Методы, организация и этапы проектирования

Цель Проектирования подводной лодки, как и всякого корабля,— определение ее элементов, а также разработка документации, необходимой для постройки подводной лодки на судостроительном заводе и ее дальнейшей эксплуатации. Определенные в процессе проектирования элементы должны быть оптимальными в рамках предъявленных к лодке требований и технических возможностей ^.

Следует различать проектирование кораблей как практическую деятельность по разработке проектов и теорию проектирования как науку, разрабатывающую методы определения элементов и показателей кораблей, которые в наибольшей степени отвечают своему назначению. Иностранные специалисты ^ рассматривают теорию проектирования в двух аспектах, различая «философию проектирования» (Philosophy of design) и методологию (Design procedure); причем к первой относят все вопросы, связанные с изучением общих принципов разработки проектов.

Некоторые зарубежные кораблестроители полагают, что неопределенность и неизученность внешних условий эксплуатации и боевого использования кораблей, противоречивость предъявляемых к ним требований, а также недостаточная строгость и эмпиричность большинства приемов дают основание считать проектирование скорее искусством, чем наукой^. Не случайно, из достоинств, которыми, по мнению иностранных специалистов должен обладать проектировщик, кроме профессиональ-

' Naval Engineers Journal, 1962, № 2,

2 Journal of the American Society of Naval Engineers, 1962, т. 74, № 2. ^ Journal of the American Society of Naval Engineers, 1959, т. 71, Ns 4. ^ Д. M a H и H Г, Теория и техника проектирования кораблей (перевод с английского), Воениздат, 1960.

ных знаний й опыта работы, особо выделяют творческое воображение и чутье (интуицию).'

Математически задача определения элементов корабля сводится к составлению и совместному решению системы уравнений, включающих элементы и показатели проектируемого корабля, а также параметры внешних (заданных) условий его использования. Однако в настоящее время составить и тем более непосредственно решить подобную систему уравнений практически невозможно ввиду отсутствия ряда аналитических зависимостей и чрезвычайно большого количества независимых искомых величин*. Поэтому в практике кораблестроения был выработан весьма эффективный метод решения основной задачи проектирования, названный методом последовательных приближений.

Суть этого метода заключается в том, что процесс проектирования делят на отдельные стадии (этапы) и определяют на каждом этапе лишь некоторые элементы и показатели корабля,-задаваясь величиной или соотношением других элементов с их последующим уточнением.

Метод последовательных приближений органически сочетается с методом вариаций, предусматривающим на каждом этапе проектирования определение элементов корабля в ряде вариантов, которые удовлетворяют ранее сформулированным х требованиям, и анализу полученных решений. Специалисты вынуждены применять метод вариаций; это обусловлено тем, что невозможно непосредственно найти оптимальное сочетание элементов.

Организацию проектирования подводных судов лучше всего рассмотреть на примере США — единственной капиталистической страны, накопившей большой опыт проектирования и постройки лодок с атомными энергетическими установками.

По мнению американских специалистов, необходимость создания подводной лодки нового типа может быть вызвана несколькими причинами 2. Обычно такой причиной является моральное и физическое старение имеющихся в наличии кораблей и Несоответствие их тем задачам, которые стоят в настоящее время перед военно-морскими силами. Появление нового типа (а иногда даже нового подкласса или класса) подводного корабля может быть обусловлено развитием или изменением основных принципов военно-морского искусства, что наблюдается не так часто. Наконец, новый корабль создают в резуль тате развития других областей науки и техники. Так появилась _^первая атомная подводная лодка, постройка которой стала воз-, 'можной после открытия процесса деления атомного ядра и развития новой отрасли техники—ядерной энергетики.

По какой бы из перечисленных причин не разрабатывали новый корабль, его проект всегда служит дальнейшим развитием-технических идей, заложенных в ранее построенные корабли. Это может касаться отдельных технических средств (энергетической установки, вооружения, средств наблюдения и связи) или корабля в целом. Например, при проектировании атомной подводной лодки «Трешер» американские специалисты использовали в качестве прототипов два корабля — «Скипджек» и «Таллиби». От первого в проекте «Трешера» применили несколько видоизмененные сгандартную энергетическую установку и форму обводов наружного корпуса, а от второго — гидроакустический комплекс, схему расположения торпедных аппаратов-и мероприятия по снижению уровня подводного шума.

