Содержание к диссертации
Введение
1. Системный анализ объекта исследования 9
1.1. Значение исследовательского проектирования и прогнозирования 9
1.2. Современный этап развития авианосцев 13
1.2.1. Оснащение реактивными самолетами 13
1.2.2. Атомные авианосцы 15
1.2.3. Развитие отечественных авианесущих кораблей 22
1.2.4. Использование авианосцев 29
1.3. Содержание оптимизационной задачи 30
2. Исследование компоновочных решений и особенности исследова- тельского проектирования 38
2.1. Архитектура, конструкция корпуса и общее расположение 38
2.2. Исследование влияния компоновки авианосцев на их живучесть (по опыту боевого применения) 41
2.3. Общие принципы и методика определения главных размеренийавианосцев в первом приближении 46
2.3.1. Анализ эволюции летно-технических характеристик палубнойавиации 46
2.3.2. Определение главных размерений 54
2.3.3. Размеры ангаров 64
2.4. Особенности определения полной массы и нагрузки 69
2.5. Совокупность ограничений, учитываемых в оптимизационной за-даче. 76
2.5.1. Ходкость 76
2.5.2. Остойчивость 78
2.5.3. Непотопляемость 80
2.5.4. Мореходность 82
3. Особенности прогнозирования развития авианосцев . 85
3.1. Прогнозирование развития рынка авианосцев 85
3.1.1. Авианесущие корабли на экспортном рынке: развитие спроса 85
3.1.2. Авианосцы и авианесущие корабли: типология, функциональ-ные возможности 86
3.1.3. Функции авианосцев и авианесущих кораблей 87
3.1.4. Потенциальное предложение 89
3.1.5. Возможности европейских стран 92
3.1.6. Анализ возможности спроса 95
3.1.7. Перспективные авианосцы ВМС США. 99
3.2. Перспективы развития палубного оборудования и авиатехнических средств 102
3.2.1. Авиатехнические средства 102
3.2.2. Катапульты 103
3.2.3. Трамплины 109
3.2.4. Аэрофинишеры и аварийные барьеры 110
3.2.5. Самолетоподъемники 113
3.2.6. Система посадки самолетов 115
Заключение 118
Литература 120
Приложение 1.
- Современный этап развития авианосцев
- Исследование влияния компоновки авианосцев на их живучесть (по опыту боевого применения)
- Перспективы развития палубного оборудования и авиатехнических средств
- Система посадки самолетов
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ связана с тем, что в настоящее время в мире наблюдается интерес к авианесущим кораблям и авианосцам, обладание которыми расширяет возможности военно-морских сил государств и особенно их способность осуществлять проекцию силы и оборону морских рубежей. В то же время, вопросы эволюции авианосцев, влияния тенденций их развития на формирование проектных методик освещены недостаточно. Это не позволяет совершенствовать методы проектирования рассматриваемых кораблей.
Наличие в той или иной стране авианосцев свидетельствует о ее исключительных финансовых, технологических и в конечном счете оборонных возможностях (аналогично тому, как в начале XX в. символом мощи и морского могущества являлся линейный корабль).
Только у двух стран мира, США и Франция, есть "полноценные" авианосцы, оснащенные паровыми катапультами и способные осуществлять функцию проекции силы. СССР вплотную приблизился к обладанию авианосцами, но внутриполитические изменения, произошедшие в стране в 90-х гг. привели к свертыванию программы их строительства. Соответственно, были свернуты в России и исследования по теории применения авианесущих кораблей, по их эволюции их методов проектирования. Однако, упомянутые исследования актуальны.
В настоящий момент Россия имеет только один авианесущий корабль, но тем более необходимы исследования по теории тактики использования единичных кораблей и прогнозирование пополнения флота России авианесущими кораблями.
Авианесущие корабли имеют в составе своих флотов ограниченное количество государств: кроме России, они имеются у Великобритании, Испании, Италии и Индии. Устаревшими авианосцами располагают также Аргентина и Бразилия, но они практически непригодны к участию в серьезных операциях.
Эволюционный анализ развития авианосцев, их функционального оборудования, основных авиационно-технических средств может быть эффективным средством отбора оптимальных решений из числа тех, которые были реализованы в практике проектирования и строительства авианосцев и авианесущих кораблей. Одним из реальных результатов систематизации являются формулируемые в представляемой работе зависимости, которые можно использовать на начальных стадиях проектирования. Таким образом, эволюционный анализ характеристик кораблей данного класса способствуют совершенствованию проектных методик и является актуальным.
