Магнитное поле корабля. Физическое поле корабля. Акустическое поле корабля

И.Г. ЗАХАРОВ - доктор технических наук, профессор, контр-адмирал,
В.В. ЕМЕЛЬЯНОВ - кандидат технических наук, капитан 1 ранга,
В.П. ЩЕГОЛИХИН - доктор технических наук, капитан 1 ранга,
В.В. ЧУМАКОВ - доктор медицинских наук, профессор, полковник медицинской службы

К наиболее известным физическим полям кораблей относятся гидроакустическое, магнитное, гидродинамическое, электрическое, низкочастотное электромагнитное, поле кильватерного следа, проявляющиеся в основном в морской среде, а также тепловое, вторичное радиолокационное, оптико-локационное и другие поля, проявляющиеся, как правило, в пространстве над кораблем. Физические поля используются при срабатывании неконтактных взрывателей в минах и торпедах, а также для обнаружения подводных лодок, находящихся в подводном положении. Опыт Второй мировой войны показывает, что большая часть потопленных кораблей подорвалась на минах.

Совершенствование шумопеленгаторов и гидролокаторов, появление минного и торпедного оружия, реагирующего на шум корабля, с особой остротой поставили вопрос об уменьшении звукоизлучения кораблей и снижении величины гидролокационного отражения, что повышает их акустическую скрытность, защиту от поражения оружием и улучшает условия работы собственных гидроакустических средств.

Во время Великой Отечественной войны ученые институтов ВМФ, ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, специалисты проектных организаций и судоверфей искали пути уменьшения шума подводных лодок и тральщиков за счет установки виброактивных механизмов на амортизаторы и применения глушителей для дизельных двигателей (И.И. Клюкин, О.В. Петрова). Война выявила явную недостаточность и несовершенство существовавших в то время средств акустической защиты отечественных кораблей. Поэтому уже в первые послевоенные годы начали создаваться специальные лаборатории и научные коллективы, назначение которых определялось необходимостью уменьшения акустических параметров кораблей (М.Я. Минин, Ю.М. Сухаревский). Появились первые относительно малошумные гребные винты. Наиболее шумные механизмы устанавливались на амортизаторы, применялись резинометалические соединения.

Начало проектирования и строительства первых атомных подводных и быстроходных противолодочных кораблей, оснащенных гидроакустическими станциями, дало импульс развитию корабельной акустики. Изучение физической природы шумообразования корабля, разработка первых приближенных расчетных схем для оценки звукоизлучения корпуса корабля, его гребных винтов, создание более эффективных средств звуко- и виброизоляции и вибропоглощения, изучение природы и источников виброактивности корабельных механизмов и систем, разработка и создание приборов и методик для замеров и исследований шумов кораблей и вибраций их механизмов явились основными направлениями корабельной акустики. Ими занимались в ЦНИИ им. А.Н. Крылова, 1-м ЦНИИ МО, Акустическом институте АН СССР. Первые научные школы создавались под руководством Л.Я. Гутина, Я.Ф. Шарова, А.В. Римского-Корсакова, Б.Д. Тартаковского, Б.Н. Машарского, Н.Г. Беляковского, И.И. Клюкина. А.Д. Перника. В 1956-1958 гг. 1-м ЦНИИ МО и ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова проведены первые специализированные натурные акустические испытания надводных кораблей с использованием измерительных гидроакустических судов. Результаты испытаний и исследований характеристик и источников гидроакустического поля кораблей позволили сформулировать обоснованные рекомендации по проектированию акустической защиты первых атомных подводных лодок и снижению акустических помех работе гидроакустических станций надводных кораблей. Одновременно шла подготовка научных кадров, велось обучение специалистов по акустической защите кораблей для проектных организаций, судоверфей и флотских подразделений.

С начала 60-х годов стали формироваться и реализовываться комплексные программы НИОКР, направленные на совершенствование акустических характеристик подводных лодок и надводных кораблей. Курирование этих программ осуществлялось Научным советом по комплексной программе "Гидрофизика" при Президиуме АН СССР (руководитель - президент АН СССР А.П. Александров). Непосредственное руководство выполнением этих программ осуществляли ведущие ученые и организаторы научных исследований - Я.Ф. Шаров, Б.А. Ткаченко, Г.А. Хорошев, Л.П. Седаков, А.В. Авринский, В.Н. Пархоменко, Э.Л. Мышинский, В.С. Иванов.

В последующие годы работами ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, 1-м ЦНИИ МО, институтов АН СССР, проектно-конструкторских организаций и заводов-судоверфей были достигнуты значительные успехи в решении задач снижения подводной шумности подводных лодок и надводных кораблей. За последние 30 лет уровни подводного шума отечественных подводных лодок уменьшились более чем на 40 дБ (в 100 раз).

Это стало возможным в результате многочисленных теоретических и экспериментальных исследований физической природы распространения вибрации по корпусным конструкциям кораблей и их звукоизлучения в воду. Была создана физико-математическая модель для подводной лодки и надводного корабля как сложного многоэлементного излучателя подводного шума, на базе которой не только выполняются прогнозные оценки ожидаемых уровней шумоизлучения корабля, но и разрабатываются рекомендации по архитектуре и конструкции корпуса и его элементов, по размещению механизмов и систем корабля. К решению проблемных вопросов теории вибрации и звукоизлучения корпусов кораблей и их конструкций привлекались ученые Ростовского государственного университета, Института проблем механики АН СССР, Института машиноведения АН СССР (И.И. Ворович, А.Л. Гольденвейзер, А.Я. Ционский, А.С. Юдин, Г.Н. Чернышев, А.З. Авербух, Г.В. Тарханов), которые внесли важный вклад в развитие представлений о виброакустике оболочечных конструкций, аппроксимирующих корпус подводной лодки. Для снижения вибровозбудимости и уменьшения звукоизлучения корпусных конструкций были созданы и применены на кораблях специальные вибропоглощающие звукоизолирующие и звукопоглощающие покрытия. Их применение обеспечило уменьшение шума внутри помещений корабля и улучшило условия жизни и работы экипажа. Нанесение покрытий снаружи корпуса уменьшило отражение от корпуса гидролокационных сигналов.

При разработке и создании покрытий был решен ряд физических и технических задач по рациональному подбору материалов покрытий и их конструкций, позволившему обеспечить наряду с требуемыми акустическими характеристиками покрытий их прочность и надежность.

Существенный прогресс достигнут в области создания малошумных гидравлических и воздушных систем. На основе теоретического обобщения многих экспериментов, проведенных на гидро- и аэродинамических стендах, были разработаны принципы создания малошумных дроссельно-регулирующих устройств и других механизмов (Я.А. Ким, И.В. Малоховский, В.И. Голованов, А.В. Авринский).

Работы по снижению вибрации и шума корабельных механизмов и систем касались, прежде всего, турбозубчатых агрегатов, насосов, вентиляторов, электромеханизмов и другого оборудования. Важные работы проводились по роторным системам, кривошипно-шатунным механизмам, подшипникам. Изучались электромагнитные источники шума и вибрации в электродвигателях, электромашинах и статических преобразователях. В этих работах, наряду со специалистами ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова и 1-го ЦНИИ МО (К.И. Селиванов, А.П. Головнин, Х.А. Гуревич, Э.Л. Мышинский, С.Я. Новожилов, Е.Н. Афонин и др.), активное участие принимали ученые Института машиноведения АН СССР и инженеры машиностроительной отрасли (Р.М. Беляков, Ф.М. Диментберг, Э.Л. Позняк, И.Д. Ямпольский, Б.В. Покровский и другие).

На основании теоретического анализа и обработки большого количества экспериментальных данных были определены зависимости акустических характеристик основных типов механизмов от энергетических параметров и тем самым обеспечено проектирование оптимальной энергетической установки. Практически для каждого поколения подводных лодок и надводных кораблей разрабатывались средства виброизоляции: амортизаторы, гибкие рукава, патрубки, мягкие подвески трубопроводов и муфт. От поколения к поколению их виброизолирующая способность удваивалась. Разрабатывались специальные виброизолирующие фундаменты, двухкаскадные схемы виброизолирующих креплений. В итоге работ, проводившихся под руководством специалистов ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, 1-го ЦНИИ ВМФ (Г.Н. Белявский, Я.Ф. Шаров, В.И. Попков, Н.В. Капустин, К.Я. Мальцев, И.Л. Орем, В.Р. Попинов), отечественное судостроение располагает широким набором амортизирующих и виброизолирующих конструкций, способных обеспечить значительное снижение вибрации и шума. Из уникальных конструкций следует отметить пневматические и низкочастотные амортизаторы на нагрузку 0,5-100 т, гибкие рукава для трубопроводов с давлением рабочей среды до 10000 кПа и некоторые другие.

