В.Н.Буров "Отечественное военное кораблестроение"

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ РОССИЙСКОГО ФЛОТА ПОСЛЕ РУССКО-ЯПОНСКОЙ ВОЙНЫ

Русско-японская война, ставшая разносторонней проверкой качеств боевых кораблей, выявила необходимость коренных улучшений их вооружения, защиты, живучести, ходовых и маневренных свойств. Это вызвало поиск новых решений в различных направлениях научных исследований и инженерных разработок по совершенствованию кораблей.
Создание современного корабля основывается на достижениях многих наук, в том числе изучающих мореходные качества корабля, архитектуру и прочность его корпуса, вопросы защиты и обеспечения живучести. Результаты исследований в этой области рассматриваемого периода оказали существенное влияние на проектирование и постройку кораблей не только предреволюционного флота, но и сыграли важную роль для последующего развития военного кораблестроения в России. Заслуга в этом принадлежит русским ученым, среди которых особое место занимают А. Н. Крылов и И. Г. Бубнов.
В оценке мореходных качеств корабля существенное значение имеет его поведение на волнении. А. Н. Крылов решил исключительно важную и сложную проблему качки в своих широко известных исследованиях, главная цель которых, по его словам, состояла в том, чтобы <дать способы рассчитать движение корабля на волнении>. В 1898 г. в работе <Общая теория качки корабля на волнении> А. Н. Крылов описал созданный им метод инженерного расчета движения корабля, идущего с любой скоростью и в любом направлении по отношению к фронту распределения заданной системы волн. Работа по теории качки А. Н. Крылова послужила фундаментом для всех последующих исследований в этой области.
А. Н. Крылов, развивая идеи С. О. Макарова, сформулировал условия непотопляемости кораблей, предложил меры по ликвидации крена и дифферента корабля после получения им повреждений, создал таблицы непотопляемости, позволяющие в боевых условиях принимать действенные меры по сохранению живучести корабля. В этой связи при проектировании кораблей получили дальнейшее развитие конструктивные меры по приданию кораблю достаточных запасов плавучести и остойчивости, а также меры ограничения потерь указанных запасов. К этим мерам относились: разделение корабля переборками, палубами и платформами на водонепроницаемые отсеки; создание систем - креновой, дифферентной, водоотливной, осушительной, перекачки, затопления, спуска и перепуска забортной воды. Подобные конструктивные меры расширили возможности борьбы за непотопляемость путем спрямления корабля в опасных ft случаях, изменения его аварийной посадки и остойчивости. Указанные кон- f структивные принципы обеспечения непотопляемости послужили основой при ¦ проектировании кораблей последующих поколений отечественного флота.
Особо следует отметить написанный А. Н. Крыловым в 1907 г. курс <Вибрация судов> и составленный им в 1912 г. курс <О некоторых дифферен- Д циальных уравнениях математической физики, имеющих приложение в техни- > ческих вопросах>. В этих трудах А. Н. Крылов, базируясь на классических работах основоположников механики, развил применительно к расчетам инженерных конструкций методы теории колебаний и рассмотрел ряд важных практических вопросов, в том числе вопрос о колебаниях корпуса корабля как призматической балки.
А. Н. Крылов непосредственно продолжил работы Л. Эйлера по расчету усилий, действующих на корабль при его плавании на волнении. Он довел решение этой задачи до числовых примеров и дал формулы, позволяющие вычислить изгибающие моменты в корпусе корабля при килевой качке.
И. Г. Бубнов впервые в мире дал стройное научное обоснование проектированию корпусов, в связи с чем считается создателем строительной механики корабля как науки. Особое место в ней занимает обеспечение проблемы общей и местной прочности судов. Его фундаментальный труд <Строительная механика корабля> (1909-1911 гг.) являлся в те годы единственным не только по строгой научности, но и полноте изложения вопросов.
На основе своих исследований И. Г. Бубнов разработал новую, более рациональную систему набора судового корпуса, получившую широкое применение и развитие в мировом кораблестроении под наименованием <русской>. Отличительной ее особенностью являлось усиление основных продольных дни-щевых связей - стрингеров, наличие килевой балки и подкрепление наружной обшивки корпуса, верхней палубы продольными ребрами. Это позволило увеличить момент инерции поперечного сечения корпуса и повысить устойчивость обшивки. В результате были существенно облегчены конструкции корпуса и повышена его прочность.