Исследовательское проектирование с целью разработки оперативно-тактического задания, тактико-технического задания на проектирование, рассмотрение единой системы корабль-вооружение определяет целесообразность создания корабля, а также реализуемость основных технических решений и принципов конструктивного оформления корабля.
В методологическом плане потребности практики
исследовательского проектирования и соответствующий научный
потенциал обусловили дальнейшее совершенствование
графоаналитического метода проектирования на основе совместного использования методов подобия и математической статистики. Это позволило отойти от конкретного прототипа как модели для выбора тактико-технических элементов. Большой вклад в развитие этих методов внесли В.В Ашик, А.И. Балкашин, С.А. Базилевский, Л.Б. Бреслав, И.Г. Захаров, Б.А. Колызаев В.П. Кузин, В.М, Пашин, Г.И. Попов, Л.Ю. Худяков, А.Э. Цукшвердт и другие отечественные ученые.
Были разработаны методы оценки количественных показателей, а также математические модели оценки эффективности и оптимизации тактико-технических элементов кораблей. Данные модели базируются на описании процесса боевых действий и моделировании не только отдельных тактических ситуаций, а операций или систематических боевых действий в целом, и показатели эффективности выбираются в соответствии с поставленными целями.
Исследовательское проектирование, базируется на огромном количестве исходных данных. При этом перспективные противодействующие системы на момент проектирования нового корабля достоверно неизвестны, вследствие чего возникает необходимость научного обоснования прогноза их характеристик. Это расширяет возможности разработки и сравнительной оценки вариантов проектируемого корабля.
Существенным шагом в развитии методов исследовательского проектирования в 70-е годы явилось создание и внедрение в 1-м ЦНИИ МО системы автоматизированного проектирования (САПР) принципиально нового программно-технического инструмента проектных исследований. Указанная система была создана большим коллективом ученых: В.Н. Буровым, Н.В. Никитиным, В.И, Никольским, В.В, Родионовым, П.А. Шаубом и другими. Благодаря созданию САПР стало возможным решать задачи исследовательского проектирования в комплексе, начиная с технической разработки вариантов корабля и кончая оптимизацией его тактико-технических элементов.
В развитии теории и методов исследовательского проектирования отмечается дальнейшее совершенствование системного подхода к
созданию кораблей в комплексе с их оружием и техническими средствами, а также средствами обеспечения. Системный подход стал главной методической основой создания математических моделей реализации замысла создания корабля по таким факторам:
эффективности при выполнении боевых задач в различных условиях и различными способами;
научно-техническим возможностям создания технических средств к необходимому сроку;
взаимосвязи отдельных подсистем между собой, в том числе построению структуры корабля в виде взаимодействующих функциональных комплексов с учетом динамики их совместной работы и принципа иерархической оптимизации;
Отдельные принципы системного подхода, касающиеся в основном оценки технической совместимости и частной оптимизации подсистем корабля, принимались во внимание на протяжении всей истории кораблестроения. При этом соответствующие задачи в прошлом были относительно простыми из-за сравнительно слабой технической взаимосвязи подсистем.
После создания САПР понятие системного подхода существенно расширилось. В нем отражен учет многих факторов, обеспечивающих оптимизацию тактико-технических элементов кораблей как единой системы корабль-вооружение-средства обеспечения, что требует разработки и совершенствования соответствующих количественных методов.
Значительный вклад в развитие методологии системного подхода внесли А.В. Бронников, А.И. Гайкович, А.Н. Суслов, И.В. Челпанов и другие.
ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются проектные характеристики, тактико-технические элементы, особенности компоновки и характерного авиационно-технического оборудования, рассмотренные в аспекте эволюции мирового авианосного флота, а также эволюции главной функциональной составляющей - корабельных летательных аппаратов. В исследовании использованы материалы только открытых источников.
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Целью данной работы является разработка методики проектного обоснования главных размерений авианосцев, а также характерных для кораблей этого класса статей нагрузки при решении задач прогнозирования, систематизация данных о взаимосвязи проектных характеристик.
ПРЕДМЕТОМ ЗАЩИТЫ является разработка методики обоснования технических и архитектурно-компоновочных решений, главных размерений авианосцев, разбивки статей нагрузки. При создании общего алгоритма методики главным аспектом являлось влияние
характеристик корабельных летательных аппаратов. При формировании методики проведена систематизизация данных о взаимосвязи проектных характеристик кораблей, разработаны
НАУЧНАЯ НОВИЗНА В результате выполненных исследований в работе получен ряд новых научных результатов. Наиболее важным из них является методика определения главных элементов авианосцев, основанная на статистическом анализе.
