Наука и технологии России

Вход Регистрация

Сэндвич для подводной лодки

Подводный аппарат, способный погружаться на предельные глубины Мирового океана без дополнительных объёмов плавучести, создают учёные Института проблем морских технологий ДВО РАН и Дальневосточного федерального университета. Специально для этой техники они разрабатывают новый материал – стеклометаллокомпозит, обладающий необычайной прочностью и ударной стойкостью.

В 1961 году пилотируемый человеком космический корабль впервые в мировой истории облетел вокруг Земли, а годом ранее свершилась другая научно-техническая сенсация – погружение батискафа «Триест» на дно Марианской впадины. С полёта Юрия Гагарина, как известно, началась космическая эра. Покорение глубин Мирового океана осталось просто событием в истории науки. Имена авторов «подводного рекорда» далеко не так известны, как первых советских космонавтов и ракетостроителей. Батискаф, кстати, разрабатывал швейцарский физик Огюст Пикар, который вместе с лейтенантом ВМФ США Джоном Уолшом и покорил впервые Марианскую впадину, опустившись на глубину 10911 метров. Спустя десятилетия были ещё несколько спусков в знаменитый тихоокеанский жёлоб: в 90-е годы их трижды совершил японский необитаемый аппарат, в 2009-м – американский подводный робот, а в 2012-м батискаф «Челленджер» с канадским режиссёром Джеймсом Кэмероном на борту. Но эти единичные успехи, согласитесь, не сопоставимы с победами человека в Космосе, полёты куда скоро уже станут будничным развлечением миллионеров.

А всё потому, что

многочисленные попытки учёных и инженеров создать более совершенную технику для освоения океанической бездны упираются в уязвимость современных материалов.

Из имеющихся ресурсов можно создать лишь чрезмерно дорогой, тяжёлый, громоздкий, неповоротливый и малофункциональный аппарат, подобный тому, который более полувека назад не без издержек (операция спуска и подъёма заняла более 8 часов, в процессе треснуло стекло иллюминатора в вестибюле) покорил низшую точку планеты.

И вот, наконец, наука заявляет, что готова восполнить пробел в исследовании океана. Группа учёных Института проблем морских технологий ДВО РАН и Дальневосточного федерального университета разрабатывает композитный материал, с помощью которого можно создать аппарат для работы на самых больших глубинах Мирового океана, без применения дополнительных объёмов плавучести.

«Объём плавучести – чрезвычайно важный фактор в разработке подводных судов, – поясняет Владимир Пикуль, руководитель проекта, заведующий лабораторией Института проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН, профессор Инженерной школы ДВФУ. – Эту взаимозависимость открыл ещё Архимед: погружённое тело плавает в равновесии, когда его вес равен весу вытесненного им объёма жидкости.

Если использовать обычные материалы, которые есть в арсенале кораблестроителей, то, чтобы подводный аппарат не тонул, придётся обеспечивать дополнительные объёмы плавучести, при этом в несколько раз увеличивая габариты самого подводного аппарата.

Вместе с этим резко возрастут затраты на него, в том числе энергетические, а также снизится его скорость в воде. Мы ставили задачу создать такой материал, который бы, с одной стороны, выдерживал бы колоссальные нагрузки при погружении, а с другой, – позволял бы при изготовлении и эксплуатации подводного аппарата обойтись без дополнительных объёмов плавучести».

Поверхность_стеклянного_слоя_из_боратного_стекла
Пространственное изображение поверхности стеклянного слоя из боратного стекла на границе с алюминиевой облицовкой

В итоге учёные разработали материал с «начинкой», подобно сэндвичу: освобождённый от микродефектов стеклянный слой облицевали обшивками из алюминиевых сплавов. Такой состав придаёт «ткани» свойства брони, обладающей ударной стойкостью и необычайной прочностью, на порядок превышающей прочность титановых сплавов.

«Это будет принципиально новый конструкционный композитный материал – стеклометаллокомпозит, не имеющий аналогов в мировой практике, – отмечает Владимир Пикуль. – Расчётные данные показывают, что с его помощью можно создать уникальную глубоководную технику, способную работать на предельных глубинах Мирового океана, даже в Марианской впадине, без применения дополнительных объёмов плавучести. Применение стеклометаллокомпозита позволит существенно повысить тактико-технические и экономические показатели существующей техники и создать уникальные образцы техники будущего.

Выглядеть они будут как обычные аппараты и подводные лодки. Будут иметь цилиндрический корпус, полусферические оболочки, которые расположатся в лёгком корпусе, придающем аппарату обтекаемую форму для уменьшения сопротивления при движении в воде».

Учёные уже изготовили лабораторную установку, позволяющую создавать небольшие модели корпусов глубоководных аппаратов из стеклометаллокомпозита. В настоящее время проводятся испытания оболочек из нового материала в барокамерах с высоким давлением, отрабатываются конструктивные решения и способы изготовления оболочек корпусов, способные придать глубоководной технике возможность работать на предельных глубинах Мирового океана без дополнительных объёмов плавучести.

Цилиндрическая_оболочка_из_стеклометаллокомпозита
Экспериментальный образец цилиндрической оболочки из стеклометаллокомпозита

«После того как отработаем технологию изготовления цилиндрических оболочек на лабораторной установке, приступим к опытно-конструкторским работам по изготовлению прочных корпусов глубоководных аппаратов, по заказу гражданской или военной промышленности. Из стеклометаллокомпозита в перспективе можно будет производить не только глубоководную технику, но и летательные аппараты, и трубопроводы. К настоящему времени разработана методика проектирования и расчета прочного корпуса подводного аппарата, на основе созданной нами новой теории устойчивости оболочек, которая впервые за столетнюю историю развития пришла в полное соответствие с результатами экспериментальных исследований», – отмечает Владимир Пикуль.

Авторы проекта пока не решаются прогнозировать, когда первый глубоководный аппарат из стеклометаллокомпозита опустится на предельную глубину Мирового океана. Они разрабатывают технологии, патентуют их, и воплощают в модели аппаратов, а производство конкретных изделий будет зависеть от запросов промышленного сектора, как гражданской, так и оборонной направленности.

Проект «Создание прочных корпусов глубоководных аппаратов и элементов космической техники на основе стеклометаллокомпозита» поддержан ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы».

РЕЙТИНГ

4.95
голосов: 20

Обсуждение