Хороший эффект получен от применения средств вибропоглощения в судовом энергетическом оборудовании, трубопроводах, рамных и фундаментальных конструкциях. Так, выполненные из составных балок (типа сэндвич) пространственные рамы для агрегатных сборок механизмов обеспечили снижение шума на величину до 15 дБ при полном сохранении несущей способности. Составные структуры с внутренними вязкоупругими слоями нашли применение в конструкциях трубопроводов, пиллерсов и гребных винтов. Специальные кожухи для механизмов, глушители для воздушных магистралей и трубопроводов систем забортной воды также способствовали снижению шума.

Системы активного подавления вибрации механизмов и шума были созданы коллективом ученых и специалистов ЦНИИ судовой электротехники под руководством А.В. Баркова и В.В. Малахова. В Институте машиностроения СССР (РАН) проведены исследования и разработки активных устройств для снижения вибрации механизмов и в системе движитель-вал-корпус (В.В. Яблонский, Ю.Е. Глазов, С.А. Тайгер).

Большой цикл исследований был выполнен учеными и специалистами ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова и машиностроительных предприятий с целью создания компактных энергоустановок с высокой удельной энергонапряженностью, обладающей эффективной системой подавления акустической энергии на всех путях ее распространения - по корпусным конструкциям, по жидкой среде в трубопроводах и по окружающему воздушному пространству. Осуществлен поиск и найдены варианты рационального размещения виброактивных механизмов с учетом их взаимодействия, оптимального использования невиброактивных конструкций, исключения резонансных режимов агрегатированных сборок и многое другое. В этой связи необходимо отметить многолетние плодотворные работы В.И. Попкова и его научной школы.

Внедрение результатов этих исследований в блочные энергетические установки, созданные на Ленинградском Кировском заводе (главный конструктор - М.К. Блинов) и Калужском трубном заводе (главный конструктор - академик В.И. Кирюхин), позволило создать машины, обеспечивающие постройку малошумных подводных лодок.

Сформулированы принципы "равнопрочной" акустической защиты энергоустановок (ЭУ), при которой передача звуковой энергии по различным путям ее распространения оказывается приблизительно одинаковой. Огромная информация о виброакустическом состоянии механизмов, накопленная в период стендовых и натурных акустических испытаний механизмов и ЭУ, позволила предложить ряд методов контроля вибрации и шума, диагностики технического состояния механизмов.

Неравномерность поля скоростей в диске гребного винта, другие гидродинамические причины обусловливают появление нестационарных усилий на гребном винте, которые через валопровод и подшипники передаются на корпус корабля, вызывая его интенсивные колебания (и как следствие, ухудшая условия обитаемости на корабле), значительное звукоизлучение в воду на низких частотах.

Для решения проблемы снижения низкочастотного излучения были развернуты работы по виброизоляции гребного винта от корпуса за счет включения упругих элементов в систему связей винта с валом и корпусом, представляющей сложную научную и инженерную задачу. Под руководством С.Ф. Абрамовича, М.Д. Генкина, К.Н. Пахомова, Ю.Е. Глазова специалистами ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова и проектных организаций найден ряд эффективных конструктивных решений этой задачи.

Параллельно с разработкой пассивных средств акустической защиты (виброизолирующие устройства, акустические покрытия и др.) проводились работы по исследованию возможностей применения активных методов гашения (компенсации) гидроакустического поля корабля. В этом направлении велись работы в Акустическом институте АН СССР (Б.Д. Тарковский, Г.С. Любашевский, А.И. Орлов), реализовались идеи М.Д. Малюжинца (работами руководили В.В. Тютекин, В.Н. Меркулов). В ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова предложены и исследованы активно-пассивные устройства гашения шума в трубопроводах (В.Л. Маслов, Л.И. Соловейчик), а также системы компенсации корабельных помех работе гидроакустических средств.

Решение проблемы снижения корабельных помех работе гидроакустических средств потребовало проведения исследований: по распространению звука и вибрации от источников на корабле к местам расположения приборов гидролокации; по статическим характеристикам турбулентного пограничного слоя на обтекателе антенн ГАС и излучению звука конструкциями обтекателей ГАС под действием сил турбулентного пограничного слоя, а также по созданию обтекателей антенн ГАС, обладающих требуемыми помехозащитными свойствами, звукопрозрачностью, прочностью и устойчивостью. Необходимо было изучить дифракцию звуковых волн на телах произвольной формы.

Для проведения исследований был разработан комплекс специализированных экспериментальных установок, макетов и стендов. На этой экспериментальной базе, а также в натурных условиях велись работы, в результате которых удалось создать теорию образования корабельных акустических помех. На ее основе созданы методики расчетной оценки уровней этих помех и прочности обтекателей, а также разработаны рекомендации и мероприятия по снижению помех. На подводных лодках внедрены помехозащитные безнаборные конструкции обтекателей основных антенн ГАС, обеспечивающие не только снижение помех гидродинамического турбулентного происхождения, особенно проявляющихся на больших скоростях, но и удовлетворяющие требованиям по звукопрозрачности и прочности.

Решение задачи снижения помех на надводных кораблях шло по пути использования экранирующих устройств корпуса судна и разработок и внедрения помехозащитных экранов (коффердамов) различной формы в т.ч. и напряженных. Выполнение комплекса теоретических и экспериментальных исследований, внедрение в проекты кораблей новых типов обтекателей и других технических решений и средств позволило, как показали натурные испытания, обеспечить снижение собственных акустических помех на подводных лодках в 40 раз, а на надводных кораблях - в 20 раз.

Решение проблемы уменьшения подводного шума кораблей невозможно без исследований и измерений энергетических, спектральных, пространственных, статистических и других характеристик шумов и вибрации. В связи с этим ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова и 1-й ЦНИИ МО провели цикл работ по созданию практических методик измерений и исследований по поиску источников шума кораблей, по разработке требований к соответствующим комплексам аппаратуры. В итоге этих работ, выполнявшихся при участии предприятий Госстандарта ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, ВНИИ ФТРИ и др., измерительные суда и измерительные полигоны были оснащены современными приборами. На кораблях и заводских испытательных стендах размещены системы вибро- и шумоизмерений для контроля механизмов и агрегатов кораблей. Метрологическая база, включающая оригинальные методы и методики, а также средства измерений и исследований шумовых и виброакустических характеристик кораблей и их механизмов, созданы под научным руководством и при активном участии Б.Н. Машарского, Г.А. Сурина, Г.А. Розенберга, А.Е. Колесникова, Г.А. Чуновкина, В.А. Постникова, В.И. Попкова, А.Н. Новикова, А.К. Квашенкина, М.Я. Пекального, В.П. Щеголихина, В.И. Теверовского, В.А. Киршова, В.К. Маслова и других.

Были организованы и проведены расширенные испытания практически всех серий современных подводных лодок и надводных кораблей (Г.А. Матвеев, Г.А. Хорошев, В.С. Иванов, Э.С. Качанов, И.И. Гусев), определены источники акустических и электромагнитных полей, оценена эффективность использованных на них средств защиты и разработаны мероприятия по дальнейшему снижению уровня этих полей.

Работы по созданию систем магнитной защиты кораблей и методов их размагничивания были начаты в 1936 г. под руководством А.П. Александрова. В ходе Великой Отечественной войны силами ученых Академии наук и военно-морских инженеров в неимоверно короткие сроки были разработаны системы и методы магнитной защиты и произведено оборудование ими кораблей. В группу ученых входили: А.П. Александров, В.Р. Регель, П.Г. Степанов, А.Р. Регель, Ю.С. Лазуркин, Б.А. Гаев, Б.Е. Годзевич, И.В. Климов, М.В. Шадеев, В.М. Питерский, А.А. Светлаков, Б.А. Ткаченко и многие другие.

На флотах и флотилиях были созданы службы размагничивания кораблей, впоследствии преобразованные в службу защиты кораблей. После окончания войны работы по совершенствованию методов и средств магнитной защиты надводных кораблей и подводных лодок продолжались. Улучшались методы безобмоточного размагничивания, строились специальные суда размагничивания, создавались новые средства измерения и контрольно-измерительные станции, велась подготовка квалифицированных кадров.

Одним из важных направлений было совершенствование магнитной защиты кораблей противоминной обороны. Научное обоснование сформировано А.В. Романенко, Л.А. Цейтлиным, Н.С. Царевым. В результате разработана высокоэффективная система магнитной защиты, не однажды проверявшаяся в условиях боевого траления. Развитие средств магнитной защиты кораблей потребовало решения комплекса сложных технических проблем, в том числе создания Научно-исследовательского полигона ВМФ (1952 г.). В его становлении решающую роль сыграли офицеры: Л.С. Гуменюк, Б.А. Ткаченко, А.И. Карась, А.Ф. Барабанщиков, Г.А. Шевченко, А.В. Курленков, Я.И. Криворучко, А.В. Романенко, А.И. Игнатов, М.П. Гордяев, Н.Н. Демьяненко.

Полигон сыграл значительную роль в совершенствовании защиты кораблей по физическим полям. Он был оснащен новейшими образцами измерительной техники. В его состав входили уникальные сооружения и в их числе магнитный стенд, построенный в конце 50-х годов. Аналогичные стенды в США были построены спустя 15-20 лет.