Автором на практике реализован системный подход к решению проблемы исследования авианосцев с учетом воздействия на него различных факторов, т.е. анализ процесса создания системы кораблей увязан с развитием науки и техники, с принятой морской стратегией.
Систематизированные данные о взаимосвязи проектных характеристик могут быть использованы в практике прогнозирования и проектирования.
Научная новизна диссертационного исследования и связанных с ним публикаций автора заключается также в том, что впервые систематизированы, уточнены и дополнены новыми результатами основные элементы авианосцев и их функционального оборудования, которые ранее были разбросаны по многочисленным разрозненным источникам.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ Данная методика может быть применима при исследовательском проектировании в научно-исследовательских организациях на стадии разработки заданий; а также при разработке технических предложений (аванпроектов) и эскизных проектов в ПКБ-проектантах при отсутствии близкого прототипа.
Использование данной методики позволяет ПКБ-проектанту корабля значительно снизить трудоемкость и сроки определения начальных и исходных данных и главных размерений при рассмотрении большого числа альтернативных вариантов, без снижения качества их разработки (еще до начала графической проработки общего расположения).
АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основные положения диссертации отражены в двух монографиях, а также в трех статьях.
Отдельные разделы диссертационного исследования докладывались на семинарах аспирантов кафедры проектирования судов СПбГМТУ, на научно-технических конференциях: Моринтех-2000; Моринтех-2002; Кораблестроение и кораблестроительное образование (май 2003 г.)
Кроме того, материалы представляемой работы были использованы в комплексной НИР, проведенной в Северном ПКБ в 2003-2004 гг.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и четырех приложений. Объем - 127 страниц, в том числе 38 рисунков, графиков и схем. В списке литературы 174 наименования, Объем приложений 39 страниц. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Современный этап развития авианосцев
Факторами, определившими в послевоенный период новое качество авианосцев, а, следовательно, новое направление в кораблестроении, явились: Вооружение авианосцев реактивными самолетами, масса которых стала достигать 30-35 тонн при значительно возросшей взлетной и посадочной скорости. Это вызвало необходимость резкого увеличения грузоподъемности самолетоподъемников, объемов корабля, необходимых для хранения летательных аппаратов, авиационного топлива и боезапаса, удлинения полетной палубы, повышения ее прочности, создания угловой палубы, применения более мощных катапульт. В связи с увеличением посадочной скорости самолетов понадобилось значительно увеличить число палубных барьеров и улучшить средства торможения, чтобы обеспечить максимум безопасности самолетам, находящимся в носовой части палубы. Эти приспособления влекли за собой большие расходы и не могли полностью решить всей проблемы посадки самолетов. В результате, английские специалисты пришли к выводу, что лучше сажать самолеты не по диаметрали, а по линии, под углом к ДП авианосца (на 8 - 9 градусов). При наличии наклонной палубы исчезает необходимость иметь повышенное число аварийных барьеров. Если с первого захода приземлиться не удастся, то есть возможность повторить маневр сначала. Необходимость создания специальных палубных самолетов, у которых значение их аэродинамических данных могло бы отвечать требованиям эксплуатации в корабельных условиях при одновременном сохранении качеств современной реактивной авиации. Вооружение самолетов ядерным оружием. Решение проблем его хранения, транспортировки, и особого режима обслуживания. Значительно возросшая опасность от атак с применением ракетно - ядерного оружия. Создание автоматизированных систем с развитым парком вычислительных машин и сложных исполнительных устройств, обеспечивающих оперативное и динамичное использование всего авиационного вооружения. Оснащение кораблей электронными устройствами, обеспечивающими управление полетами, боевыми действиями самолетов и их слепую посадку. Оснащение авианосцев ЯЭУ. Создание на современных авианосцах, кроме обычных корабельных устройств, более сложных и развитых технических средств и организации их использования, обеспечивающих взлет КЛА одновременно с их посадкой; хранение, техническое обслуживание, ремонт КЛА, подачу КЛА на старт и их транспортировку после посадки; хранение и подачу топлива, хранение, транспортировку и подачу авиационного боезапаса, контроль за состоянием и ремонт электронного оборудования.
В послевоенные годы изменилась архитектура и компоновка авианосцев, резко увеличилось их водоизмещение. Установлено, что боевые возможности крупных авианосцев компенсируют затраты на их проектирование и постройку. Рост числа самолетов, базирующихся на авианосце, "опережает" рост его водоизмещения. Так, например, два авианосца с авиакрылом в 40 самолетов каждый стоили бы на 50% дороже корабля с авиакрылом в 80 самолетов. При увеличении авиакрыла до 60 самолетов водоизмещение увеличивается только на 14%, а стоимость жизненного цикла - на 8%.