Новый метод рационального конструирования корпусов был успешно применен при строительстве кораблей судостроительных программ 1907-1912 гг.
Занимаясь не только теорией, но и практикой кораблестроения, И. Г. Бубнов разработал в 1908 г. прогрессивные по тому времени нормы допускаемых деформаций (или напряжений) для судовых конструкций. Многие положения этих норм стали использовать не только в кораблестроении, но и других областях техники. Свои предложения И. Г. Бубнов изложил в докладе на расширенном заседании Морского Технического комитета 4 ноября 1908 г.
Для обоснования рекомендуемых значений допускаемых напряжений частей корпуса при различных условиях нагрузки и для различных сталей И. Г. Бубнов исследовал в механической лаборатории С.-Петербургского политехнического института механические свойства обыкновенной судостроительной мартеновской стали и никелевой стали повышенной прочности. Результаты этих исследований привели И. Г. Бубнова к выводу о необходимости в качестве одной из важнейших характеристик металла, идущего на кораблестроение, вводить так называемый предел вытягивания, или иначе предел текучести, помимо величины разрывного усилия и относительного удлинения, ранее применявшихся при расчетах на прочность. Такой подход к оценке физических свойств металла позволил более точно учитывать действующие в конструкции напряжения не только в пределах пропорциональности, но и при возникновении пластических деформаций.
Примером применения строительной механики в практике кораблестроения служат разработанные И. Г. Бубновым конструкции корпуса линейных кораблей типа <Севастополь>, значительно превосходившие по своим качествам конструкции, предлагавшиеся в то время различными иностранными фирмами. По свидетельству А. Н. Крылова, выполненные на Балтийском заводе И. Г. Бубновым расчеты по линейным кораблям явились истинным руководством по строительной механике корабля и проектированию судов.
Под руководством ,И. Г. Бубнова были разработаны проекты и построена большая серия подводных лодок. Обобщив результаты этих работ, И. Г. Бубнов в 1916 г. разработал проект, по которому велось строительство нового типа подводной лодки. Эта лодка стала достижением подводного кораблестроения и по своим элементам превосходила зарубежные образцы.
Основные конструктивные решения, принятые в проекте этой лодки (двухкорпусная архитектура, размещение главного балласта в междубортном пространстве, заполнение цистерн главного балласта самотеком, разделение внутреннего объема прочного корпуса на водонепроницаемые отсеки, форма обводов наружного корпуса, обеспечивающая хорошие ходовые качества и мореходность, установка трубных торпедных аппаратов внутри прочного корпуса, принципы построения системы погружения и всплытия подводной лодки и др.), получили распространение и дальнейшее развитие в советское время.
В изучении вопросов сопротивления воды и ходкости судов большую роль сыграло развитие в России исследований в области теоретической и экспериментальной гидромеханики. Эти исследования проводились на базе созданного в 1893 г. в С.-Петербурге по инициативе великого русского ученого Д. И. Менделеева опытового бассейна.
Под руководством А. Н. Крылова, а затем И. Г. Бубнова в опытовом бассейне велись работы по совершенствованию научных методов оценки ходовых и мореходных качеств проектируемых кораблей. В этих работах уточнялись методики буксировочных испытаний и принципы пересчета результатов испытаний моделей на полноразмерные корабли. Проводились испытания моделей кораблей с целью исследования различных составляющих сопротивления и уточнялись способы пересчета испытаний моделей на натуру. А. Н. Крылов обратил внимание на то, что при расчете трения следовало бы считаться не только с величиной и длиной смоченной поверхности и ее шероховатостью, но и с распределением смоченной поверхности по длине судна или его модели.
Особо следует отметить испытания серии моделей, на которых А. Н. Крылов стремился выяснить влияние обводов кораблей на сопротивление.
Все эти исследования позволили окончательно закрепить методику испытаний моделей в бассейне и их результаты использовать для разработки теоретических чертежей и установления главных размерений кораблей, обеспечивающих заданные скорости хода при возможно меньшей затрате мощности механизмов. Указанные принципы выбора оптимальных форм корпуса корабля в дальнейшем фактически оставались без изменений в течение более тридцати лет.