Среди научно-технических проблем, решавшихся творческими коллективами ученых и инженеров страны, к наиболее важным относились: снижение магнитного поля кораблей, разработка систем автоматического управления токами в обмотках размагничивающих устройств, создание источников питания размагничивающих устройств, а также разработка аппаратуры для измерения магнитных полей кораблей. В процессе работы по этим направлениям сформировалась целая плеяда квалифицированных ученых. Без имен Е.П. Лапицкого, А.П. Латышева, С.Т. Гузеева, Л.А. Цейтлина, А.В. Романенко, И.С. Царева, Н.М. Хомякова, Э.П. Рамлау трудно представить становление теории магнитной защиты кораблей. Позже этот перечень дополнился такими именами, как В.В. Иванов, В.Т. Гузеев, А.Д. Ронинсов, А.В. Найденов, А.В. Максимов, Л.К. Дубинин, Н.А. Зуев, А.И. Игнатов, И.П. Краснов, А.Г. Шленов, Д.А. Гидаспов, Б.М. Кондратенко, Л.А. Прорвин, В.Я. Матисов, Ю.М. Логунов, Ю.Г. Брядов, Е.А. Сезонов, В.А. Быстров, В.Э. Петров, М.М. Приемский, Н.В. Ветерков, В.В. Мосягин.

В создании систем автоматического управления токами в обмотках размагничивающего устройства в функции магнитного поля принимали участие А.В. Скулябин, Ю.Г. Брядов, Е.А. Сезонов, О.Е. Мендельсон, А.В. Романенко, О.П. Рейнганд, З.Е. Оршанский, В.А. Могучий. Создание источников питания размагничивающих устройств и импульсных генераторов для судов размагничивания являлось самостоятельной проблемой. В ее решении участвовали большие коллективы НИИ судостроительной и электротехнической промышленности.

Повседневная работа службы защиты кораблей на флотах тесно связана с измерениями магнитного поля кораблей. Измерения проводятся с помощью специальных магнитомеров. Одним из первых магнитомеров, использовавшихся на флотах, был английский магнитомер "Пистоль". Измерения магнитных полей движущихся кораблей выполнялись с помощью петлевых датчиков, уложенных на грунте и подключенных к флюксметру. После второй мировой войны был создан первый отечественный магнитомер ПМ-2, главным конструктором которого был Г.И. Кавалеров. Затем появились серии корабельных магнитомеров, переносных и стационарных. В число их разработчиков входили С.А. Скородумов, Н.И. Яковлев, В.В. Орешников, И.В. Стариков, Р.В. Аристова, Н.М. Семенов, Ю.П. Обоишев, В.К. Жулев, а также коллектив инженеров под руководством Ю.В. Тарбеева. Таким образом, усилиями ученых, инженеров, рабочих были созданы научные основы и техническая база на флотах для постоянного функционирования службы защиты кораблей от неконтактного минно-торпедного оружия.

Новыми направлениями в области защиты кораблей по физическим полям, возникшими в 50-х годах, стали исследования низкочастотного электромагнитного и стационарного электрического полей корабля. Необходимость в этих исследованиях диктовалась тем, что такие физические поля могут использоваться как для контактного минно-торпедного оружия, так и для систем обнаружения подводных лодок. Основным информационным признаком корабля, на использовании которого построены различные активные системы наведения большинства противокорабельных ракет, считается заметность корабля в различных частотных диапазонах электромагнитного излучения, что и обусловило развитие средств снижения этой заметности.

Работы по снижению заметности надводных кораблей в радиодиапазоне были начаты в 60-е годы НИИ ВМФ и промышленности. Создавались специальные стенды, на которых в лабораторных условиях на моделях кораблей определялись параметры вторичного (отраженного) радиолокационного поля. У истоков создания стендов стояли такие ученые, как В.Д. Плахотников, Л.Н. Гриненко, Д.В. Шанников, В.О. Кобак, В.П. Пересада, Е.А. Штагер (впоследствии ведущие специалисты в области исследования радиолокационных характеристик кораблей).

Для исследования радиолокационных характеристик в натурных условиях созданы специальные измерительные комплексы. Были введены в эксплуатацию стационарные радиолокационные полигоны на Балтийском и Черном морях. Первый из них в заливе Хара-Лахт в Эстонии принадлежал 1-му ЦНИИ МО и располагал радиолокационным измерительным комплексам РИК-Б. На нем впервые исследованы параметры вторичного радиолокационного поля отечественных кораблей в натурных условиях. Выполнение этой работы поручалось Г.А. Печко и В.М. Горшкову. Полигон в Севастополе был дополнительно укомплектован несколькими специализированными радиолокационными станциями с высоким разрешением по двум координатам и трехчастотной разных диапазонов и назначений. Особая заслуга в его создании принадлежит Е.А. Штагеру. В связи с утратой измерительных комплексов в Эстонии и на Украине основная нагрузка в части измерения параметров вторичного радиолокационного поля кораблей ВМФ ныне легла на район г. Приморска Ленинградской области, куда в 1993 г. перебазировался полигон 1-го ЦНИИ МО.

Результаты измерений радиолокационных характеристик отечественных кораблей за период 60-90-х годов позволили создать атлас, в который вошло большинство кораблей и судов ВМФ. Было установлено, что на поверхности любого надводного корабля существуют области интенсивного локального отражения, которые вносят основной вклад в отраженное поле. Это обстоятельство, помимо разработки метода расчета средней эффективной поверхности рассеяния корабля, обусловило развитие разработки методов и средств радиолокационной защиты. Исследования, выполненные организациями ВМФ и промышленности, показали, что для уменьшения интенсивности отражения радиолокационных сигналов необходимо преобразовать сильноотражающие корабельные конструкции в малоотражающие путем придания корабельным конструкциям малоотражающих форм (архитектурные решения), а также использовать радиопоглощающие материалы.

Работы по созданию корабельных радиопоглощающих материалов были начаты в 50-е годы. В это время разработаны радиопоглощающие покрытия - "Тент", "Кольчуга", "Лист", "Щит". Однако первое поколение радиопоглощающих покрытий (РПП) не было внедрено в кораблестроение из-за больших массогабаритных характеристик, а также вследствие сложной технологии крепления их к защищаемым корабельным конструкциям. Для создания новых радиопоглощающих материалов привлечен более широкий круг организаций ВМФ, Академии наук, предприятий Минхимпрома, Миннефтехимпрома, Минцветмета, Минвузов и Минсудпрома. Большой вклад в эти исследования внесли такие ученые, как Ю.М. Патраков, А.П. Петренас, В.В. Кушелев, Ю.Д. Донков: они показали, что введение в стеклопластик полупроводящих углеродных тканей придает ему поглощающие свойства. В 1965 г. были получены первые образцы прочного радиопоглощающего углестеклопластика, получившего название "Крыло", из которого затем изготовлена надстройка разъездного катера. Применение этого материала позволило снизить отраженное поле судна в 5-10 раз. Так был создан первый практический радиопоглощающий конструкционный материал.

Для широкого внедрения радиопоглощающих средств на корабли необходимы покрытия с малым весом, малой толщины, прочные и стойкие к жестким морским условиям. Эти требования наложили свой отпечаток на характер и направление работ в этой области. В 1972-1974 гг. Ю.М. Патраковым, Р.И. Энглином, Н.Б. Бессоновым, Г.И. Бякиным были разработаны первые образцы тонкослойных поглотителей ("Лак", "Экран"). В 1976 г. первое покрытие "Лак" установили на одном из малых противолодочных кораблей. Результаты натурных испытаний показали, что покрытие "Лак" позволяет снизить отраженный сигнал в 5-10 раз.

Параллельно с РПП "Лак" в конце 70-х годов группой ученых под руководством А.Г. Алексеева осуществлена разработка и выполнены натурные испытания магнитоэлектрического покрытия ("Ферроэласт"). Его нанесли на большой противолодочный корабль. Эффективность этого покрытия примерно аналогична РПП "Лак". Дальнейшие работы по созданию третьего поколения корабельных покрытий связаны с поиском новых более эффективных наполнителей, усовершенствованием технологии нанесения ("Лак-5М"), расширением частотного диапазона и повышением поглощающих свойств ("Лак-1 ОМ"), снижением массогабаритных параметров ("Лакмус").

Работы по тепловой защите или снижению заметности надводных кораблей для тепловых (инфракрасных) систем были начаты с середины 50-х годов в 14-м НИИ ВМФ и 1-м ЦНИИ МО. На начальной стадии разработаны методики расчета теплового излучения кораблей, измерены распределения температур по поверхности корабля, предложен и испытан ряд средств тепловой защиты и ложных тепловых целей. С 1965 г. к работам подключился ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова в качестве головной организации отрасли. У истоков развития этого направления стояли СЛ. Брискин, С.Ф. Баев. В 1974 г. созданы базовые испытательные подразделения для натурных измерений температурных полей кораблей в Севастополе, Калининграде, Северодвинске и Владивостоке. Систематические измерения, их анализ, методические разработки привели к существенному расширению номенклатуры применяемых средств тепловой защиты и к снижению уровня теплового излучения кораблей до значений, соответствующих лучшим зарубежным кораблям. Этому значительно способствовали натурные исследования тепловых полей на полигоне 1-го ЦНИИ МО на Балтийском и Черном морях, на базе ЧВМУ им. П.С. Нахимова, проведенные учеными С.П. Сазоновым, В.И. Лопиным, В.Ф. Барабанщиковым, К.В. Тюфяевым.