Также установлено, что общие эксплуатационные расходы атомных авианосцев примерно на 35% выше, чем кораблей того же класса с паросиловыми ГЭУ. Стоимость этапов жизненного цикла обычных и атомных авианосцев ВМС США (в ценах 1997 г., при 50-летнем сроке службы) представлена в табл. 1. Стоимость всего ядерного топлива (для ядерных АВ) включена в категорию "Инвестиции". Стоимость топлива для обычных авианосцев включена в категорию "Эксплуатация и обеспечение".
Первым атомным авианосцем стал американский авианосец «Enterprise» CVN-65. Этот корабль поступил на вооружение ВМС США в 1961 г. Он по настоящий момент обеспечивает базирование и боевую деятельность авиакрыла, состоящего из 80-85 КЛА различных типов.
Для повышения надежности при посадке самолетов на корабле была применена автоматическая всепогодная система AN/SPN-42, которая обеспечивала вывод КЛА на посадку с интервалом 20 с. Она дополнена независимой системой контроля и управления AN/SPN-41-SCAN, которая может самостоятельно управлять посадкой нескольких самолетов, идущих с различными глиссадами. Использование систем посадки позволило производить посадку самолетов днем с интервалом 30 с и при плохих погодных условиях с интервалом до 1,5 мин. Тормозная гидравлическая система классической схемы - четыре тормозных троса и один аварийный барьер.
Первоначально авианосец был оснащен радиолокационной станцией обнаружения и сопровождения AN/SPS-32 и AN/SPS-33 с фазированными антенными решетками (ФАР) на стенках надстройки. На верхней куполообразной части надстройки расположены антенны систем радиоэлектронной борьбы. Кроме того, на корабле установлены радиолокационные станции обнаружения надводных целей AN/SPS-10 и AN/SPS-12, навигационная система и система автоматического вывода и посадки самолетов AN/SPN-10, радионавигационная система "Такан" и боевая информационно-управляющая система (БИУС). В ходе модернизации 1979-1982 гг. фазированные антенные решетки демонтировали, а вместо них установили стандартные РЛС AN/SPS-48C, SPS-49, SPS-65 и SPS-10B. Зенитное вооружение состояло из двух пусковых установок зенитных управляемых ракет "Sea Sparrow" с восемью направляющими, размещенными на кормовых спонсонах. В дальнейшем дополнительно были установлены три шестиствольные 20-мм артустановки системы "Vulcan Falancs".
Ядерная энергетическая установка корабля состоит из четырех главных турбозубчатых агрегатов и восьми ядерных водо-водяных реакторов, соединенных с тридцатью двумя парогенераторами.
В настоящий момент наиболее современными многоцелевыми авианосцами ВМС США являются атомные авианосцы типа «Nimitz». Строительство головного корабля "Nimitz" CVN-68 было закончено в США в 1975 г. через 14 лет после вступления в строй авианосца Enterprise". По общей архитектуре, количеству и размещению катапульт, самолетоподъемников, тормозных систем, количеству базирующихся самолетов и вооружению характеристики кораблей весьма схожи. Основные различия авианосцев заключаются в их энергетических установках. На кораблях типа "Nimitz" установлены два новых водо-водяных ядерных реактора, практически равных по мощности восьми реакторам авианосца "Enterprise". Установочная мощность электрогенераторов достигает 14000 кВт. Полное водоизмещение нового корабля почти на 6000 т больше. Скорость хода около 35 уз. Экипаж 5500 чел.
Корпус авианосца имеет развитую конструктивную бортовую защиту, бортовое и горизонтальное бронирование (толщиной до 63 мм) погребов боезапаса и энергетических отсеков. Корабль оснащен трехкоординатной радиолокационной станцией AN/SPS-48B, станциями обнаружения воздушных AN/SPS-43A и надводных AN/SPS-10F целей, поиска и слежения за низколетящими крылатыми ра кетами и самолетами AN/SPS-58, тактическими станциями, совмещенными с системами автоматической посадки AN/SPS-42,-43,-44, радионавигационной системой «Такан» и боевой информационной управляющей системой NTDS.
Исследование влияния компоновки авианосцев на их живучесть (по опыту боевого применения)
За годы войны погибло 42 авианосца, из которых около 50% принадлежало японскому флоту. Из табл. 5 видно, что большая часть авианосцев погибла от торпед или от совместного использования бомб и торпед. От торпедных ударов авианосцы в большинстве случаев гибли, а удары авиабомб и "камикадзе" обычно приводили к выводу их из строя. Исходя из этого, можно сделать вывод, что наиболее эффективным против авианосцев было торпедное оружие.
