Крыловский государственный научный центр — один из крупнейших в области кораблестроения и проектирования. Для «Росатома» там выполняют множество работ, но больше всего «СР» заинтересовали испытания моделей атомоходов в бассейнах.
Как новый ледокол будет крениться в сильный шторм? А как пойдет по чистой воде? Какую форму обвода выбрать, чтобы атомоход спокойно ломал трехметровый лед? Ответы на эти и другие вопросы конструкторы получают на стадии проектирования головного судна от сотрудников Крыловского центра. Те испытывают уменьшенные копии судов в исследовательских бассейнах и дают рекомендации: что и как можно улучшить.
На изготовление модели уходит меньше месяца — в центре есть специальное производство. Раньше модели делали из дерева, теперь — из пенопласта, он лучше поддается обработке на станке: форму корпуса настоящего судна можно воспроизвести с высокой точностью. Снаружи модель красят. Для одного судна изготавливают несколько образцов. Например, чтобы найти идеальную форму обвода «Арктики» проекта 22220, было сделано шесть разных моделей. Каждая — около 5,5 м в длину (длина настоящего судна — 173,3 м).
«На «Арктике» три вала и, соответственно, три гребных винта, — рассказывает заместитель начальника лаборатории морской ледотехники Крыловского центра Алексей Добродеев. — Поэтому, когда мы проводили испытания, в каждой валолинии модели установили винтовой динамометр, позволяющий измерять характеристики пропульсивного комплекса при движении во льдах».
Для определения ледопроходимости модель корпуса со всеми выступающими частями нужно оснастить движительно-рулевым комплексом. Надстройку, закрытое сооружение, которое возвышается над палубой, воспроизводить не нужно — она необходима лишь тем моделям, которые участвуют в испытаниях мореходных качеств и аэродинамических свойств.
Двухосадочность модели «Арктики» имитировалась грузами, суммарный вес которых превышал 200 кг.
«В былые времена, когда автоматизация оставляла желать лучшего, вместо груза в модель могли посадить специалиста, он заодно управлял движительно-рулевым комплексом. Тогда сотрудников для испытаний отбирали и по весу», — говорит Алексей Добродеев.
Модели испытывают в нескольких бассейнах. Например, в глубоководном — ходкость судна на чистой воде. В мореходном работают волнопродукторы — устройства для образования волн.
«Задаем спектр волнения в районе эксплуатации судна. Модель «Арктики» испытывали в шторме в семь баллов. Имитировали потерю хода, развернули бортом к волне. Получили крен до 35 градусов, из него модель легко вернулась в исходное положение»,
— говорит главный конструктор Крыловского центра Валерий Беляшов. Он, кстати, почетный полярник РФ — участвовал в первом рейсе «Арктики» проекта 10520 к Северному полюсу в 1977 году.
Самые интересные испытания — в ледовом бассейне. Там отрабатывают оптимальную форму корпуса, которая обеспечит проектную ледопроходимость.
Первый в мире ледовый бассейн был построен в 1955 году в Ленинграде, в Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте — для испытаний моделей атомного ледокола «Ленин». В Крыловском центре находится самый большой ледовый бассейн в России. Ширина — 10 м, длина — 80. Глубина — от 2 до 4,5 м. Бассейн стоит на опорах, по его дну и бортам расположены иллюминаторы, через них ведут съемку испытаний.
Намораживать лед начинают накануне. «Технологическая тележка едет над бассейном и распыляет мелкие капли воды. Температура воздуха вначале –25 °C. Капли кристаллизируются и оседают на поверхность воды. Перемещая тележку, мы слой за слоем увеличиваем толщину ледяного покрова», — описывает процесс Алексей Добродеев. Затем лед упрочняется, на это отводится ночь. После достижения нужных значений температуру в помещении повышают до −6° C и начинают эксперимент.
Эксперимент идет весь день, пока полезная площадь льда не будет израсходована. Начинают с буксировочных испытаний: модель прикрепляют к тележке и протаскивают через лед. Так измеряют ледовое сопротивление. Затем модель запускают в самостоятельное плавание — самоходные испытания в ровном ледяном покрове показывают маневренные качества.
«По результатам выдаем данные по предельной ледопроходимости — в какой толщине ровного сплошного льда ледокол может двигаться непрерывно со скоростью два узла. Это сравнительная характеристика любого ледокола»,
— рассказывает Валерий Беляшов. Все параметры позже находят подтверждение на ледовых испытаниях настоящего судна.
Специалисты оценивают и ледопроходимость в канале, по которому многократно проходили другие суда. Его называют старым, он заполнен ледяной кашей.
«В натурных условиях толщина каши может быть 5–8 м. Ледоколу в таких условиях идти сложнее, чем в ровном льду. При достижении критической толщины каши ледоколы прокладывают параллельный свежий канал. Наша задача сводится к определению предельной толщины слоя каши, в которой судно может двигаться на экономически выгодной скорости», — объясняет Алексей Добродеев.
Для приготовления ледяной каши в Крыловском центре изобрели механизированную установку, которая дробит ледяной покров на кусочки размером 5–6 см.
«Она чем-то похожа на культиватор, — добавляет Алексей Добродеев. — В автоматическом режиме разрушает лед, перемешивает, уплотняет в канале до нужной толщины и сплоченности».
Крыловцы могут воссоздать разные ледовые условия для испытаний. Недавно была разработана технология моделирования ледовых сжатий, которые встречаются на пути судов в Арктике. Для этого создана установка, которая перемещает ледовые поля в сторону борта движущейся модели.
Поздно вечером, когда модельные испытания подходят к концу, оставшийся лед убирают и растапливают, воду выливают в бассейн. А на следующий день намораживают новое ледовое поле — для следующих экспериментов.