В середине 70-х годов в ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова создан теплотехнический стенд для исследования процессов теплообмена в корабельных дымовых трубах, разработаны методики расчета температурных полей корпуса и поверхности дымовых труб кораблей, а также методики измерений температур в натурных условиях.

С конца 80-х годов Минсудпромом и ВМФ совместно с другими отраслями осуществляется переход к непосредственным измерениям параметров тепловых полей надводных кораблей. Разрабатываются методики сдаточных испытаний кораблей по тепловому полю, создается контрольно-измерительная и исследовательская аппаратура, разрабатываются методы математического моделирования теплового поля (теплового портрета) корабля и оценки его защищенности на стадии технического проектирования. Определяются дальнейшие возможности снижения теплового поля кораблей. Большой вклад в эту работу внесли И.Г. Утянский, П.А. Епифанов.

Работы по оптиколокационной защите, то есть по снижению заметности надводных кораблей для лазернолокационных систем, были начаты в середине 70-х годов НИИ ВМФ и Минсудпрома с последующим привлечением организаций Академии наук, Минхимпрома, Миноборонпрома и других ведомств. Неоценимый вклад в разработку теоретической модели рассеяния лазерного излучения морскими объектами, а также методики расчета их защищенности внесли М.Л. Варшавчик и Б.Б. Семевский.

В 80-х годах была создана аппаратура для исследования оптико-локационных характеристик морских объектов в лабораторных и натурных условиях. Лабораторный стенд укомплектован аппаратурой, измеряющей коэффициенты отражения и яркости корабельных материалов как чистых, так и с поверхностной пленкой, например водной, а также материалов, расположенных в воде.

Для натурных измерений оптико-локационных характеристик кораблей и поверхности моря были введены в эксплуатацию два береговых лазерных измерительных комплекса на Черном (на базе Севастопольского ВВМУ) и Балтийском (на полигоне 1-го ЦНИИ МО) морях. В создании этих комплексов и исследований оптико-локационных характеристик кораблей принимали участие Ю.А. Солевон и Е.Г. Лебедько.

Проблема борьбы с гидродинамическими минами особенно остро встала перед отечественным ВМФ в 1945-1946 гг. во время операции по освобождению Северной Кореи. Ее порты были заминированы с воздуха американцами перед вступлением СССР в войну с Японией. В ходе высадки десантов, при обеспечении боевых действий войск и продолжавшегося более года (в том числе в послевоенное время) траления, флот понес ощутимые потери. Требовалось решить ряд научно-исследовательских проблем.

Учеными Г.В. Логвиновичем, Л.Н. Сретенским и В.В. Шулейкиным были разработаны основы теории гидродинамического поля. Ее использовали для оценок придонных гидродинамических давлений под кораблями, создания отечественных образцов измерительной аппаратуры и взрывателей мин, а также для разработки предложений по тралению этих мин и защиты от них кораблей и судов. Была создана стационарная экспериментальная база, разработаны методики измерений и проведены систематические измерения гидродинамического поля основных кораблей и судов ВМФ и дана оценка эффективности некоторых способов "гидродинамической" защиты кораблей (1-й ЦНИИ МО, руководитель Н.К. Зайцев). Особое внимание уделено оценке допустимых уровней гидродинамичекого поля. С этой целью на временных стендах в районах некоторых баз флота были проведены замеры параметров фонового поля. Организацией временных стендов, проведением измерений, обработкой и анализом результатов руководил Б.Н. Седых.

Специалистами 1-го ЦНИИ МО были разработаны теоретические основы комплексного волнового метода гидродинамической защиты кораблей. Основные положения этого метода подтверждены экспериментально на стационарном гидродинамическом полигоне. По результатам этих исследований впервые в мировой практике создан принципиально новый тип корабля противоминной обороны: опытный быстроходный, тральщик - волновой охранитель, проекта 1256. В разработке метода, проектировании и опытной эксплуатации этих кораблей активное участие приняли специалисты 1-го ЦНИИ В.С. Воронцов, М.М. Демыкин, О.К. Коробков, А.Н. Муратов, В.И. Салажов, Б.Н. Седых, Н.А. Цибульский; НИИП 1-го ЦНИИ МО - В.А. Дмитриев, Н.Ф. Корольков, И.В. Терехов; Западного ПКБ - М.М. Корзенева, В.И. Немудов; ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова - К.В. Александров, А.И. Смородин. Результаты опытной эксплуатации подтвердили эффективность волнового метода и позволили наметить пути совершенствования кораблей противоминной обороны нового типа.

Наряду с решением задач гидродинамической защиты проводились исследования проблемы скрытности подводных лодок от средств обнаружения по гидрофизическим полям в кильватерном следе и на свободной поверхности. В ходе этих исследований впервые в стране созданы аппаратурные комплексы и проведены надежные измерения параметров кильватерного следа подводной лодки и фона. Результаты исследований используются для выработки мероприятий по обеспечению скрытности подводных лодок.

Гидроаккустическое обнаружение подводных лодок

Физическое поле корабля - область пространства, прилегающая к корпусу корабля, в котором проявляются физические свойства корабля как материального объекта. Данные физические свойства оказывают, в свою очередь, влияние на искажение соответствующего физического поля Мирового океана и прилегающего воздушного пространства.

Типы физических полей корабля

Задачи, решаемые гидроакустическим комплексом подводной лодки.

Физические поля кораблей по месту нахождения источников излучения подразделяют на первичные (собственные) и вторичные (вызванные).

Первичными (собственными) полями кораблей называются поля, источники излучения которых находятся непосредственно на самом корабле или в сравнительно тонком слое воды, омывающем его корпус.

Вторичным (вызванным), полем корабля, называется отраженное (искаженное) поле корабля, источники излучения которого расположены вне корабля (в пространстве, на другом корабле и т. д.).

Поля, которые имеют искусственную природу, т.е. формируются при помощи специальных устройств, (радио-, гидролокационных станций, оптических приборов) называются активными физическими полями.

Поля, которые создаются естественным образом кораблем в целом как конструктивным сооружением, называются пассивными физическими полями корабля.

По функциональной зависимости параметров физических полей от времени их также можно подразделить еще на статические и динамические поля.

Статическими полями считаются такие физические поля, интенсивность (уровень или мощность) источников которых остается в течении времени воздействия полей на неконтактную систему постоянной.

Динамическими (переменными во времени) физическими полями называются такие поля, интенсивность источников которых изменяется в течении времени воздействия поля на неконтактную систему.

Основные виды физических полей корабля

В настоящее время современная наука выделяет более 30 различных физических полей корабля. Степень применения свойств физических полей в проектировании технических средств обнаружения, средств слежения за кораблями, а также в неконтактных системах оружия различна. Самыми главными, на данный момент, физическими полями кораблей и подводных лодок, на основании знаний о которых ведется разработка специальных приборов, считаются: акустическое, гидроакустическое, магнитное, электромагнитное, электрическое, тепловое, гидродинамическое, гравитационное.

С учетом развития различных направлений физики и приборостроения, постоянно определяются новые физические поля морских объектов, например, ведутся исследования в области оптических, радиационных физических полей.

Главной задачей, которую решают инженеры, занимающиеся изучением свойств физических полей, является поиск и обнаружен кораблей и подводных лодок противника, наведения на них боевых средств (торпед, мин, ракет и др), а также детонация их безконтактных взрывателей. Во время Второй Мировой Войны широко использовались мины с электромагнитными, акустическими, гидродинамическими и комбинированными взрывателями, а также часто применялась гидроакустическая аппаратура обнаружения подводных лодок.

Акустическое поле корабля

Схема работы гидроакустических станций надводного корабля:
1 - преобразователь эхолота; 2 - пост гидроакустиков; 3 - преобразователь гидролокатора; 4 - обнаруженная мина; 5 - обнаруженная подводная лодка.

Акустическое поле корабля - область пространства, в которой распределяются акустические волны, образованные самим кораблем или отражающиеся от поверхности его корпуса.

Любой корабль, находящийся в движении, служит излучателем самых разнообразных по значению и характеру акустических колебаний, комплексное действие которых на окружающую водную среду создает достаточно интенсивный подводный шум в диапазоне от инфра- до ультразвуковых частот. Данное явление еще называют первичным акустическим полем корабля. Характер излучения первичного поля и его распространения определяются, как правило следующими параметрами корабля: водоизмещением, обводами (обтекаемостью формы) корпуса и скоростью хода корабля, типом главных и вспомогательных механизмов.