Из табл.6 видно, что подводные лодки потопили авианосцев столько же, сколько и авиация, но действия последней гораздо чаще приводили к повреждениям авианосцев (72 / 3). Отсюда можно сделать вывод, что действия авиации были более результативны, чем действия подводных лодок. Надводные корабли не сыграли практически никакой роли в уничтожении и выводе из строя авианосцев, что связано, прежде всего, с характером и тактикой действий АУТ.
При воздействии торпед гибель авианосцев или выход их из строя в большинстве случаев были связаны с потерей непотопляемости, а примерно 27% кораблей погибло от пожаров и внутренних взрывов паров бензина. Относительное распределение случаев выхода авианосцев из строя по видам повреждений приведено в табл. 7. Для потопления легкого авианосца (D « 8000 - 10000 т) было достаточно одной торпеды, а для уничтожения ударного авианосца (D « 25000 - 30000 т) 2 - 3 торпеды (например "Courageous" и "Shokaku"). Вместе с тем, имели место случаи гибели крупных авианосцев от единственной торпеды - "Ark Royal", "Taiho". В первом случае авианосец затонул вследствие конструктивных недостатков, не обеспечивающих непотопляемость, а во втором случае произошел взрыв паров бензина, вытекшего из поврежденного взрывом бензопровода. Следует отметить, что попадание торпеды в "Taiho" даже не привело к снижению его скорости [98, 100, 106]. Для потопления самого крупного авианосца "Shinano" (D « 72000 т) потребовалось попадание 6 торпед в один борт. Авианосец затонул в течение примерно 5 часов. Учитывая, что авианосец был недостроен, большинство кабелей и систем в водонепроницаемых переборках не было залито герметиком, тяжелые двери были поставлены не в полном объеме, борьба за живучесть практически не велась, можно сделать вывод, что этот корабль обладал более чем удовлетворительной живучестью. Во всяком случае, линкор "Yamato" погиб только после попадания в него 10 торпед и 6 бомб крупного калибра (по японским данным попаданий было еще больше).
Воздействие на авианосцы авиабомб носило несколько иной характер. Примерно 40% из них после бомбардировок погибло непосредственно от потери непотопляемости (эскортные авианосцы и японские авианосцы с весьма легким бронированием надводного борта). Гибель остальных вызывалась пожарами и внутренними взрывами. Так, авианосец "Akagi" погиб всего от 2-х легких бомб, попавших в заправлявшиеся на полетной палубе самолеты, в результате чего возник сильнейший пожар с последовавшими за ним взрывами авиационного топлива и боезапаса [1, 29, 105]. Повреждения авианосцев от воздействия авиабомб также были связаны прежде всего с пожарами. Повреждения полетной палубы приводили практически к полному выходу авианосца из строя (обычно небольшие пробоины заделывались за 2-3 часа). Более опасны были повреждения самолето-подъемников, что исключало использование полетной палубы для дальнейших взлетно-посадочных операций.
Из анализа повреждений авианосцев бомбами можно сделать вывод, что для потопления авианосца водоизмещением 8000 - 10000 т требовалось 3-4 500-кг фугасные авиабомбы, а для вывода из строя - 2-3 бомбы того же калибра. Для авианосца водоизмещением 25000-30000 т эти цифры соответственно увеличиваются до 8-Ю и 2-4, соответственно. Вывод из строя и гибель конвойного авианосца мог произойти и от 1 бомбы. От атак летчиков - "камикадзе" погибло всего 3 эскортных авианосца водоизмещением около 7000 т. Также было много случаев повреждения авианосцев такими самолетами. Успешная атака такого самолета по авианосцу водоизмещением 25000-30000 т приводила обычно к незначительным повреждениям [70, 71, 115]. Авианосцы с небронированными полетными палубами при попадании авиабомб получали значительные повреждения самих полетных палуб, которые, впрочем, нередко заделывались прямо на ходу корабля, а также повреждения нижележащих ангарных палуб. Кроме того, на ангарных палубах в результате этих ударов возникали обширные пожары. Бронированные полетные палубы британских авианосцев позволяли им избегать гибели и пожаров на ангарных палубах, но, вместе с тем, ремонт такого авианосца длился в несколько раз дольше (до 6 месяцев), чем обычного, "небронепалубного" [83, 84].
Главными недостатками в отношении обеспечения непотопляемости явились: недостаточная остойчивость, недостаточная прочность переборок, образование больших углов крена при повреждениях, наличие больших водопроницаемых объемов, неплотности в местах прохода кабелей и труб в водонепроницаемых переборках. Серьезная проблема возникала при тушении пожаров в ангарах., при которых вода разливалась по нижележащим палубам и значительно снижала остойчивость поврежденных кораблей.