В результате проведенных в рассматриваемый период испытаний моделей с различными формами обводов удалось обеспечить заданную высокую скорость полного хода линейных кораблей типа <Севастополь>. Успешными оказались исследования по снижению сопротивления линейных крейсеров типа <Измаил>. Кроме того, в бассейне было испытано большое число моделей по проектам подводных лодок, миноносцев, легких крейсеров. Все это свидетельствовало о том, что в русском кораблестроении оптимизация пропульсивных качеств кораблей шла, опираясь на теоретическую и экспериментальную работу опытового бассейна. Удачные результаты научной деятельности этого учреждения во многих случаях опережали зарубежные.
Приобретенный опыт теоретических и экспериментальных исследований ходовых качеств кораблей послужил основой их дальнейшего развития при создании эскадренных миноносцев и лидеров советской постройки. По своим ходовым качествам эти корабли стояли на передовых рубежах достижений мирового кораблестроения.
Наряду с теорией сопротивления воды движению судна было положено начало разработки теории гребного винта. Работы в области создания теоретических методов расчета гребного винта были развиты Ф. А. Бриксом, разработавшим в 1914 г. паральную теорию гребного винта и предложившим идею направляющих насадок на гребные винты.
Первостепенное значение для крупных артиллерийских кораблей имела броневая защита. Опыт русско-японской войны показал, что наши тяжелые броненосные корабли, обладая высокой броненосностью, гибли в артиллерийском бою из-за недостаточного обеспечения боевой непотопляемости. По словам А. Н. Крылова, <Нужна была Цусима, чтобы на это было обращено внимание>*. Поэтому при постройке линейных кораблей типа <Севастополь> и линейных крейсеров типа <Измаил> был применен новый подход к выбору системы бронирования. Идея такой системы бронирования заключалась в том, чтобы не только защитить жизненно важные районы корабля, но и конструктивно ограничить потери запасы плавучести и остойчивости при боевых повреждениях корабля, т. е. обеспечить его боевую плавучесть и остойчивость. Для этого главный, возможно более толстый, пояс брони устанавливали по всей длине корабля вдоль ватерлинии. Набирали этот пояс из броневых плит размером по вертикали 5 м.
Для понижения центра тяжести массы броневой защиты и сохранения при этом по мере возможности целостности надводного борта также по всей длине корабля устанавливали верхний пояс более тонкой брони. Особое внимание уделялось надежности конструкций крепления броневых плит с тем, чтобы предотвратить возможность их отрыва при ударах бронебойных снарядов и взрывов фугасного действия.
Конструктивные принципы системы бронирования линкоров типа <Севастополь> применяли на кораблях подобного класса последующей постройки.
В области бронирования и противоминной защиты строившихся после русско-японской войны линейных кораблей и крейсеров важную роль сыграли труды И. Н. Воскресенского, Э. Е. Гуляева, корабельных инженеров А. И. Бал-кашина, В. П. Костенко. В частности, А. И. Балкашин написал ряд монографий по проектированию кораблей, а В. П. Костенко принадлежит заслуга в разработке, помимо броневой защиты кораблей, теории живучести на основе его личного боевого опыта, полученного в Цусимском сражении. Научная и инженерная деятельность И. Н. Воскресенского, кроме броневого производства, отмечена крупными нововведениями в технологии судостроения и судового машиностроения. Его усилиями было налажено изготовление в России цельнотянутых труб, никелевой и марганцовистой стали, гальваническое цинкование труб и т. д.
Большие научно-технические сдвиги произошли в этот период и в корабельной технике. На кораблях стали применять турбинные механизмы, двигатели внутреннего сгорания - дизели и бензомоторы, паровые водотрубные котлы усовершенствованной конструкции на смешанном угольно-нефтяном и чисто нефтяном отоплении. Резко возросли мощности главных энергетических установок при одновременном повышении их экономичности, результатом чего явились более высокие скорости кораблей и дальность их плавания. Были сделаны первые шаги по применению на кораблях переменного электрического тока. Эти нововведения в корабельной технике потребовали соответствующей научно-технической и технологической базы. Прежде всего это коснулось судовых турбинных двигателей, осуществивших революционный скачок в развитии корабельных энергетических установок.
В отличие от поршневых машин, где происходит периодический процесс расширения пара в цилиндре и перемещения поршня, в паровой турбине преобразование энергии осуществляется за счет непрерывного расширения водяного пара, поступающего через направляющий аппарат на рабочие лопатки ротора и создающего постоянный крутящий момент на валу. Благодаря этому удалось значительно повысить агрегатную мощность турбинной установки при сравнительно малых размерах и массе. Кроме того, в паровой турбине можно достигнуть более высокой степени использования энергии пара, чем в поршневой машине, путем создания перепада от очень высоких давлений при входе и очень низких давлений при выходе пара из турбины. Это обстоятельство, а также высокий КПД самой турбины позволяют достигнуть большой экономичности установки.
