Испытание льдом: В Крыловском ГНЦ разрабатываются технологии будущего для освоения российской Арктики. Часть 2

Виртуальная Арктика. Тренажерный комплекс

Тренажерный комплекс математического моделирования операций управления ледовой обстановки позволяет моделировать морские операции в ледовых условиях любой сложности. При разработке и создании тренажера максимально использовались компоненты Российского производства. В состав комплекса входят два полномасштабных навигационных мостика, посты управления крановыми операциями, морскими операциями буксировки платформ, отгрузки нефти с платформы на танкер. На основе натурных и модельных испытаний созданы верифицированные математические модели движения судов и морских объектов, реалистическая математическая модель ледовой обстановки, позволяющая с максимальной степенью реалистичности моделировать поведение судов во льдах, преодоление торосов и буксировку айсбергов.   Среди основных возможностей тренажера: проведение исследовательского навигационного моделирования работы судов в портах или у отгрузочных терминалов в море; создание эффективных систем управления ледовой обстановкой на основе данных уникального комплекса физического моделирования морских операций в ледовом опытном бассейне; разработка и проведение учебных курсов совместно с ведущими учебными центрами России и экспертным сообществом

Александр Проняшкин, начальнк тренажерного комплекса:

— На сегодняшний день это уникальный тренажер с ледовой моделью, которая есть только в нашем Крыловском ГНЦ.  В Арктике, при выполнении морских операций или буксировки платформы (например «Приразломная») от опыта и навыков судоводителя зависит практически все.

Чтобы на арктических проектах был баланс между затратами, эффективностью и безопасностью, нужно на ранних этапах отрабатывать действия на тренажерах.

В мире есть всего три таких тренажера – один из них у нас, разработанный компанией Транзас, один — у компании Aker Arctic в Финляндии, и один у компании Kongsberg в Норвегии. Ледовая модель, которая используется в тренажере уникальна в том, что касается настройки и поведения модели. Это позволяет проводить навигационное моделирование и подготовку специалистов в соответствии с требованиями нового Полярного кодекса ИМО. Мы совместно с морской академией им. адм. Макарова будем проводить ледовые курсы для обучения специалистов с участием приглашенных экспертов. Опыт экспертов сочетается с нашей технологической базой, которую можно настроить и моделировать – в результате получается уникальный курс, который прошли уже более 150 опытных судоводителей от компаний Атомфлот, Газфлот, Mitsui и многих других. Также на базе нашего тренажера академия Макарова развернула площадку для сертифицирования в соответствии с требованиями ИМО.

Тренажер представляет собой единый программный комплекс с шестью капитанскими мостиками. В тренажере используется виртуальная модель взаимодействия трехмерных объектов в реальном времени, которые могут ломаться, плавать, биться об корпус и так далее.

Судну можно задавать навигационную задачу – тренажёр проложит маршрут, посмотрит прогноз, увидит все на радаре и АИС. Также можно моделировать морские операции – швартовку, загрузку нефти итд.

Операции с платформой «Приразломная» и Варандейским терминалом у нас смоделированы целиком на отдельном посте.

 Тренажеры позволяют полностью перезагружать и моделировать обстановку, менять модели судов, время суток, месторасположение. Имитировать ледовые проводки, перевалку нефти, торосы, ветер, течение.

В процессе имитации движения тренажером все операции записываются электронной системой. Также задаются целевые параметры – превышение скорости – скорость на повороте, ускорение. Можно задавать аварийную ситуацию, перегрузку двигателя – нужно чтобы пользователь среагировал вовремя соответствующим образом. Все расчетные параметры судна и параметры воздействия на судно фиксируются во времени в виде базы данных.

Все сессии, которые проходили у нас на тренажерах, хранятся в единой информационной базе. С компанией «Кронштадт» мы сейчас делаем систему управления ледовой обстановкой, при этом модели мы разрабатываем сами. Здесь очень важно получение обучаемыми навыка командного взаимодействия во время проведения операций, в том числе офшорных, и отработка поставленных задач.   

На данный момент мы ведем переговоры с такими компаниями как  Газфлот, Газпром, Совкомфлот, на предмет дальнейшего плодотворного сотрудничества.  

Испытание Льдом. Новый ледовый бассейн

Новый ледовый бассейн создавался с целью увеличения исследовательских возможностей лаборатории при сохранении всего ранее накопленного опыта в области проведения модельных исследований, проведенных на базе прежнего экспериментального стенда. В отличие от существующих ныне в мире ледовых бассейнов здесь предусмотрена возможность создания двух принципиально различных типов моделированного льда, которые позволяют наиболее точно воспроизводить эксплуатационные ледовые условия для различных объектов морской техники. Особое внимание при проектировании ледового бассейна было уделено возможности максимальной визуализации процессов взаимодействия льда с инженерными объектами. Для этого в дно и левый борт бассейна вмонтированы большие обзорные иллюминаторы, позволяющие проводить наблюдение за экспериментом из-под воды, снизу и с боку

Алексей Добродеев, начальник сектора испытаний ледотехники:

— Новый ледовый бассейн Крыловского ГНЦ является одним их самых больших в мире сооружений подобного типа и предназначен для исследований формы корпусов перспективных судов ледового плавания, их движителей, отработки различных тактик движения во льдах, а также изучения взаимодействия ледяных образований с опорными основаниями гравитационных и плавучих платформ для добычи нефти и газа.  Список возможностей новой лаборатории не ограничивается теми исследованиями объектов морской техники, что рассмотрены выше.

Уровень специалистов позволяет выполнять теоретические расчеты ледовых нагрузок и создавать или дорабатывать новые формы корпусов на ранних стадиях проектирования, а также исследовать сложные нестандартные объекты, такие как опоры мостов, причальные сооружения и технические устройства специального назначения.