Взрыво- и пожаробезопасность большинства авианосцев была низкой. Пожары возникали от воздействия любого вида оружия, что было связано, прежде всего, с наличием на авианосцах большого количества легковоспламеняемого авиационного бензина. Гибель крупных авианосцев "Taiho" и "Lexington" была связана именно с пожарами и последовавшими вслед за этим внутренними взрывами [5,82, 86,96, НИ].
Характерными недостатками в обеспечении взрыво- и пожаробезопасности авианосцев явились: распространение по кораблю паров бензина через неплотности в конструкциях; расположение цистерн авиационного топлива вблизи погребов боезапаса; недостаточная противопожарная защита корабельных помещений, особенно погребов боезапаса; недостаточная мощность противопожарных и водоотливных средств. Надежность работы водоотливных средств была особенно важна на авианосцах, в связи с уже отмеченным затоплением лежащих ниже ангарной палуб, вследствие тушения пожаров [99,107]. Общая прочность авианосцев была достаточно обеспеченным элементом их живучести. В течение войны не было зафиксировано ни одного случая отрыва оконечностей авианосцев [108].
Перспективы развития палубного оборудования и авиатехнических средств
В ближайшем будущем развитие палубного оборудования авианесущих кораблей пойдет двумя различными путями, выбор которых будет определяться задачами и возможностями флотов, в состав которых войдут новые авианосцы.
Первое направление - создание классических авианосцев, действие которых предполагается в составе АУГ. Основным ударным оружием этих авианосцев останутся их палубные штурмовики, которые и будут наносить удар по цели. Количество ЗРК самообороны будет сведено до минимума, поскольку ПВО дальнего и среднего рубежа всего соединения обеспечат палубные истребители, а ПВО ближайшего рубежа - корабли охранения. Ударные ракетные комплексы, по-прежнему, устанавливаться не будут с целью обеспечения базирования максимально возможного количества КЛА.
Второе направление предполагает создание авианосцев-гибридов по типу российского ТАКР "Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов" (пр. 1143.5), способного выполнять поставленные задачи как в одиночку, так и в составе минимальной АУГ. Создание подобных кораблей обуславливается тем, что страны, неспособные на данный момент иметь в составе своих флотов полноценные авианосцы и достаточное количество кораблей сопровождения для них, вынуждены строить корабли небольшого водоизмещения с весьма незначительной по численности и силе авиагруппой. Примером таких авианосцев могут служить английские АВ типа "Invincible", французский "Charles de Gaulle", итальянский "Giuseppe Garibaldi". Эти авианосцы могут использоваться исключительно в качестве ПЛО и, в случае незначительного противодействия со стороны авиации противника, -ПВО. Одновременно выполнять ударные функции и обеспечивать ПВО соединения такие корабли не могут. Выход - в строительстве авианосцев, несущих ударные ракеты и достаточное количество истребителей. Так, 40 истребителей "Кузнецова" полностью соответствуют такому же количеству истребителей американских авианосцев в многоцелевом варианте авиакрыла. Помимо этого, отечественный ТАКР пр. 1143.5 несет большое количество ЗРК среднего и ближайшего рубежа ПВО. Исходя из этого, подобный корабль может решать поставленные задачи как без прикрытия (например в случае локального конфликта, либо с целью "демонстрации силы"), так и в составе минимальной АУГ, главной задачей кораблей сопровождения которой будет являться борьба с ПЛ противника, а также нанесение ракетного удара по цели.
Взлет и посадка современных боевых самолетов на авианосцах возможны только с помощью специальных устройств для их разгона (катапульт) и торможения до полной остановки (аэрофинишеров). Для выполнения полетов КЛА, управления ими, а затем посадки необходим комплекс радиотехнических и светотехнических средств. Перемещение КЛА в ангаре и на полетной палубе требует большого числа технических средств, они необходимы также для обеспечения противопожарной безопасности, снаряжения КЛА вооружением, топливом, смазочными материалами и т.п [120,126].
К основным авиатехническим средствам обеспечения полетов относятся: полетная палуба, ангар, самолетоподъемники, катапульты, аэрофинишеры, аварийные барьеры, светотехническая система посадки и автоматическая система посадки, противопожарное оборудование и подвижные технические средства обеспечения. Очевидно, что эти средства оказывают самое непосредственное влияние на архитектурный тип, главные размерения и водоизмещение авианосца.
