мысль о том, что советские корабелы старались «осчастливить» капитанов видом с мостика судна, напоминающим прогулку по озеру на катере типа «Прогресс», то ныне технический прогресс (где эстетика вместо морской грамотности) в России сводится к форме гражданских судов в виде детского тазика, а боевых кораблей – в форме двойного клина-«топора» (рис. 5).
Другие российские проекты боевых кораблей опираются на прототипы быстроходных полуглиссирующих средиземноморских катеров и яхт, вполне приемлемых для использования в чисто штилевую погоду или в озерно-речных условиях. Столь странные корабли, неспособные к плаванию на умеренном волнении, пополняют состав морчастей сахалинских погранвойск, что во многом успокаивает браконьеров и контрабандистов отсутствием реального контроля в акваториях Сахалина и Курильских островов в свежую погоду.
Можно заключить, что рыбакам – проще, так как в отличие от военных моряков они могут просто отказаться от услуг российского судостроения и заказывать новые суда за рубежом, которые обладают отличной штормовой мореходностью, избыточной мощностью главных машин и превосходно оснащены всеми необходимыми рыболовными снастями, палубной механизацией и рефрижераторным оборудованием. Возникающая при этом проблема нежелания Морского Регистра России классифицировать рыболовные суда зарубежной постройки заставляет российских рыбаков поднимать чужие государственные флаги и, что еще хуже, всячески избегать заходов в российские порты.
Решение вышеозначенной проблемы возможно только при уважительном отношении к профессионализму сахалинских моряков и рыбаков, которые обязаны самостоятельно заниматься совершенствованием своего флота, обустройством всей береговой инфраструктуры, самостоятельно решать сложные морские научно-технические проблемы и вести подготовку региональных морских кадров высшей квалификации, изначально адаптированных к работе в сложных ледовых и штормовых условиях Сахалина и Курильских островов.
Морские инженерные исследования на Сахалине связаны с реализаций новых прямых вычислительных экспериментов по моделированию морских наводнений, цунами, штормовых воздействий на плавучие и стационарные морские инженерных сооружения. Математический блок разработок соответствует общемировой направленности морских исследований, среди которых на Сахалине имеются перспективные и законченные программные и методические разработки, готовые к внедрению в оперативную практику и инженерный регламент действующих морских служб. В частности [6]:
Sakhalin – информационно-картографический комплекс для работы векторными картами и метатекстовыми геобазами, основанными на стандартной файловой системе ЭВМ, редактирование, пополнение и актуализация которых возможны с использованием общесистемных текстовых редакторов.
Ocean: коллекция программного обеспечения, вспомогательных утилит и фрагментов документации с примерами исходных данных, предназначенных для океанографических изысканий в открытых морских и прибрежных акваториях. Приведены примеры использования программ: Ani – моделирование приливов, штормовых нагонов, цунами и т.п.; Mario – работа с мореограммам и приливными гармониками; World – расчеты на карте мира и работа с каталогами землетрясений и цунами.
Ship: небольшие иллюстративные программы для моделирования штормового волнения на море Waves и выполнения основных расчетов на теоретическом чертеже корпуса корабля Hull, включая прорисовки профилей корабельного волнообразования и кривых волнового сопротивления для реальных и аналитических обводов судов.
Эти и другие программные комплексы вместе с исходными текстами предлагаются для свободного использования в академических или некоммерческих целях. Авторы готовы к рассмотрению любых предложений о доработке вычислительных алгоритмов и графических интерфейсов для адаптации программ к работе в особых условиях или в составе специализированных автоматизированных систем.
В настоящее время в лаборатории вычислительной гидромеханики и морских исследований ведутся инициативные исследования по фундаментальным направлениям, связанным с разработкой новых алгоритмов и вычислительных экспериментов на основе тензорной математики для моделирования нестационарных процессов в трехмерной гидромеханике.
Отчасти новые модели ориентированы на решение инженерных задач взаимодействия атмосферы и океана и их воздействия на морские плавучие и стационарные инженерные сооружения. Основная же задача – это моделирование трехмерной гидромеханики гибких машущих и плавниковых крыльев, которые, по предварительным расчетным оценкам и экспериментальным испытаниям (рис. 7), могут служить высокоэффективными движителями.
Рис. 7. Кинематическая схема управляемых перемещений и деформаций гибкого машущего плавникового движителя (слева) и фото экспериментальной модели с жестким машущим плавниковым движителем, взятым в короб из граничных плоскостей и концевых шайб, с двумя вертикальными рулями управления (справа)
В технике не бывает без чудесных открытий. В период между первым и вторым морскими форумами на Сахалине в Интернете обнаружились прекрасные изобретательские разработки в США, где на промышленной основе выпускаются плавниковые движители для каяков «Mirage». Для пары раскачивающихся плавников (рис. 8) найдена технологически простая схема силовых приводов, и первыми же испытаниями показано двукратное преимущество перед веслами даже в самом тяжелом буксировочном режиме.