Поток воды при обхождении корпуса корабля определяет гидродинамическую составляющую акустического поля. Главные и вспомогательные механизмы корабля определяют вибрационную составляющую, гребные винти - кавитационную (кавитация на гребном винте - это образование на его быстро вращающихся лопастях в водной среде разряженных газовых полостей, последующее сжатие которых резко увеличивает шумность).

В итоге, первичное гидроакустическое поле корабля(ГАПК) представляет собой совокупность наложенных друг на друга полей, создаваемых различными источниками, основные из которых являются:

1. Шумы, создаваемые движителями (винтами) при их вращении. Подводный шум корабля от работ гребных винтов разделяется на следующие составляющие:

Шум вращение гребного винта,

Вихревой шум,

Шум вибрации кромок лопастей винтов («пение»),

Кавитационный шум.

2. Шумы, излучаемые корпусом корабля на ходу и на стоянке как результат его вибрации от работы механизмов.

3. Шумы, создаваемые обтеканием корпуса корабля водой при его движении.

Уровень подводного шума зависит еще от скорости хода корабля, а также от глубины погружения (для ПЛ). Если корабль движется со скоростью выше критической. то в этом случае начинается процесс интенсивного шумообразования.

В процессе эксплуатации корабля, по мере износа основных узлов, шумность его может меняться. При выработке технического ресурса корабельных механизмов, происходит их расцентровка, расбалансировка и увеличение вибрации. Колебательная энергия изношенных механизмов провоцирует. в свою очередь, вибрации корпуса, что приводит к возмущениям в прилегающей водной поверхности.

Индикаторные картины ГАК МГК-400ЭМ. Режим шумопеленгования

Вибрации механизмов передаются на корпус в основном через: опорные связи механизмов с корпусом (фундаменты); неопорные связи механизмов с корпусом (трубопроводы, водопроводы, кабели); через воздух в отсеках и помещениях НК.

Корпус корабля, сам по себе, способен отражать акустические волны, которые излучает какой-либо другой источник. Это излучение при отражении от корпуса, превращается во вторичное акустическое поле корабля и, может быть обнаружено приемным устройством. Использование вторичного акустического поля позволяет не только определить направление нахождения корабля, но также позволяет вычислить дистанцию до него путем замера времени прохождения сигнала (скорость звука в воде составляет 1500 м/с). Дополнительно на скорость распространения звука в воде влияет ее физическое состояние(соленость, которая повышается с увеличением температуры, и гидростатическое давление).

Атака подводной лодки на основании ложного акустического поля корабля

Главными направлениями уменьшения акустического поля корабля являются: снижение шума гребных винтов (подбором форм лопастей, частоты вращения винта, увеличением числа лопастей), снижение шумности механизмов и корпуса (звукоизолирующая амортизация, акустические покрытия, звукопоглощающие фундаменты).

Индикаторные картины ГАК МГК-400ЭМ. Режим LOFAR

Гидроакустический комплекс «Скат» атомной подводной лодки «Щука»

Шумность корабля влияет не только на его скрытность от различных средств обнаружения и степень защищенности от минно-торпедного вооружения вероятного противника, но также и влияет на условия работы собственных гидроакустических средств обнаружения и целеуказания, создавая помехи в работе этих приборов.

Шумность имеет колоссальное значение для незаметности подводных лодок (ПЛ) так как именно она во многом определяет этот параметр выживания. По этому на подводных лодках контроль за шумностью и ее снижение - одна из главных задач всего личного состава.

Основные мероприятиям обеспечения акустической защиты корабля:

Улучшение виброакустических характеристик механизмов;

Удаление механизмов от конструкций наружного корпуса, излучающего подводный шум, путём их установки на палубы, платформы и переборки;

Виброизоляция механизмов и систем от основного корпуса с помощью звукоизолирующих амортизаторов, гибких вставок, муфт, амортизирующих подвесок трубопроводов и специальных шумозащищающих фундаментов;

Вибропоглащение и звукоизоляция звуковых вибраций фундаментных и корпусных конструкций, систем трубопроводов с помощью звукоизолирующих и вибродемфирующих покрытий;

Звукоизоляция и звукопоглащение воздушного шума механизмов за счет применения покрытий, кожухов, экранов, глушителей в воздуховодах;

Применение в системах забортной воды глушителей гидродинамического шума.

Отдельно кавитационный шум понижается за счет следующих работ:

Использование малошумных гребных винтов;

Использование низкооборотных винтов;

Повышение числа лопастей;

Балансировка гребного винта и линии вала.

Совокупность инженерных разработок, а также соответствующих действий личного состава, позволяют серьезно снизить уровень гидроакустического поля корабля.

Тепловое (инфракрасное) поле корабля

Тепловое поле корабля

Тепловое поле - поле, которое появляется при излучении кораблем инфракрасных лучей. Самыми мощными источниками излучения тепловых полей являются: дымовые трубы и газовые факелы от корабельной энергетической установки; корпус и надстройки в районе машинного отделения; факелы огня при артиллерийской стрельбе и запуске ракет. При использовании инфракрасной аппаратуры тепловое поле позволяет обнаружить корабль на достаточно большом расстоянии.

Главными источниками теплового поля корабля (инфракрасного излучения) являются:

Поверхности надводной части корпуса, надстроек, палуб, кожухов дымовых труб;

Поверхности газоходов и газовыхлопных устройств отработавших газов;

Газовый факел;

Поверхности корабельных конструкций (мачт, антенн, палуб и т. д.), находящихся в зоне действия газового факела, газовых струй ракет и летательных аппаратов при запуске;

Бурун и кильваторный след корабля.

Корабль в объективе тепловизора

Обнаружение надводных кораблей и подводных лодок по их тепловому полю и выдача целеуказания оружию производится с помощью специальной теплопеленгаторной аппаратуры. Такая аппаратура обычно устанавливается на надводных кораблях и подводных лодках, самолетах, спутниках, береговых постах.

Дополнительно тепловыми (инфракрасными) устройствами самонаведения снабжаются также различные типы ракет и торпеды. Современные тепловые устройства самонаведения позволяют осуществить захват цели на расстоянии до 30 км.

Основные технические средства тепловой защиты кораблей:

Охладители отработавших газов корабельной энергетической установки (камера смешения, внешний кожух, жалюзийные окна приёма воздуха, насадки, системы водовпрыска и т. д.);

Теплоутилизационные контуры (ТУК) корабельной энергетической установки;

Бортовые (надводные и подводные) и кормовые газовыхлопные устройства;

Экраны инфракрасного излучения от внутренних и наружных поверхностей газоходов (двухслойные экраны, профильные экраны с водяным или воздушным охлаждением, экранирующие тела и т. д.);

Система универсальной водяной защиты;

Покрытия для корпуса и надстроек корабля, в том числе и лакокрасочные, с пониженной излучающей способностью;

Тепловая изоляция высокотемпературных корабельных помещений.

Тепловую заметность надводного корабля можно также уменьшить применением следующих тактических приемов:

Применение маскирующего воздействия тумана, дождя и снега;

Применение в качестве фона предметов и явлений с мощным инфракрасным излучением;

Применение носовых курсовых углов по отношению к носителю теплопеленгаторной аппаратуры.

Для подводных лодок тепловая заметность снижается при увеличении глубины их погружения.

Гидродинамическое поле корабля

Гидродинамическое поле корабля
В районе оконечностей образуются зоны повышенного давления, а в средней части по длине корпуса - область пониженного давления.

Гидродинамического поле - поле возникающее в следствии движения корабля, за счет изменения гидростатического давления воды под корпусом корабля. По физической сущности гидродинамического поле - это возмущение движущимся кораблем естественного гидродинамического поля Мирового океана.

Если в каждом месте Мирового океана параметры его гидродинамического поля обусловлены, главным образом, случайными явлениями, учесть которые заранее очень трудно, то движущийся корабль вносит не случайные, а вполне закономерные изменения в эти параметры, учесть которые можно с необходимой для практики точностью.

При движении корабля в воде частицы жидкости, находящиеся на определенных расстояниях от его корпуса, приходят в состояние возмущенного движения. При движении этих частиц изменяется величина гидростатического давления в месте движения корабля, т.е. образуется гидродинамическое поле корабля определенных параметров.

При движении подводной лодки под водой область изменения давления распространяется на поверхность воды так же, как и на грунт. Если подводная лодка движется на небольшой глубине, то на поверхности воды можно визуально фиксировать хорошо заметный волновой гидродинамический след.

Свойства гидродинамического поля корабля часто используются при разработке неконтактных гидродинамических взрывателей донных мин.

До настоящего времени значимых эффективных средств гидродинамической защиты корабля не разработано. Частичное снижение гидродинамического поля достигается за счет расчета баланса между оптимальным водоизмещением корабля и формы его корпуса. Основным тактическим приемом гидродинамической защиты корабля является выбор безопасной скорости хода. Безопасной считается такая скорость, при которой либо величина понижения давления под кораблём не превысит установленного порога срабатывания взрывателя мины, либо время воздействия на взрыватель области пониженного давления окажется меньше, чем установлено во взрывателе.