Предложения о создании новых типов кораблей, в том числе и подводных лодок, исходят, как правило, от Управления начальника морских операций (Главного штаба ВМС США), при котором организовано для этих целей специальное подразделение, называемое Советом по характеристикам кораблей (Ship Characteristics Board). В ряде случаев предложения о разработке проектов исходят от Управления кораблестроения ВМС или от частных фирм, разрабатывающих новые образцы военной техники по собственной инициативе.

С момента возникновения идеи и до вступления головного корабля в строй военно-морского флота проходит обычно около шести лет. Весь процесс создания корабля разбивают на ряд последовательных этапов:'

— перспективное военно-экономическое планирование и разработка оперативно-тактического задания;

•— исследовательское проектирование и разработка тактико-технического задания;

— предварительное или эскизное проектирование;

— контрактное или техническое проектирование;

— переговоры с фирмой-строителем и заключение контракта;

— рабочее проектирование и постройка головного корабля; .— испытания и передача головного корабля флоту;

— корректировка проекта и серийная постройка кораблей. На рис- 9 показана ориентировочная продолжительностьосновных этапов создания типичного корабля ВМС США.

Первый этап создания корабля, строго говоря, не относится к области проектирования, поскольку связан с решением более широких проблем. Как уже отмечалось, на этом этапе работаетспециальное подразделение Главного штаба ВМС, в состав которого входят высококвалифицированные офицеры, инженеры, математики и экономисты. К работам привлекают также специалистов Управления кораблестроения и других управлений и служб флота.

При разработке оперативно-тактического задания {^Jl:^) прежде всего решается вопрос о выборе типа боевого корабля (надводный корабль, дизель-электрическая или атомная подводная лодка), способного наиболее эффективно выполнять поставленные задачи.

Непрекращающийся рост стоимости современной военной техники вынуждает иностранных специалистов при оценке эффективности проектируемых образцов вооружения все большее внимание уделять учету экономических факторов. Конечная цель разработки новой системы оружия (в том числе и нового корабля) — достижение максимальной эффективности его действия как боевого средства. Хотя эффективность оружия представляет собой сложное понятие и поэтому трудно поддается оценке, по мнению иностранных специалистов в самом общем случае это понятие можно все же определить как отношение причиненного противнику ущерба (или предотвращенного ущерба — для оборонительных систем оружия) к общей стоимости оружия, включающей строительную стоимость и эксплуатационные расходы.

Математически эффективность оружия выражается формулой

Е^^. (1)

где о обозначает причиненный ущерб, а С — стоимость оружия. Величины О и С измеряются в обычных денежных единицах, например долларах. Определение этих факторов связано на практике с рядом допущений и предположений. Так, величина

Методы, организация и этапы проектирования

Рис, 9. Основные этапы создания боевого корабля и их продолжительность.

/ — исследовательское проектирование; //— эскизное проектирование; /// — техническое проектирование; /V — переговоры о заключении контракта; v — заключение контракта на постройку; vi — рабочее проектирование и строительство; и//испытания; viii — ввод в строй.

причиненного противнику ущерба О представляет собой произведение математического ожидания числа уничтоженных целей (за атаку, поход или другой выбранный период боевой деятельности) и стоимости каждой цели. При определении О необходимо учитывать такие неопределенные факторы, как момент возникновения конфликта, 'противодействие противника, многообразие стоящих перед системой оружия задач и многократность ее использования, различную важность целей и невозможность выражения ее в ряде случаев через стоимостные показатели и др.

Для расчетов, связанных с вычислением величины причиненного (предотвращенного) ущерба, в иностранной практике широко применяют методы исследования операций, которые основаны на математическом аппарате теории вероятностей, теории игр и статистических решений, математического моделирования, линейного, нелинейного и динамического программирования и т. П.1 Оценку производят при конкретных оперативно-тактиче-бких и гидрометеорологических условиях, возможно ближе соответствующих действительным условиям решения поставленной боевой задачи. Число таких задач для данной системы оружия, очевидно, должно быть ограничено, однако без ущерба для полноты исследования, влияющей на окончательный результат.

Стоимость проектируемой системы оружия с определяют с помощью методов экономического анализа, путем обработки статистических данных по уже построенным образцам.