Судовые турбины в России не производились и необходимо было использовать опыт иностранного турбостроения, выбрать наиболее совершенный тип турбин и освоить их производство на русских заводах.
Наиболее распространенными типами турбин в мировом кораблестроении того времени считались турбины системы Парсонса (выпускавшиеся английскими фирмами <Виккерс> и <Торникрофт>), Кэртис-АЭС и Кэртис-АЭГ-Вулкан (разработанные германскими фирмами), а также так называемые комбинированные турбины Парсонса фирмы <Броун-Бовери-Парсонс>. Каждый из названных типов турбин имел свои конструктивные особенности, определяющие принцип работы (реактивные, активные и комбинированные турбины), экономичность, удельную мощность и другие параметры. В зависимости от класса корабля и присущих ему тактико-технических характеристик выбирали тип турбинной установки, обеспечивающий оптимальное использование ее конструктивных особенностей. Так для линейных кораблей и линейных крейсеров применялись турбины Парсонса, право на производство которых было приобретено Балтийским и Франко-Русским заводами, а также Обществом Николаевских заводов и верфей. Турбины для эскадренных миноносцев и легких крейсеров строили на Металлическом и Русско-Балтийском заводах, в Обществе Николаевских заводов и верфей, на Путиловской верфи. Турбины, выпускавшиеся этими предприятиями, были разных типов: Броун-Бовери-Парсонс, Кэртис-АЭГ, Кэртис-АЭГ-Вулкан.
Аналогичная ситуация сложилась в России того времени с развитием судового котлостроения. Прототипами судовых котлов отечественного производства являлись системы котлов зарубежных образцов, зарекомендовавшие себя с положительной стороны в практике мирового судостроения. Такими прототипами явились водотрубные паровые котлы Бельвиля, Ярроу, Торникроф-та и их модификации. Производство водотрубных котлов в России было освоено на всех крупных судостроительных заводах с одновременным совершенствованием их конструкций. Наиболее эффективными конструктивными изменениями котлов были: переход от угольного отопления к чисто нефтяному и смешанному отоплению, переход к применению кипятильных трубок малого диаметра в целях снижения массы котла, повышения паропроизводительности котлов увеличением поверхности нагрева котла и ее напряженности.
Одним из примеров конструктивного улучшения водотрубных котлов является модификация котла Бельвиля на Балтийском заводе в Петрограде по предложению инженера В. Я. Долголенко. Внесенные им конструктивные изменения усилили циркуляцию воды в котле, что дало возможность форсировать котел для увеличения скорости корабля.
Из всех областей теплотехники дизелестроение явилось областью, в которой дореволюционная Россия дала наиболее крупные и самостоятельные достижения. Это объясняется рядом обстоятельств, в том числе тем, что постройка дизель-моторов началась в России одновременно с Западной Европой. Поэтому конкуренция более сильного западноевропейского машиностроения меньше чувствовалась в этой области, чем в других областях.
Развитию дизелестроения в России способствовали успешные работы в этом направлении Механического завода Л. Нобеля в Петербурге. Уже в 1899 г. Нобель получил право на производство дизель-моторов.
Особенно большое значение в развитии дизелестроения в России имело применение их на судах. Первая судовая установка дизель-мотора была исполнена в 1903 г. для нефтеналивной баржи, делающей рейсы по Волге. Дальнейшее совершенствование дизелестроения шло по линии обеспечения подводного кораблестроения. В 1908 г. был изготовлен реверсивный двигатель для подводной лодки <Минога> мощностью 120 л. с. и 400 об/мин, при расходе топлива около 0,2 кг/л. с.-ч. Эти результаты обратили на себя внимание не только в России, но и за границей. В 1910 г. завод Нобеля поставил свои двигатели на канонерских лодках <Каре> и <Ардаган> мощностью по 500 л. с. каждый. Вскоре после этого завод Нобеля перешел к постройке быстроходных легких моторов, специально пригодных для подводных лодок. В 1913г. завод Нобеля стал строить двухтактные 8-цилиндровые двигатели по 1320 л. с. массой 35 кг/л. с.