Существуют специальные графики безопасных скоростей корабля и правила пользования, которые даются в специальной инструкции по выбору безопасных скоростей корабля при плавании в районах возможной постановки гидродинамических мин.

Электромагнитное поле корабля - поле переменных по времени электрических токов, создаваемых кораблем в окружающем пространстве. Главными излучателями электромагнитного поля корабля являются: переменные гальванические токи в цепи «гребной винт - корпус», вибрация ферромагнитных масс корпуса в магнитном поле Земли, работа корабельного электрооборудования. Электромагнитное поле имеет ярко выраженный максимум в районе гребных винтов, а на расстоянии в несколько десятков метров от корпуса практически затухает.

Электромагнитная защита корабля осуществляется за счет выбора неметаллического материала для гребных винтов:

Применения для них не электропроводных покрытий, применения на валопроводе контактно-щёточных устройств;

Шунтирующих переменное сопротивление масляного зазора в подшипниках;

Поддержания сопротивления изоляции вала от корпуса в пределах установленных норм.

На кораблях с немагнитными и маломагнитными корпусами главное внимание уделяется вопросам снижения электромагнитного поля элементов электрооборудования.

Магнитное поле корабля

Магнитное поле корабля - область пространства, в пределах которой обнаруживаются изменения магнитного поля Земли, обусловленные присутствием или движением намагниченного корабля.

Магнитное поле корабля представляет собой результирующую величину наложения нескольких полей: постоянного (статического) и индуктивного (динамического) намагничивания.

Постоянное намагничивание формируется у корабля в основном в период постройки под воздействием земного магнитного поля, и зависит от:

Расположения корабля относительно направления и величины линий напряженности магнитного поля Земли в месте постройки;

Магнитных свойств самих материалов, из которых строится корабль (остаточная намагниченность);

Соотношения главных размерений корабля, распределения и форм железных масс на корабле;

Технологий, с помощью которых осуществлялась постройка корабля (числа клепаных и сварных соединений).

Для количественной характеристики магнитного поля используется специальная физическая величина - напряженность магнитного поля Н.

Другой физической величиной, определяющей в первую очередь магнитные свойства материала является интенсивность намагничивания I. Кроме того существуют понятия остаточного намагничивания и индуктивного намагничивания.

Применения маломагнитных и немагнитных материалов при строительстве корабля позволяет в значительной степени снизить его магнитное поле. Поэтому при строительстве специальных кораблей (тральщиков, минных заградителей) широко используются такие материалы как стеклопластик, пластмассы, алюминиевые сплавы и т. д., а при строительстве некоторых проектов атомных подводных лодок применяется титан и его сплавы, который наряду с высокой прочностью является маломагнитным материалом. Однако прочность и другие механические и экономические показатели маломагнитных материалов позволяют применять их при строительстве боевых кораблей в ограниченных пределах. Существуют также и сильномагнитные материалы, к ним относятся: железо, никель, кобальт и некоторые сплавы. Вещества, способные сильно намагничиваться, получили название ферромагнетиков.

Принцип работы магнитной мины

Кроме того, если даже корпусные конструкции кораблей выполнять из маломагнитных материалов, то целый ряд корабельных механизмов остается выполненным из ферромагнитных металлов, которые также создают магнитное поле. Поэтому для кораблей, периодически осуществляется контроль уровня их магнитного поля и, при превышении допустимого значения, проводится размагничивание корпуса. Существует безобмоточное и обмоточное размагничивание. Первое осуществляется при помощи специальных кораблей или на станциях безобмоточного размагничивания, второе предусматривает наличие на самом корабле стационарных обметок (кабелей) и специальных генераторов постоянного Тока, которые вместе с аппаратурой управления и контроля составляют размагничивающее устройство корабля.

Магнитное поле корабля (МПК) широко используется в неконтактных взрывателях минно-торпедного оружия, а также в стационарных и авиационных системах магнитометрического обнаружения ПЛ.

Примером экспериментов по снижению магнитного поля, является так называемый Филадельфийский эксперимент , который и по сей день остается предметом многих домыслов, поскольку документальных подтверждений результатом эксперимента, публично так и не было обнародовано.

Электрическое поле корабля

Электрическое поле корабля (ЭПК) - область пространства, в которой протекают постоянные электрические токи.

Основными причинами образования электрического поля корабля являются:

Электрохимические процессы протекающие между деталями корабля, изготовленными из разнородных металлов и находящимися в подводной части корпуса(гребные винты и валы, рулевые устройства, донно-забортная арматура, системы протекторной и катодной защиты корпуса и т. д.).

Процессы, порождаемые явлением электромагнитной индукции, суть которых заключаются в том, что корпус корабля во время своего движения пересекает силовые линии магнитного поля Земли, в результате чего в корпусе и прилегающих к нему массах воды возникают электрические токи. Аналогичные токи формируются в корабельных винтах при их вращении. Как правило корпус корабля изготавливается из стали, винты и донная арматура из бронзы или латуни, обтекатели гидроакустических станций из нержавеющей стали, а протекторы коррозии из цинка. В результате в подводной части корабля образуются гальванические пары и в морской воде, как в электролите, возникают стационарные электрические токи.

Процессы, связанные с утечкой токов корабельного электрооборудования на корпус корабля и в воду.

Главной причиной формирования ЭПК являются электрохимические процессы между разнородными металлами. Около 99 % от максимальной величины ЭПК приходится именно на электрохимические процессы. Поэтому для снижения уровня ЭПК стремятся устранить эту причину.

Электрическое поле корабля серьезно превосходит естественное электрическое поле Мирового океана, это позволяет его использовать при разработке неконтактного морского оружия и средств обнаружения подводных лодок.

Снижение уровня электрического поля достигается: - путем применения неметаллических материалов при изготовления корпуса и деталей, соприкасающихся с морской водой;

Путем подбора металлов по близости значений их электродных потенциалов для корпуса и деталей, соприкасающихся с морской водой;

При помощи экранирования источников ЭПК;

Путем разъединение внутренней электрической цепи источников ЭПК;

С помощью применения специальных покрытий источников ЭПК электроизолирующими материалами.

Области применения

Физические поля корабля в настоящее время широко используются по трем направлениям:

В неконтактных системах различных видов оружия;

В системах обнаружения и классификации;

В системах самонаведения.

Ссылки и источники

Литература

1. Свердлин Г. М. Гидроакустические преобразователи и антенны. . - Ленинград: Судостроение, 1980.

2. Урик Р.Дж.(Robert J. Urick). Основы гидроакустики (Principles of Underwater Sound). . - Ленинград: Судостроение, 1978.

3. Яковлев А.Н Гидролокаторы ближнего действия. . - Ленинград: Судостроение, 1983.

Появление неконтактного минного и торпедного оружия, а затем магнитных обнаружителей (магнитометров) подводных лодок в подводном положении, реагирующих на магнитное поле корабля, привело к разработке и созданию методов и средств как активной, так и пассивной защиты кораблей. К методам активной защиты относят:

· уничтожение мин с помощью тралов;

· создание проходов в минных полях с помощью подрывов глубинных и авиационных бомб;

· поиск с помощью специальных электромагнитных и телевизионных искателей с последующим уничтожением.

Основным методом пассивной защиты является размагничивание кораблей. Суть его состоит в уменьшении магнитного поля на определенной глубине, называемой глубиной защиты. Глубиной защиты называют такую наименьшую глубину под килем, на которой после размагничивания корабля напряженность его магнитного поля практически равна нулю. В этом случае обеспечивается несрабатывание неконтактных мин и торпед,

Другой путь в обеспечении защищенности корабля по магнитному полю состоит в применении маломагнитных и немагнитных материалов в конструкциях корпуса и механизмов корабля.

Понятие о размагничивании.

Размагничиванием корабля принято называть процесс искусственного уменьшения его магнитного поля. Размагничивание производят с помощью обмоток контуров, питаемых током, и называют электромагнитной обработкой (ЭМО). Суть ЭМО состоит в создании определенным образом магнитного поля, обратного по знаку полю корабля, о чем будет сказано ниже.

На рис. 8 представлен плоский контур, по которому пропускается постоянный ток. Зависимость направления поля, ᴛ.ᴇ. положения его полюсов от направления тока определяется известным правилом буравчика.

Размагничивание производится двумя различными методами – безобмоточным и обмоточным. Названия эти следует понимать как условные, так как размагничивание кораблей как одним, так и другим методом выполняют с помощью обмоток, питаемых током. Но в первом случае, обмотки накладывают на корпус судна временно, лишь на период размагничивания, или же вообще располагают вне судна, на фунте. Применяя же второй метод, обмотки монтируют на судне стационарно и включают их на время следования по опасным районам.

Безобмоточное размагничивание (БР).

Безобмоточное размагничивание осуществляется путем воздействия на корабль временно создаваемых магнитных полей двумя способами:

· с помощью временно накладываемых на корабль электрических обмоток;

· с помощью контуров, обтекаемых током, уложенных на грунте.

