У військовій сфері не тільки статути писані кров'ю, але і багато технічних новації зобов'язані своїм народженням трагічним подіям. Не так давно була завершена розробка унікального для вітчизняного кораблебудування комплексу - необхідність його створення стала очевидна морякам і інженерам після серії катастроф в підводному флоті.
Сьомого квітня 1970 року народження, завершивши бойову службу в Середземному морі і вийшовши в Атлантику, радянська АПЛ К-8 проекту 627А взяла курс на свою північну базу. Несподівано в її третьому відсіку сталося загоряння хімічних набоїв регенерації, призначених для очищення корабельної атмосфери. Знадобилося зовсім небагато часу, щоб загоряння переросло в повномасштабну пожежа. Як годиться, спрацював аварійний захист реакторів, зупинилися турбіни. Резервний дизель-генератор запустити не вдалося, і АПЛ залишилася без електроенергії, що істотно ускладнило боротьбу за живучість, яка тим не менш тривала більше трьох діб. Продув баластні цистерни, човен сплив на поверхню. А пожежа тим часом поширювався по кораблю. У двох кормових відсіках прогоріли забортні сальники (ущільнення виведених з міцного корпусу човна кабелів). У відсіки почала надходити вода, що призвело до виникнення наростаючого негативного дифферента (нахилу на корму). Через дві доби вичерпався запас повітря високого тиску, і стримувати надходження води в відсіки стало нічим. Корабель був приречений, треба було рятувати екіпаж. Підійшли надводні кораблі зняли частину моряків. А з центру продовжували надходити категоричні накази - до останнього боротися за порятунок корабля. Вранці 12 квітня процес наростання дифферента отримав лавиноподібний характер, і човен, прийнявши майже вертикальне положення кормою вниз, стрімко пішла на дно, забравши з собою життя 52 моряків.
К-8 Радянська атомний підводний човен проекту 627А «Кіт». Вступила до складу Північного флоту 31 серпня 1960 року. Загинула в Біскайській затоці 12 квітня 1970 року.
Через 16 років після цієї трагедії знову в водах Атлантики сталася аварія інша радянська АПЛ. Тепер це була К-219, стратегічна човен, що несе в своїх шахтах 16 балістичних ракет з ядерними зарядами. 16 жовтня 1986 року в знаходиться на бойовому чергуванні човні виникла пожежа в ракетному відсіку. Причина пожежі - руйнування ракети з подальшим порушенням герметичності шахти і попаданням в відсік компонентів ракетного палива. Далі розвиток катастрофи проходило по вже знайомим сценарієм: поширення пожежі по відсіках, прогорание забортні сальників, надходження в відсіки води і, як наслідок, наростаючий дифферент, який призвів до втрати човном поздовжньої остійності. Після 15-годинної наполегливої, але безрезультатної боротьби за порятунок корабля відбулося його стрімке затоплення. На цей раз врахували сумний досвід К-8 та більшу частину екіпажу своєчасно переправили на підійшли суду. На човні залишалися лише дев'ять чоловік на чолі з командиром корабля. П'ятьом з них вдалося врятуватися, четверо разом з АПЛ покояться на дні океану на глибині близько 5000 м.
Не минуло й трьох років, як радянський ВМФ потрясла нова трагедія - загибель підводного човна «Комсомолець». Цей унікальний корабель, побудований за розробленим ЦКБ «Рубін» проекту 685 (шифр «Плавець»), увійшов до Книги рекордів Гіннесса після встановлення в 1985 році світового рекорду глибини занурення для бойових ПЛ (1027 м). 7 квітня 1989 року об 11 годині, коли АПЛ, перебуваючи на глибині 400 м, поверталася зі свого вже п'ятого автономного плавання, в її кормовому 7-му відсіку виникла пожежа. Вже через 11 хвилин човен, виконавши аварійне спливання, виявилася на поверхні штормового Норвезького моря. Почалася запекла боротьба за порятунок корабля. І знову, як і в уже описаних випадках, надходження води в кормові відсіки призвело до виникнення негативного дифферента.
К-219 На човні стався вибух балістичної ракети в одній з шахт. Через три дні, 6 жовтня 1986 року, човен затонув в Атлантичному океані на глибині 5500 м. Більша частина екіпажу було врятовано.