В довоенные годы основным видом старта самолетов с авианосца был взлет путем свободного разбега. Катапульты были резервным средством старта. Взлет путем разбега был неудобен, так как корабль должен был менять курс для выхода на ветер. Кроме того, взлет на стоянке был практически исключен. С ростом скорости самолетов соответственно увеличивалась удельная нагрузка на крыло, а следовательно росла и взлетная скорость, когда самолет мог держаться в воздухе и достаточно надежно управляться (маневренная скорость). Особенно резко взлетная скорость возросла с появлением реактивных самолетов. В настоящее время она составляет 210 - 250 км/ч, при взлетной массе самолетов, достигающей 33 т (дальнейшего роста этих величин, по крайней мере в ближайшие 10-15 лет, ожидать не следует). В связи с этим от взлета путем свободного разбега пришлось отказаться и перейти на катапультный, который сейчас является практически единственным.
Повышение взлетной массы и взлетной скорости самолетов влекло за собой увеличение потребной мощности катапульт, что сопровождалось изменением их конструкции. Мощность американских катапульт приведена в табл. 18, рис.35.
С появлением авианосцев на них, до 1924 г., применялись пневматические катапульты, затем, до 1937 г., корабли оборудовали пороховыми катапультами. В 1937 г. появилась гидравлическая катапульта, которая применялась до создания в 1954 г. в Англии первых образцов паровой катапульты. В настоящее время используются только паровые катапульты.
Современные авианосцы оснащены четырьмя катапультами, две из которых расположены на угловой палубе. Катапульты, при длине трека 94.5 м и длине хода челнока 77 м, способны разогнать самолет типа F-14A «Tomcat» массой 33000 кг до скорости 260....300 км/ч за 2...2.5 с. Длина катапульты обусловлена, помимо взлетной скорости, максимально допустимым ускорением, принимаемым на современных авианосцах равным 5...5.5g.
Катапульта представляет собой устройство, состоящее из двух параллельно расположенных цилиндров с поршнями, которые скреплены между собой соеди-нительным элементом с челноком. Пар под давлением до 8000 кПа (80 кг/см ) воздействует на оба поршня (масса каждого 2722 кг, диаметр 46 см), перемещая их внутри цилиндров, находящихся под полетной палубой. Цилиндры закрыты двумя съемными секциями настила палубы, имеющими прорезь, в которой движется челнок. Его верхняя часть находится над полетной палубой, к ней крепится буксирный трос или непосредственно носовая стойка шасси самолета.
Массивный челнок, соединенный с поршнями, имеет свободный ход по катапультному треку, в конце которого на участке в 1.5 м они затормаживаются гидротормозным устройством, представляющим собой конусообразный плунжер. Под палубой он прикреплен к соединительному элементу поршней и в конце их хода входит в специальный цилиндр, заполненный водой. В результате сжатия и перемещения воды через профилированные отверстия в плунжере все подвижные элементы тормозятся до полной остановки (рис. 33, 34). Пар вырабатывается в паропроизводящей установке ЯЭУ авианосца и поступает в паровой коллектор через систему трубопроводов. Катапульта включается с пульта управления, размещенного под полетной палубой - вблизи от катапульт, - с прозрачным колпаком, несколько выступающим над палубой.
Система посадки самолетов
Важным элементом всего комплекса авиатехнического оборудования авианосцев является система посадки самолета на палубу корабля. Назначением системы является обеспечение выдерживания летчиком при посадке углов снижения точно по заданной (оптимальной) глиссаде его планирования. Эта система особенно важную роль играет в сложных гидрометеорологических условиях (плохая видимость, качка корабля и т.д.) и ночью для современных самолетов с высокими посадочными скоростями. Именно в ее совершенствовании английские и американские специалисты видят возможность дальнейшего повышения возможности использования главного оружия авианосцев - авиации, в тяжелых погодных условиях. Поэтому не случайно, что одновременно с появлением новых типов катапульт, аэрофинишеров и другого оборудования непрерывно совершенствуется и система посадки.
Начиная с 1954 г. англичане начали оборудовать свои авианосцы зеркальным индикатором посадки, который заменил ручную сигнализацию офицера визуального управления посадкой с помощью цветных дисков. Вскоре его заимствовали и американцы.
Индикатор состоит из прямоугольного вогнутого зеркала и размещенных горизонтально по его сторонам зеленых и красных огней, смонтированных вместе с зеркалом на стабилизированном в продольном направлении основании. Отражаемый зеркалом луч света создается группой прожекторов, установленных на бортовом кронштейне перед зеркалом, ближе к корме. Для выдерживания заданного угла планирования пилот использует отраженный от зеркала луч в виде световой полосы, расположенной на одной горизонтали с боковыми линиями.