Размер ледового поля, предназначенного для выполнения модельных испытаний, составляет 80 на 10 метров. Время создания такого поля – 2 суток. В первый день выполняется так называемый засев будущего ледяного покрова, его приготовление с требуемыми характеристиками по толщине и прочности льда, а во второй день сами испытания. Диапазон толщин ледяного покрова, моделируемого в бассейне, составляет от 15 до 100 мм. Максимальная длина модели крупнотоннажного судна – порядка 10 метров, а ширина – в пределах 1 метра. В основном глубина бассейна не превышает 2 метров, однако, есть еще глубоководная часть, которая составляет 20% длины – она составляет 4-5 м, и необходима для исследования плавучих оффшорных сооружений. В этом случае мы моделируем якорные связи будущих сооружений и исследуем ледовую нагрузку на эти объекты. При исследовании гравитационных сооружений, который должны устанавливаться на дно акваторий, мы используем модель искусственного дна, что позволяет исследовать не только нагрузку на эти сооружения, но и характер возникновения ледовых нагромождений возле опорных оснований

Особое внимание в бассейне хотелось бы уделить наличию подводных иллюминаторов, позволяющих наблюдать за экспериментом из-под бассейна. Благодаря им мы получаем важную для проектирования информацию о характере обтекания корпуса судна обломками льда и их взаимодействии с гребными винтами.

В ледовом бассейне предусмотрены две тележки – буксировочная и технологическая. Буксировочная предназначена для проведения эксперимента с моделью исследуемого сооружения, а технологическая используется для приготовления ледяного покрова, создания различных ледовых образований, таких как битый лед, торосы, ледяная каша, а также измерения физико-механических свойств льда. Способ проведения испытаний моделей судов заключается в буксировке их корпуса с работающими гребными винтами на заданной скорости во льду. Для морских сооружений реализуется принцип обращенного движения, когда модель будущей платформы буксируется через ледовые образования с моделируемой скоростью дрейфа льда. В реальных условиях их взаимодействие происходит иным образом – лед надвигается на сооружение. Существует еще целый ряд методик, позволяющих упростить подготовку эксперимента, а также повысить эффективность использования приготовленного ледового поля. Одна из них заключается в проведении испытаний моделей судов параллельными каналами. Таким образом, ледовое поле условно делится пополам по ширине бассейна и каждая из этих половин используется для эксперимента по исследованию, к примеру, ледовой ходкости и маневренности судна. Это возможно благодаря использованию, так называемых, ледовых скрепок, которые после прохода судна позволяют восстановить целостность ледяного покрова и тем самым для следующей серии испытаний восстановить условия сплошного ледяного покрова.

Аналогов ледового бассейна, расположенного в Санкт-Петербурге, не так уж и много. Один из них находится в Хельсинки, а другой в Гамбурге.  Есть еще несколько ледовых бассейнов, расположенных в разных уголках северного полушария Земли, однако опыт и возможности, находящиеся на одном уровне с нашими, присуще лишь этим двум исследовательским лабораториям.

Работа под давлением. Комплекс наземных гидробарических стендов

Комплекс предназначен для имитации погружения прочных корпусов подводной техники и забортного оборудования (например, глубоководных аппаратов для подводной нефтедобычи) в целях исследования их прочности и надежности. Комплекс позволяет имитировать погружение на предельные глубины Мирового океана. За период эксплуатации стендов проведено 1531 испытание, в период которых испытано около 10 000 штатных изделий, 13 обитаемых глубоководных аппаратов, среди которых Пайсис, Рифт, Мир, Консул, Русь и Бестер

Глеб Тумашик, начальник лаборатории прочности конструкций объектов подводной техники:

— В нашем Центре имеется несколько больших гидробарических камер, где мы можем поднимать давление для испытания конструкций или подводного забортного оборудования на те или иные виды нагрузок. ДК-1000 и ДК-600 это две наши самые большие камеры. Основная часть камер расположена под землей, камера уходит под землю на 30 метров. ДК-1000 диаметром 1,8 метра и 5,5 метра глубиной, в ней мы можем моделировать погружение объектов на 15 км при однократном погружении (выше, чем глубина мирового океана) и многократные погружения до 10 км. Камера ДК-600 имеет большие габариты, рабочий диаметр 3,2 м и глубина 9 м, но меньшие параметры по давлению, моделировать можно погружения 10 км однократные и 6 км многократные, когда объект несколько дней или даже недель стоит в камере, и при циклических испытаниях, когда нужно набрать определенный цикл погружений.

При испытании объект помещается в рабочую область, рабочая область закрывается крышкой, затем начинается процесс подъема давления.

Здесь мы испытывали подводные аппараты «Мир», «Русь консул», различные китайские аппараты. Также здесь мы испытываем забортное оборудование, модели, которые необходимы для разработки новых конструктивных решений, элементы подводных трубопроводных систем, проверяем новые материалы.

Все материалы, которые на сегодняшний день используются в   подводном кораблестроении, проходили испытания в составе опытных отсеков, которые испытывались в этих камерах. 

Сейчас мы с «Газпромом» прорабатываем испытания элементов подводных добычных комплексов. В данном случае возникают вопросы, связанные с внутренним давлением, с обсадными трубами. Испытания малогабаритных подводных аппаратов меньше 2 м, кроме наших камер провести больше негде.

К нам обращаются из разных стран. Также здесь, при необходимости, можно будет испытывать модели подводно-добычных комплексов. Можем проверить на предмет работоспособности – будет ли тот или иной механизм работать под действием давления. 

                    Испытание льдом. Часть 1

/PRO-ARCTIC/