Про осаді і посадці
Тут необхідно пояснити, чому цей процес так небезпечний саме для підводних човнів. Одна з найважливіших характеристик будь-яких водоизмещающих судів - остійність, що розглядається як здатність судна, виведеного зовнішнім впливом з положення рівноваги, повертатися в нього після припинення цього впливу. Розрізняють поперечну і подовжню остійності, тобто здатність до відновлення рівноваги після виникнення відповідно крену або дифферента. Підводний човен, веретеноподібний корпус якої має довжину, що істотно перевищує ширину, особливо чутлива до Диферент - відхилень від горизонтального положення в поздовжньому напрямку. Коли човен в русі, що виникають з тих чи інших причин Диферент погашаються дією її горизонтальних гідродинамічних рулів. Але на човні, яка не має ходу, гідродинамічні керма, природно, не працюють. Боротися з диферент можна лише переміщенням вагових навантажень всередині корабля відносно її центра ваги, зменшуючи їх з боку, куди відбувається нахил, або збільшуючи зі зворотного боку, щоб вирівняти човен. Реально ця процедура полягає в продувці одних і заповнення водою інших баластних цистерн, розміщених в носі, кормі і уздовж бортів АПЛ. Природно, з якого б боку від центру ваги ні збільшувався вага, це призводить до збільшення опади корабля - третій (поряд з креном і дифферентом) параметру, який визначає посадку корабля в море. Посадку, яку має справний корабель на спокійній воді, називають рівноважною. При цьому повністю відсутні крен і диферент, а осаду така, що корабель занурений у воду по конструктивну (розрахункову) ватерлінію. Коли ПЛ виявляється в надводному положенні в штормовому морі, хвилі, розгойдуючи її, безперервно змінюють все три параметра, що визначають посадку. Якщо ПЛ знаходиться в нормальному (непошкодженому) стані і володіє необхідною остойчивостью, її коливання відбуваються відносно рівноважного положення і не становлять небезпеки, якщо, звичайно, не перевищать критичних значень. Зовсім інша ситуація, коли в результаті аварії і отриманих пошкоджень ПЛ в надводному положенні має посадку, відмінну від рівноважної, тобто коли навіть при відсутності морського хвилювання кути крену і диференту корабля не дорівнюють нулю, а його осідання - не по конструктивну ватерлінію. Цю обставину необхідно безперервно враховувати в ході боротьби за живучість аварійної ПЛ. Борючись з вогнем шляхом затоплення аварійних відсіків, вирівнюючи виник крен або диферент методом продувки баластних цистерн (особливо розташованих в носі або в кормі човна), слід уявляти, як ці заходи відбиваються на зміні дифферента. Зробити це зовсім непросто, оскільки суб'єктивне сприйняття може підвести, а об'єктивної інформації про реальний просторове положення човна отримати нізвідки.
К-278 «Комсомолець» Єдина човен проекту 685 «Плавець». Їй належить абсолютний рекорд по глибині занурення серед підводних човнів - 1027 м. Загинула в результаті пожежі в Норвезькому морі 7 квітня 1989 року.
При катастрофі «Комсомольця» практично вся боротьба за порятунок АПЛ проходила в надводному положенні і тривала без малого шість годин. Пожежа, що розповсюдилася на три кормових відсіку, вдалося приборкати. Але в боротьбі з вогнем було допущено низку помилок, що призвели до поступового, але неухильного наростання негативного дифферента. Менш ніж за годину до загибелі АПЛ її корми просіла в воду настільки, що досить високий кормової стабілізатор зник під водою. До цього часу величина поздовжньої остійності човна залишалася такою малою, що подальший швидкий ріст дифферента і близький трагічний результат був очевидний. Це підтверджувалося знімками, зробленими з літака-рятувальника, який прибув з Североморська. О 17:08 човен з дифферентом на корму в 80 ° (тобто майже вертикально) пішла під воду. Екіпаж, який перебував на верхній палубі, опинився у крижаній воді. З 69 моряків в живих залишилося 27.
Отже, всі три катастрофи, розпочавшись з пожежі, закінчувалися загибеллю АПЛ в результаті втрати поздовжньої остійності і миттєвого затоплення. Це було відзначено в документах урядової комісії, яка працює над встановленням причин загибелі «Комсомольця». Комісія доручила одному з підприємств Міністерства суднобудування розробити комплекс апаратних засобів, призначених для об'єктивного контролю параметрів посадки АПЛ в аварійній ситуації. Результати розробки планувалося використовувати в проектах АПЛ наступного покоління.
Математика стихії
Технічне завдання підготувало одне з ЦКБ, проектували АПЛ. Дослідно-конструкторська робота (ДКР) почалася в 1993 році. Дуже скоро стало ясно, що основна проблема полягає у відсутності алгоритму, за допомогою якого можна було б визначати параметри посадки корабля в умовах носить випадковий характер морського хвилювання. Тому саме з пошуку алгоритму починалася ОКР. До його розробки залучалися фахівці багатьох провідних наукових і проектних організацій суднобудування і ВМФ. Спільно з ними були створені і апробовані методами математичного моделювання і експериментально три варіанти алгоритму. Один з них (алгоритм професора Севастопольського приладобудівного інституту Ю.І. Нечаєва) отримав схвалення замовника розробки - ЦНДІ кораблебудування - і був прийнятий для використання в ОКР.
Гра тисків Вести постійний автоматичний контроль за посадкою підводного корабля допоміг комплекс оригінальних технічних рішень. Система датчиків реагує на зміну тиску рідини і повітря. Принцип дії кренометр і діфферентометра заснований на контролі тиску, що виникає в мембранної коробці в результаті способу заповненої рідиною трубки.