В разработке теоретических основ, связанных с созданием и внедрением новой техники на корабли, видная роль принадлежала В. Н. Афанасьеву, М. О. Доливо-Добровольскому, В. Я. Долголенко, Г. Н. Пио-Ульскому, А. М. Погодину, Е. П. Тверитиневу, В. П. Мадисову. В частности, В. П. Мадисо-ву принадлежит заслуга в разработке конструктивных расчетов паровых котлов, теории истечения газов и паров, теории турбин и других вопросов судовой энергетики.
Перед первой мировой войной шло быстрое совершенствование корабельного оружия и вооружения. Тактико-технические характеристики многих образцов оружия и боевых средств русского флота превосходили заграничные образцы.
Значительный прогресс отмечался в области корабельной артиллерии. Для строившихся накануне войны кораблей были созданы 356 и 305-мм орудия в 52 калибра длиной ствола с отличными по тому времени баллистическими качествами, для линейных кораблей и крейсеров - первые в мире трехорудийные башни с электрическими механизмами. Новыми палубными установками и механизмами подачи снарядов оснащались легкие крейсера и эскадренные миноносцы. На вооружение были приняты 152-мм орудия длиной ствола в 45 калибров, 130 и 120-мм пушки в 50 калибров и 102-мм пушки длиной ствола в 60 калибров. По дальности стрельбы они превосходили иностранные морские орудия тех же калибров. Для противовоздушной обороны в 1915г. была принята на вооружение артустановка 76-мм калибра системы русских инженеров Лендера и Тарновского. Благодаря высоким тактико-техническим данным и прежде всего высокой скорострельности эта артустановка сохранялась на вооружении ВМФ почти до конца Великой Отечественной войны. Существенному совершенствованию подверглись снаряды, трубки и взрыватели, а также приборы управления огнем и методы управления артиллерийской стрельбой. Последние базировались на разработках профессора Н. А. Заблудского.
В целом русская корабельная артиллерия и приборы управления артиллерийским огнем позволили увеличить дистанцию морского боя до 80- 100 каб., которая в период русско-японской войны составляла 30-60 каб.
К началу первой мировой войны русский флот располагал новой торпедой 450-мм калибра образца 1912 г. с дальностью хода 6000 м, тройными торпедными аппаратами для надводных кораблей и новейшими по тому времени методами торпедной стрельбы, в разработке которых деятельное участие принимал Л. Г. Гончаров, впоследствии видный советский ученый в области использования оружия ВМФ.
Русский флот намного опередил иностранные флоты в развитии минного оружия. Он имел на вооружении эффективные мины образца 1908- 1912 гг., дрейфующие, удифферентованные мины и автономные минные защитники, запасы которых были значительны. Огромная заслуга в деле развития минного оружия в русском флоте принадлежит нашим соотечественникам И. И. Фицтуму. П. Л. Шиллингу, Б. С. Якоби, Н. Н. Азарову.
Одновременно развивались средства борьбы с минами - тралы и специальной постройки тралящие корабли. На вооружение флота поступили подсекающие змейковые и катерные тралы, трал Шульца для очистки районов от мин и щитовой трал для разведывательного траления и разряжения минных заграждений. Система тральных действий на русском флоте сформировалась раньше, чем в иностранных флотах. Крупную роль в развитии трального дела сыграл П. П. Киткин, который с 1912 г. являлся бессменным начальником партии (позже дивизии) траления Балтийского моря, а после революции длительное время плодотворно трудился в советском Военно-Морском Флоте.
Положительные результаты были достигнуты в разработке средств борьбы с подводными лодками. В 1912-1914 гг. русские новаторы создали противолодочный бон с кольчужными сетями, бомбомет, шточные противолодочные бомбы, гидроакустические приемники и другие средства. Однако эти изобретения, за исключением глубинных бомб, не были по достоинству оценены и не получили распространения в русском флоте накануне войны. Глубинные бомбы широко применялись в основном с миноносцев. Создатель противолодочной глубинной бомбы Б. Ю. Аверкиев.
В 1913 г. русский конструктор Д. П. Григорович построил первый в мире гидросамолет. С тех пор в русском флоте велись работы по оборудованию судов в качестве носителей корабельной авиации. Созданные на Черном море авиатранспорты, которые могли принимать до семи гидросамолетов, участвовали в боевых действиях с началом войны.
В заключение следует сказать, что корабли дореволюционного флота строили на основе передовой русской кораблестроительной науки, получившей и мировое признание.

HTTP://ATTEND.TO/COMMI
Hosted by uCoz