Независимо от того, какая система оружия рассматривается, величины О и С функционально связаны с ее основными элементами зависимостями

^ = /'(^1. ^2, х^, ... , а', Ь', с', . . .) (2)

С =/'(^1, х^, дгз, . . . , а!', Ь", с", ...), ^(3)

где Хи Х2, Хз, ...— элементы системы; а', Ь', с', ..., а", Ь", с",.. .— параметры, характеризующие внешние (заданные) условия создания и боевой деятельности системы оружия.

при решении задачи применительно к подводной лодке под элементами х^ х^, Хг, ... понимают скорость хода, глубину погружения, ракетный и торпедный боезапас, дальность действия гидроакустической станции, автономность и т. п., а под величинами а', Ь', с', . . ., а", Ь", с", ... — характеристики противолодочной обороны противника, элементы целей, возможности судостроительной промышленности и пр.

Таким образом, задача первого этапа сводится к выбору системы оружия с таким сочетанием основных элементов, прикотором функция (1) будет достигать максимальных значений. Однако на практике эту задачу далеко не всегда удается решить математически, поэтому важную роль в выборе окончательного варианта системы играют разнообразные методы качественного военно-экономического анализа, к числу которых в первую очередь следует отнести военные игры.

На основании выбранных элементов Главный штаб ВМС разрабатывает ОТЗ — документ, формирующий основные требования к новой подводной лодке, в том числе к скорости ее хода, глубине погружения, дальности и району плавания, составу вооружения'. ОТЗ утверждается начальником Главного штаба и высылается в Управление материально-технического обеспечения ВМС, которому подчинено Управление кораблестроения.

Следующий (а по существу первый) этап проектирования подводной лодки — этап исследовательского проектирования (Conceptual Design Study) выполняет Управление кораблестроения, проверяющее совместимость элементов, заданных в ОТЗ, а также выбор наиболее рационального варианта в рамках предъявленных требований. В ходе этого этапа выполняют ориентировочные расчеты весовой нагрузки и постоянного плавучего объема, оценивают величину водоизмещения, в небольшом масштабе разрабатывают чертежи общего расположения и теоретические чертежи, производят расчеты удифферентовки, остойчивости, ходкости и другие кораблестроительные расчеты вариантов проектируемой лодки.

После разработки вариантов вновь оценивают их эффективность (по общему или частным критериям) и выбирают оптимальный вариант, элементы и другие характеристики которого закрепляют в специальном документе — тактико-техническом задании (ТТЗ).

ТТЗ представляет собой развернутые требования к подводной лодке, определяющие: главное и второстепенное назначения, глубину погружения и мореходные качества, состав вооружения и радиоэлектронного оборудования, тип энергетической установки, элементы защиты, требования к компоновке постов, условия обитаемости и другие особенности проекта.

Законченное ТТЗ представляют на заключение в Главный штаб ВМС, где принимается решение о прекращении или продолжении проектирования корабля. В последнем случае его включают в проект будущей кораблестроительной программы.

На основании ТТЗ отделение предварительного проектирования Управления кораблестроения разрабатывает предварительный или эскизный проект (Preliminary Design), предназначенный для решения всех принципиальных технических вопросов, которые возникают при создании заданной подводной лодки.

,На этой стадии варьируются отдельные конструктивные решения и состав технических средств таким образом, чтобы все получаемые варианты удовлетворяли требованиям ТТЗ. Соответственно, в качестве частных критериев при оценке разработанных вариантов принимаются такие качества корабля, как технологичность, ремонтопригодность, надежность, экономичность постройки и эксплуатации.

Для дальнейшей разработки выбирают один, наилучший вариант эскизного проекта, который, как правило, не подвергается коренным изменениям (т. е. сохраняется общая компоновка, выбранный тип энергетической установки и т. п.). При разработке контрактного или технического проекта (Contract Design) уточняются лишь некоторые технические решения, а также проектируются отдельные механизмы, системы, оборудование.