Алгоритм Нечаєва розроблявся шляхом аналізу матеріалів експериментів, що проводяться з використанням радіокерованих моделей різних типів морських суден на природному хвилюванні. Потім він був апробований на одному з кораблів Чорноморського флоту і на судах транспортного флоту.
Вимірювання опади здійснюється парою датчиків перепадів тиску, пов'язаних з забортним простором і атмосферою.
Принцип дії розробленого відповідно до цього алгоритмом КПОРП заснований на безперервному контролі поточних значень трьох параметрів посадки корабля: кутів крену і диференту, а також опади. Всі ці параметри для аварійного корабля, що знаходиться в умовах морського хвилювання, носять випадковий характер. Накопичені за певний період дані по кожному з параметрів проходять осреднения за часом, а потім отримані результати доповнюють обчислюються відповідно до прийнятого алгоритмом поправками.
Зміна епох Підводний флот Росії оновлюється, вводяться в дію нові кораблі нових проектів (на фото АПЛ «Северодвинск» проекту 885 «Ясень»). Цілком можливо, що на човнах прийдешніх поколінь будуть втілені в життя розробки, які допоможуть уникнути трагедій на море, на зразок тих, про які розказано в цій статті.
чутливі трубки
Реалізація прийнятого КПОРП алгоритму ведеться за допомогою комплекту датчиків поточних значень крену, диференту і опади. Для вимірювань кутів крену і диференту були розроблені два максимально уніфікованих між собою датчика, один з яких (кренометр) розміщений в площині мидель-шпангоута (середній поперечний переріз корпусу АПЛ), а другий (діфферентометр) - в діаметральної площині корабля. Принцип дії датчика заснований на контролі тиску або розрідження, що виникає у внутрішній порожнині високочутливої мембранної коробки в результаті способу пов'язаної з цією порожниною трубки, заповненої спеціальної незамерзаючої рідиною певної щільності. Коли при нахилі (дифференте) корабля кінець трубки буде вищою мембранної коробки, в порожнині коробки виникає деякий надлишковий тиск, пропорційне довжині трубки, помноженої на синус кута нахилу, і питомою вагою заповнює трубку рідини. При нахилі в протилежну сторону кінець трубки опускається щодо мембранної коробки, чому в ній виникає розрідження, пропорційне тим же величинам. Для герметизації заповненої рідиною порожнини, а також для компенсації теплового розширення рідини служить еластична діафрагма практично нульовий жорсткості, встановлена на кінці трубки, протилежному мембранної коробці. Вона ж служить для компенсації коливань тиску повітря у відсіку, однаково впливає як зовні на мембранну коробку, так і на еластичну діафрагму. При виникненні (внаслідок нахилів) тиску або розрідження в порожнині мембранної коробки вона пружно прогинається, і її центр переміщує в ту чи іншу сторону сердечник електричного перетворювача, на виході якого виникає сигнал відповідної полярності. Датчики крену і диференту відрізняються один від одного лише одним базовим розміром - довжиною заповненої рідиною трубки, яка обернено пропорційна синусу граничного значення контрольованого кута. У зв'язку з тим, що граничні значення кутів диференту істотно менше, ніж крену, для отримання однакового сигналу на виході обох датчиків трубка датчика дифферента повинна бути довшою.
Вимірювання опади здійснюється парою датчиків перепадів тиску, динамічна порожнину яких пов'язана з забортним простором під днищем АПЛ, а статична - з атмосферою. Використовують два однотипних датчика перепаду тиску з різними межами вимірювання, розміщені в одній площині і на одній вертикалі, але в різних рівнях. Залежно від фактичного значення поточної опади свідчення знімають з одного з датчиків (верхнього або нижнього), досягаючи необхідної точності вимірювання. При перерахунку гідростатичного тиску в осадку в пов'язаної з корпусом корабля системі координат враховуються поточні значення кутів крену і диференту.
У комплект приладів також входять блок вторинних перетворювачів вищеназваних датчиків і інформаційно-обчислювальний блок (ІВБ), що представляє собою міні-ЕОМ. Вихідні дані надходять в ІВБ, який реалізує введений в його пам'ять алгоритм, а також забезпечує внесення поправок в значення вимірюваних параметрів.
Зразок КПОРП був виготовлений і пройшов під наглядом міжвідомчої комісії багатоетапний цикл випробувань, включаючи перевірки стійкості до всіх видів механічних і кліматичних впливів, а також випробування на стенді багатовимірної кутовий качки. При цьому перевірялася працездатність КПОРП при роздільному й одночасному впливі двох видів качки із завданням кутів крену і диференту, що імітують аварійне становище корабля. Результати випробувань підтвердили повну відповідність переважній КПОРП вимогам ТЗ як по точності визначення рівноважних параметрів посадки, так і по стійкості до всіх видів корабельних впливів.
Стаття «Рівновага для виживання» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №11, Січень 2014 ).