При безобмоточном размагничивании (БР) корпус корабля подвергается воздействию затухающего переменного и постоянного магнитных полей, либо кратковременному воздействию только постоянного магнитного поля. В первом случае размагничивание основано на намагничивании корпуса по безгистерезисной кривой, во втором – по гистерезисной (рис. 4).

Размагничивание с помощью временно накладываемых на корабль обмоток.

После постройки корабля его корпус намагничивается в вертикальном, продольном и поперечном направлении.

Рассмотрим сущность размагничивания в вертикальном направлении (рис. 9, а).

а) вертикальное размагничивание;

б) продольное размагничивание;

в) поперечное размагничивание.

Вокруг корпуса заводится кабель в плоскости, параллельной ватерлинии. Учитывая зависимость отнамагничивания корпуса, величина которого определяется при предварительном измерении, по кабелю пропускается ток такой величины (рис, 10), чтобы созданное поле обратного знака (при включенном токе) в точке превышало в раза исходное (точка ).

Через несколько секунд ток в обмотке выключается, и магнитное состояние переходит в точку . Эта операция принято называть ʼʼопрокидываниемʼʼ поля. Действительно, поле в точке оказалось другого знака, ʼʼопрокинутымʼʼ. Заметим, что процесс идет по гистерезисной кривой.

Вторая операция принято называть ʼʼкомпенсациейʼʼ. Во время этой операции в обмотку включается ток, величина и направление которого выбираются так, чтобы после выключения его поле корабля возможно больше приближалось к нулю.

– вертикальное намагничивание корабля;

– напряженность вертикального внешнего магнитного поля.

Ток, включенный в обмотку при первой и второй операциях, принято называть соответственно током опрокидывания и током компенсации .

Из кривых видно, что в результате электромагнитной обработки имевшееся у корабля намагничивание компенсируется, а создаваемое новое намагничивание таково, что вертикальные составляющие индуктивного намагничивания и постоянного намагничивания , в районе экватора оказываются близкими или равными по абсолютной величине, но противоположными по знаку.

При размагничивании по безгистерезионой кривой достигается тот же результат, только процесс компенсации старого созданием нового постоянного намагничивания происходит при циклическом перемагничивании в переменном магнитном поле, убывающем по амплитуде от некоторого максимума до нуля. Важно заметить, что для создания как постоянного, так и переменного магнитных полей на корабль накладываются временно один или несколько витков, подключаемых к источникам питания судов размагничивания. Важно заметить, что для случая продольного размагничивания на корабль накладывается несколько витков (рис. 9, б) так, что корабль оказывается заключенным внутри огромного соленоида. Возникающее при включении обмотки магнитное поле, действующее по оси соленоида, размагничивает корабль.

При поперечном размагничивании на корабль накладываются в вертикальной плоскости два последовательно соединенных витка по бортам.

Эффективность размагничивания проверяют измерениями магнитного поля под днищем.

Заводка вокруг корпуса тяжелых многожильных кабелей связана с большими затратами времени и физического труда. По этой причине наравне с этим способом используют также специальные станции безобмоточного размагничивания, на которых обмотки (кабель) уложены определенным образом на грунте. Безобмоточное размагничивание с помощью контуров, уложенных на грунте. Контуры, уложенные на грунте, имеют форму петли. По этой причине станции получили название – петлевые станции безобмоточного размагничивания (ПСБР) рис. 11. Акватория ограждается буями или вехами. На ней имеются бочки для швартовки судов.

Через контур 1 пропускают постоянный ток, через контур 2 – переменный ток частотой около . Переменное магнитное поле позволяет устранить все необратимые явления, возникающие при намагничивании в постоянном магнитном поле контура постоянного тока 2. Процесс размагничивания состоит в пропускании соответствующих токов по контурам (донным кабелям) в тот момент, когда корабль проходит или стоит над ними. Управление режимом тока и снятие показаний магнитометрической аппаратуры осуществляется дистанционно с берегового пульта. Процесс размагничивания основан на принципе полугистерезисного перемагничивания (рис. 12).

При подходе к стенду ПСБР магнитное состояние корабля характеризуется точкой , где корабль обладает определенным постоянным и индуктивным намагничиванием. В момент прохождения над стендом корабль подвергается перемагничиванию по полугистерезисной кривой . В данный момент корабль находится над серединой контура. Далее при удалении корабля его магнитное состояние изменяется по кривой. При удачном сочетании магнитных полей на стенде магнитное состояние корабля может прийти в близкое к нейтральному магнитное состояние (точка ).

1 – контур постоянного тока;

2 – контур переменного тока;

3 – ограждающий буй

Как правило, при электромагнитной обработке на таких станциях одновременно компенсируется постоянное вертикальное и постоянное продольное намагничивание, Другие виды намагничивания не устраняются.

Итак, положительной стороной безобмоточного размагничивания является то, что корабль не несет никаких обмоток, для которых потребовались бы источники питания и щиты управления. При этом, данный метод не универсален.

Основными недостатками без обмоточного размагничивания корабля является:

1. Невозможность компенсации курсовых и широтных изменений поля корабля.

2. Необходимость периодически повторять магнитную обработку ввиду недостаточной стабильности результирующего поля.

3. Необходимость после каждой обработки производить определение и устранение девиации магнитных компасов.

Обмоточное размагничивание

Обмоточное размагничивание предусматривает компенсацию магнитных полей корабля полями от стационарных обмоток, питаемых током от специальных источников. Совокупность системы обмоток, источников питания, а также аппаратуры управления и контроля составляет размагничивающее устройство (РУ).

РУ рассчитывается так, чтобы магнитное поле, создаваемое током, протекающим по обмотке, представляло в любой момент времени зеркальное отображение собственного магнитного поля корабля, т. е. в каждой точке под кораблем было равно полю корабля по величине и противоположно по знаку.

РУ впервые разработаны группой сотрудников ЛФТИ АН СССР во главе с академиком А. П. Александровым (И. В. Курчатов, Л. Р. Степанов К. К. Щербо и др.). Размагничивающее устройство позволяет компенсировать магнитное поле корабля с учетом курсовых и широтных изменений.

Размагничивающее устройство состоит из нескольких самостоятельных обмоток различного назначения.

1. Для компенсации напряженности поля от вертикального постоянного намагничивания служит основная горизонтальная обмотка. Направление тока в этой обмотке подбирают так, чтобы ее магнитное поле было противоположно полю от вертикального постоянного намагничивания (рис. 13).

На рис. 13 показано, что магнитное поле обмотки (кривая ) равно по напряженности, но противоположно по знаку собственному полю (). Эта обмотка принято называть главной потому, что с её помощью компенсируется самая значительная (вертикальная) составляющая. Подобранный для этой обмотки режим тока в дальнейшем не изменяется, а остается постоянным на всех курсах и на любой широте.

Для компенсации вертикальной составляющей продольного намагничивания применяют носовую и кормовую обмотки (рис. 14,а).

2. Вместо указанных обмоток можно применить шпангоутную обмотку (рис. 14, б), Действие этой обмотки более эффективно по сравнению с носовой и кормовой постоянными обмотками. При этом установка ее связана с большими трудностями.

3. Поле от поперечного постоянного намагничивания компенсируется полем батоксовых постоянных обмоток, которые соединяются последовательно и крепятся на правом и левом бортах судна (рис. 15). Для компенсации этого поля достаточно задать в обмотках определенный и одинаковый режим тока.

Сложнее компенсировать индуктивные составляющие намагничивания. Для этой цели в размагничивающее устройство входят регулируемые обмотки: широтная, курсовые шпангоутные обмотки и батоксовые курсовые обмотки.

4. Широтная обмотка предназначена для компенсации поля от вертикального индуктивного намагничивания. Расположение этой обмотки и распределение составляющих напряженности ее магнитного поля такие же, как у основной горизонтальной. По этой причине отдельную широтную обмотку можно не устанавливать, а использовать несколько секций основной горизонтальной обмотки, вводя в цепь их питания приспособления для регулировки тока.

Ток в широтной обмотке регулируется пропорционально синусу магнитного наклонения (магнитной широты).

Курсовые шпангоутные обмотки служат для компенсации поля от продольного индуктивного намагничивания и размещаются аналогично обмоткам для постоянного продольного размагничивания. Поскольку напряженность поля от продольного индуктивного намагничивания корабля изменяется пропорционально косинусу магнитного поля, то для компенсации этого поля крайне важно изменять режим тока в обмотке также по закону косинуса. По этой причине эти обмотки называют шпангоутными курсовыми (рис. 14, б).

Батоксовые курсовые обмотки используются для компенсации поля от поперечного индуктивного намагничивания, их располагают последовательно по обоим бортам судна, параллельно постоянным обмоткам. Регулировка силы и направления тока производится пропорционально синусу угла магнитного курса.

Дополнительные обмотки устанавливаются как для компенсации корабля на отдельных участках его, так и для компенсации магнитных полей мощных корабельных электроэнергетических и других установок.

Основным достоинством обмоточного размагничивания является возможность компенсации курсовых и широтных изменений магнитного поля корабля, что обеспечивает большую степень защиты кораблей от неконтактного магнитного оружия и большую их скрытность.