Техническое проектирование осуществляют специализированные отделения Управления кораблестроения — корпусное, механическое и электротехническое — под общим наблюдением отделения предварительного проектирования. Кроме крупномасштабных чертежей и расчетно-пояснительной документации, в состав технического проекта входят договорные спецификации, содержащие подробные технические характеристики подводной лодки в целом, ее корпуса, систем, устройств, энергетической установки, электрооборудования, вооружения, а также расчеты стоимости и продолжительности постройкиВесь комплект документации (содержащий сотни чертежей, схем, экспликаций, расчетно-пояснительных записок) рассматривается проектными, комплектующими и кораблестроительными организациями ВМС США, а затем утверждается руководящими органами. После этого Министерство ВМС окончательно вносит спроектированный корабль в проект кораблестроительной программы, который представляется на утверждение Конгресса .

После утверждения программы строительства и модернизации кораблей на данный финансовый год ВМС США начинают переговоры с частными судостроительными фирмами о заключении контрактов (договоров) на постройку лодок по разработанному техническому проекту, к договорным документам прилагают чертежи и спецификации проекта, по которым проектно-конструкторские бюро фирмы-строителя производят разработку детальных рабочих чертежей и другой необходимой технической и технологической документации. При постройке однотипных кораблей заводами нескольких фирм одна из них является главным подрядчиком, а остальные ведут постройку по чертежам, выпускаемым этой фирмой.

Как уже отмечалось, основной проектировщик и строитель атомных подводных лодок в США — фирма Дженерал Дайнэмикс Корпорейшн. Проектный отдел верфи Электрик Боут Дивижн этой фирмы разработал большое количество проектов лодок с атомными энергетическими установками:

Тип Номер проекта Тип Номер проекта

«Наутилус» .... ЕВ-251А «Скипджек» .... ЕВ-269А

'«Сивулф»...... ЕВ-253А «Таллиби»..... ЕВ-270А

■«Скейт» . . ... ЕВ-264А «Скэмп»...... ЕВ-274А

«Суордфиш» .... ЕВ-264Р «Джордж Вашинг-

«Сарго» .'..... ЕВ-264М тон»....... ЕВ-278А

«Сидрэгон»..... EB-264Q «Стерджен»..... ЕВ-298А

«Тритон...... ЕВ-260А «Нарвал» _..... ЕВ-289А

В некоторых случаях рабочее проектирование подводных лодок ведет Управление кораблестроения ВМС. Так были спроектированы торпедные дизель-электрические лодки типа «Тэнг», экспериментальная лодка «Долфин», атомные подводные лодки типа «Трешер» (проект 188) и ракетоносцы типа «Лафайет» (проект 216). Постройку головных подводных лодок по этим проектами вели на государственных кораблестроительных верфях, принадлежащих ВМС США.

Если рабочий проект выполняет конструкторское бюро частной фирмы. Управление кораблестроения ведет наблюдение за ходом работ, и в частности, за соблюдением требований спецификаций. Все отступления от спецификационных требований должны согласовываться с Управлением кораблестроения'.

Особенно большое внимание при проектировании кораблей (в том числе и подводных лодок) уделяется вопросам снижения их строительной стоимости. Для этого в США созданы специальные оперативные группы Управления кораблестроения, основная обязанность которых — консультативная помощь проектировщикам с целью получения минимальной технически возможной стоимости проектируемых конструкций, механизмов и оборудования, при этом изучается возможность замены каждого механизма и каждой детали более простыми и дешевыми без ухудшения качества изделия в целом.

В настоящее время подобные контрольные группы организованы на всех верфях и в проектных организациях военно-морского флота. Управление кораблестроения ВМС США распространило деятельность этих групп также на ряд частных судостроительных заводов и промышленных предприятий.

Следующий этап создания подводной лодки — постройка головного корабля — продолжается несколько лет и завершаетсяиспытанием и последующей передачей лодки флоту для всесторонней проверки ее качеств в процессе гарантийной эксплуатации. Гарантийный период длится обычно шесть месяцев, после чего подводная лодка считается окончательно введенной в строй ВМС США.

Одновременно с постройкой и испытаниями головного корабля проектно-конструкторское бюро фирмы или верфи-строителя производит корректировку рабочего проекта в соответствии G накопленным опытом и приступает к строительству всей серии лодок. В частности, при постройке подводных лодок типа «Трешер» головной корабль строился по проекту 188, а серийные корабли—по откорректированному проекту 188А.

Предыдущая глава Оглавление Следующая глава