В сахалинских исследованиях качающиеся плавниковые движители рассматриваются во вторую очередь ввиду их меньшей эффективности в сравнении с машущим крылом и существенно большими сложностями при построении прямых вычислительных экспериментов для моделирования их нестационарной трехмерной гидромеханики.
И все же, каков успех американских морских инженеров [7]! Сколь прекрасное подтверждение качества поныне не забытых в Китае и в Африке кормовых одиночных весел для юления!
Недостатком таких движителей является их принципиально малая мощность, ограниченная как отсутствием низкооборотных механических двигателей, так и технологическими проблемами обеспечения прочности металлических тяг и надежности работы эластичных материалов в агрессивной морской среде. Существуют также перспективные гипотезы о методах повышения мощности и качества работы крыльевых движителей. Корабел В. П. Костенко обосновывал необходимость равномерного распределения тягового усилия по всей поверхности машущего крыла, что можно использовать в качестве функционала для математической оптимизации формы и кинематики движителя.
Решение столь сложных фундаментальных математических и инженерных задач возможно только при условии активной жизни региональной морской научной школы, способной объединить старых авторитетных морских инженеров и творческую молодежь, свободно владеющую современной вычислительной математикой и информационными технологиями.
Современное судостроение использует сложнейший математический инструментарий и прямые вычислительные эксперименты для моделирования гидродинамических, прочностных и технологических процессов, реализация которых востребована как при проектировании нового флота, так и при оснащении конкретных судов энергетическими и движительными установками, судовыми устройствами и дельными вещами.
Именно в судостроении отмечается нерешенность фундаментальных математических и физических задач, в первую очередь связанных с нестационарными гидродинамическими процессами. Ключевые проектно-технические решения о наилучшей форме корпуса корабля, об эффективных движителях и оптимальных системах управления и штормовой стабилизации до настоящего времени основываются на инженерных подходах, изобретениях и ноу-хау, допуская аналитические методы только для поверки принятых технических решений.
Существующее разделение морских и корабельных наук нередко отражается на авторитетных научных форумах обсуждением пустых и потому неразрешимых проблем, воспринимаемых мореплавателями не более как досадная ошибка при «перекладке руля». В российских наставлениях мореплавателям ныне практически полностью исчезли авторитетные рекомендации об управлении судном в сложных и штормовых условиях плавания, что свидетельствует о крайне низкой активности морской научной школы. В то же время Морской Регистр России вместо культивирования современной хорошей морской практики с помощью страховых преференций жестко отстаивает устаревшие и крайне опасные для мореплавателей технические анахронизмы, вмешиваясь в «качество клепки и чеканки» и отвергая морскую грамотность и опыт мореплавателей и региональных морских инженеров.
Если в период становления Российского флота и судостроения в середине XIX века централизация морских наук в Санкт-Петербурге не вызывала сомнений, то современный мировой опыт мореплавания однозначно связывает ответственность за принятие решений о морской деятельности с региональными профессионалами, единственно способными обеспечить реальную эффективность и безопасность морских работ.
На Первом сахалинском морском форуме в феврале 2008 г. обсуждались предложения о необходимости создания сахалинского морского научно-технического комитета (СахМНТК), которые нашли принципиальную поддержку в Морской коллегии России, официально поддержаны Пленумом Центрального правления Рос НТО Крылова в июне 2008 г., состоявшемся в Северодвинске.
Ко Второму морскому форуму можно констатировать только усиление тревог о грядущих технических катастрофах на море в Сахалинской области, связанных с естественной убылью авторитетных морских профессионалов из всех морских служб, учреждений и предприятий, с отсутствием системы дополнительного образования и повышения квалификации морских кадров.
Это является основанием для подтверждения актуальности и важности скорейшего создания авторитетной морской научной школы на Сахалине, способной к незамедлительному решению наболевших научно-технических проблем морской деятельности на Сахалине и Курильских островах, и, соответственно, в качестве одного из важнейших результатов новых научных исследований ожидать воссоздание научных кадров в области морских наук, с последующим подтверждением квалификации молодых специалистов в диссертационных советах Владивостока, Комсомольска-на-Амуре, Санкт-Петербурга.
Конкретные организационные предложения скорректированы и обновлены в Проекте Положения о Сахалинском морском научно-техническом комитете, а также сформулированы в Проекте решения нашего морского форума. Эти материалы также планируются к опубликованию в приложениях к сборнику избранных докладов.