Недостатками РУ являются: большая стоимость, расход дополнительных материалов, утяжеление корабля и значительный расход энергии.

Размагничивание корабля - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Размагничивание корабля" 2017, 2018.

Корпуса кораблей, мачты, надстройки, вооружение и механизмы изготовляются из стали, железа, чугуна и других металлов, обладающих свойствами намагничиваться в магнитном поле Земли и создавать в окружающем их пространстве свое магнитное поле. Вследствие намагничивания в магнитном поле Земли сам корабль становится как бы большим магнитом, магнитное поле которого накладывается на магнитное поле Земли. В результате система стрелок магнитного компаса, установленного на корабле, оказывается одновременно под воздействием сил земного магнитного поля и магнитного поля корабля. Следствием этого является отклонение системы магнитных стрелок компаса от направления магнитного меридиана. Это отклонение в зависимости от направления равнодействующей всех сил, которые действуют на стрелку компаса, может произойти к востоку или к западу от магнитного меридиана.

Вертикальная плоскость, в которой расположится стрелка компаса, установленного на корабле, называется плоскостью компасного меридиана. Явление отклонения стрелки компаса от плоскости магнитного меридиана под влиянием магнитных полей корабля и его устройств получило название девиации магнитного компаса. Девиация магнитного компаса измеряется углом между плоскостью магнитного меридиана и плоскостью компасного меридиана. Девиация обозначается греческой буквой д (дельта). Если плоскость компасного меридиана расположена правее плоскости магнитного меридиана, девиация будет восточной (Оst) и тогда ей приписывается знак плюс, если плоскость компасного меридиана расположена левее плоскости магнитного меридиана, девиация будет западной (W) и ей приписывается знак минус. Девиация магнитного компаса может принимать значения от 0 до 180° в зависимости от магнитного состояния корабельного железа и его расположения относительно стрелки компаса.

Кроме магнитных полей корабельного железа, на кораблях имеется много источников электромагнитных полей: электропроводка, генераторы, электромоторы и др.

Девиация магнитного компаса, появляющаяся под действием магнитных полей проводников, находящихся под током, генераторов, электромоторов и различного электрооборудования корабля, называется электромагнитной девиацией.

Для уменьшения влияния на компас корабельного железа все части компаса делаются из немагнитных материалов, сам компас устанавливается на корабле по возможности дальше от его металлических частей, а близкие к компасу устройства стремятся сделать из немагнитных материалов. При установке компаса на корабле принимаются меры и к тому, чтобы поблизости не было источников электромагнитных полей.

Девиация магнитного компаса периодически уменьшается (компенсируется). Для этого в непосредственной близости от стрелок компаса помещаются специальные магниты и мягкое железо в виде шаров, брусков, пластин, которые создают магнитные поля, равные полям от корабельного железа, но по направлению им противоположные. В результате компенсации девиации стрелка компаса должна возвратиться в плоскость магнитного меридиана, но обычно полностью скомпенсировать магнитные поля не удается; значит, не удается и полностью уничтожить девиацию. У компаса после компенсации остается девиация, называемая остаточной, которая тщательно определяется по величине и знаку и затем учитывается при обработке направлений, измеряемых с помощью магнитного компаса.

Электромагнитная девиация компенсируется путем регулировки силы тока в специальных компенсационных катушках, располагаемых внутри нактоуза компаса под его котелком. Способы компенсации девиации магнитного компаса и определения остаточной девиации подробно излагаются в курсе «Девиация магнитного компаса».

Девиация магнитного компаса не остается постоянной, а изменяется от ряда причин: изменения кораблем магнитной широты, изменения магнитного состояния корабля, т. е. степени его намагниченности, и от положения корабля относительно направления магнитных силовых линий (от курса корабля).

По результатам, определения остаточной девиации, которая у правильно установленных компасов не превышает, как правда, 2--5°, составляются для всех корабельных магнитных компасов таблицы и графики девиации. Образец такой таблицы приводится ниже.

Таблица девиации главного магнитного компаса

	Компасные курсы

В таблицах величины девиации магнитного компаса приводятся на компасные курсы. Для различных состояний корабля (с выключенным СУ, включенным СУ) рассчитываются отдельные таблицы девиации.

Необходимо.отметить, что как бы хорошо ни была определена девиация и как бы тщательно ни была определена остаточная девиация магнитного компаса, она по указанным ранее причинам с течением времени изменяется. Поэтому, кроме периодических определений остаточной девиации и составления рабочей таблицы, необходимо использовать всякую возможность для уточнения девиации, чтобы получить уверенность в правильности табличных данных или ее отдельных значений.

Размагничивание - это процесс уменьшения намагниченности различных металлических предметов.
Размагничивание требуется в различных областях техники.

__
На производстве при работе с инструментами неудобно пользоваться намагниченными отвёрткой или пинцетом, маленькие гайки и шайбы "прилипают" к инструменту.

При обработке изделий на станках необходимо, чтобы металлическая деталь не перемещалась вслед за движущимися устройствами станков и агрегатов.

Основным способом размагничивания является воздействие на намагниченный предмет переменным магнитным полем с уменьшающейся амплитудой. Иногда размагничивают материалы и с помощью нагрева до определенной высокой температуры.

Корпуса кораблей, технические средства, вооружение, построенные из ферромагнитных материалов, находясь в магнитном поле Земли, намагничиваются.

Намагничивание корабля складывается из:
1) намагничивания , которое приобретается кораблем во время его постройки или длительной стоянки, корабль становится « постоянным магнитом »;
2) намагничивания, которое приобретается кораблем в данный момент времени в зависимости отвеличины и направления магнитного поля Земли. Оно непрерывно изменяется с изменением магнитного поля Земли и исчезает, если магнитное поле Земли в точке нахождения корабля становится равным нулю. Так корабли приобретают собственные магнитные поля.

Постоянное намагничивание снимается на специальных береговых или других мобильных стендах, а намагничивание, полученное же в результате действия магнитного поля Земли компенсируется с помощью размагничивающего устройства, установленного на самом корабле.
___

Корабли с намагниченным корпусом притягивают плавающие металлические предметы, а ими могут стать и морские мины. Компас корабля начинает давать ошибочные показания, принимая магнитное поле корабля за магнитное поле Земли. Поэтому с целью защиты от морских мин и для увеличения точности показаний магнитного компаса как надводные, так и подводные корабли подвергают размагничиванию.
___

Первые неконтактные магнитные мины появились еще в 1919 г. В таких минах железная стрелка поворачивалась под влиянием магнитного поля плывущего неподалеку корабля и замыкала контакты взрывателя. Для таких мин даже не нужно было касания корпуса корабля!
___

В 30-х годах 20-го века наши ученые предложили «размагничивать» корабли.
В 1937 г. в России были проведены первые удачные опыты по размагничиванию судов в Кронштадте.
В 1939 г. осуществлено успешное плавание размагниченного корабля «Выборного» над магнитными минами в Онежском озере.
В 1941 г. произошел переход к стационарному оснащению кораблей размагничивающими установками (токонесущими обмотками, нивелирующими намагниченность корпуса).
___

Во время Великой Отечественной войны большое значение имело размагничивание подводных лодок, которое в обязательном порядке проводилось перед выходом их в море. Каждая лодка имела специальный паспорт, в котором отмечалось состояние ее магнитного поля. Размагничивание спасло от гибели не одну подводную лодку

Принцип размагничивания подводной лодки состоит в следующем. Размагничивающее устройство состоит из нескольких (3 или 4-х) обмоток.

По каждой обмотке пропускается постоянный ток такого направления и такой величины, чтобы создаваемое им магнитное поле было равно и противоположно направлено одной из составляющих магнитного поля лодки.

Знаете ли вы?

Магниты и головной мозг

Физиологи обнаружили, что использование магнитного поля способствует развитию головного мозга у взрослых, стариков и у детей.
Исследователь Фортунато Батталья из университета Нью-Йорка, проведя опыты, обнаружил, что воздействие магнитных полей приводит к росту новых нейронов в областях головного мозга, отведённых под память и обучение. Магнитная стимуляция мозга уже давно используется для лечения депрессии, шизофрении и последствий инсультов, когда магнитные поля возвращают пострадавшим речь. Если новые исследования подтвердятся, то перед врачами откроются новые перспективы лечения различных болезней (например, болезни Альцгеймера, которая сопровождаются массовой гибелью нейронов мозга) и корректировки возрастных изменений памяти.

Любознательным

Белые облака

Почему облака в основном белые, а не голубые, как небо? Почему грозовые тучи черные?

Оказывается...
Рассеяние света на объектах, много меньших длины волны видимого света, описывается рэлеевской моделью рассеяния. Размеры водяных капель в облаке обычно больше, и свет просто отражается от их внешней поверхности. При таком отражении свет не разлагается на составляющие цвета, а остается белым. Очень плотные облака кажутся черными потому, что они пропускают мало солнечного света - он либо поглощается каплями воды в облаке, либо отражается вверх.