На современных авианосцах вместо зеркального индикатора посадки применяется новая система, включающая светотехническую, автоматическую и систему телевизионного контроля, а также офицера визуального управления посадкой. Эта система обеспечивает посадку самолета на палубу в простых метеорологических условиях. Она установлена на стабилизированной платформе, вынесенной за пределы авианосца. Оптический блок системы состоит из пяти линзовых ячеек, расположенных одна над другой. Каждая излучает световой пучок, причем три средние ячейки дают желтый свет, который преобразуется в единый желтый луч, направленный по глиссаде планирования под углом 3.5...4 , верхняя - постоянный белый, а нижняя - проблесковый красный. Справа и слева на одном уровне с центральной ячейкой оптического блока размещено по шесть постоянных зеленых (опорных) огней. Когда самолет при заходе на посадку входит в луч глиссады планирования, летчик видит желтые и зеленые опорные огни на одном уровне. Удержание их на одном уровне позволяет совершить точную посадку на авианосец. Если самолет идет выше заданной глиссады, желтый огонь будет над опорными огнями, а если ниже - то под ними. Если же пилот наблюдает белый постоянный или красный проблесковый огонь, это означает, что он должен уйти на повторный заход.
С помощью автоматической системы посадки в сложных метеорологических условиях осуществляется заход (с дальности 8-14 км) и посадка самолетов в автоматическом, полуавтоматическом (пилотирование по индикатору системы) и ручном режимах (по командам оператора посадочной РЛС). Она состоит из кора бельного и самолетного оборудования. Корабельное оборудование включает посадочные РЛС, устройства стабилизации, компенсации (по крену, дифференту, вертикальному перемещению и рысканию палубы), навигационные вычислители, аппаратуру передачи данных, пульты управления и индикаторы РЛС. В самолетное оборудование входят приемник, автопилот, устройство автоматического управления полетом, индикатор летчика. Приемник получает сигналы от корабельного оборудования, обеспечивающие автоматическое управление элеронами, рулями высоты и направления и, кроме того, тягой двигателей при заходе на посадку. По мнению американских специалистов, с принятием на вооружение всех авианосцев всепогодной автоматической системы вероятность посадки самолетов с первого захода повысилась бы до 80 %.
Система телевизионного контроля, обеспечивающая безопасность посадки самолетов, состоит из четырех телевизионных камер, расположенных в разных местах авианосца. Они передают изображение на контрольный пост, где оператор записывает необходимую информацию на видеомагнитофон и распределяет ее по различным приемным устройствам на корабле.
Эта система значительно облегчает разбор полетов. Запись можно производить и ночью, используя специальную подсветку на верхней палубе. Каждый летчик имеет возможность видеть и оценить как свой заход на посадку, так и посадки других летчиков, а также проанализировать радиообмен с руководством полетов. Одним из преимуществ системы является возможность объективного анализа летных происшествий. В диссертационной работе в результате проведенных исследований даны обоснования т хнических и компоновочно-технологических решений по авианосцам, имеющие существенное значение для экономики и обороноспособности страны.
Эти решения вносят значительный вклад в методику исследовательского проектирования и прогнозирования развития авианосцев - одного из наиболее сложных разделов теории проектирования кораблей. В результате выполненных исследований получены также следующие конкретные выводы и рекомендации, входящие в разработанную диссертантом методику проектного обоснования технических и компоновочно-технологических решений, связанных с прогнозированием развития авианосцев: 1. Обобщен опыт развития и проектирования авианосцев, проанализировано влияние этого опыта и результатов научно-технической революции на концепцию развития этих кораблей. Разработаны новые представления об основных факторах, повлиявших на формирование облика и развитие авианосцев и их функционального оборудования. Исследовано влияние объективных факторов на разработку проектов этих кораблей и их функционального оборудования. 2. Выполнена историко-научная реконструкция процессов и обобщен опыт создания авианосцев и их функционального оборудования, проанализированы тенденции их развития. Выполнен анализ процесса проектирования авианосцев с учетом основных тенденций развития к раблестроения и корабельной науки и техники. 3. Выполнена по открытым материалам сравнительная оценка отечественных авианесущих крейсеров и зарубежных авианосцев с целью создания базы для объективного анализа успехов и недостатков в их создании, а также определения перспектив развития. 4. Проанализирован рынок и функции авианосцев с прогнозом на начало XXI в., а также спрос, предложения и возможности основных морских государств по оснащению своих флотов авианосцами. 5. Получен ряд конкретных соотношений и зависимостей, полезных в практике проектирования.
