Как быстро построить корабль?
Кому не знакомы фразы: «. Был заложен на стапеле тогда-то, спущен на воду тогда-то. » Никакого представления о сроках строительства они по большому счёту не дают.
Когда я бывал на ремонтах в Турции, в той же Тузле недалеко от Стамбула, то видел стапели в виде спускающейся к воде дорожки из рельсов, на которых на тележках-кильблоках возвышались корпуса собираемых судов. И метрах в десяти от борта с каждой стороны заборы, отделяющие одно предприятие от другого. Параллельно стапелю проложены рельсы, по которым ездит козловой кран, перемещающий привозимые откуда-то детали корпуса. Выглядит это всё вот так, видите сколько разноцветных кранов с названиями различных предприятий на них:
Красными стрелками обозначены строящиеся суда. Как только оно сможет держаться на плаву, его спустят на воду и достраивать будут уже у причала, а на стапеле «заложат» новое или затащат для ремонта какого-то его старшего собрата. Так что спуск на воду отнюдь не окончание строительства.
Работа такого крана обходится в 30 000$ в сутки. Три тысячи тонн конструкции перемещаются на дистанцию примерно километр около часа. После сборки мегаблоков в одно целое, судно всплывает, его ставят к достроечной стенке, а док готов к приёму мегаблоков следующего гиганта. Такой метод сборки позволяет полностью построить супертанкер за полтора года. Стоит он более 200 миллионов долларов.
Но танкер в принципе не столь сложен в постройке, как например линкор. Да при современных технологиях к тому же. А что же с линкорами? Чемпионом был знаменитый «Дредноут», давший начало новому классу кораблей.
Официально заложен 2 октября 1905 года, а вот этот снимок сделан 4 октября, через два дня:
Если мы уж заговорили о подводных лодках, то стоит вспомнить скорость, с какой они «выпекались» ввторую мировую войну в Германии. Не самое простое сооружение, тем не менее в конце 1940 года в достройке было 238 лодок, 41-го 428, 42-го 548, 43-го 574, 44-го 662, так что немцы таки приблизились к средней цифре строительства 1 лодки в два дня. Блочное строительство, увеличение количества слипов со 120 до 300, привлечение судостроительных мощностей оккупированных стран.
Строительство лодок в Бремене:
Эти так и недостроили. Сколько труда и средств было потрачено впустую!
Первый транспорт этого типа сошёл со стапеля 27 сентября 1941 года. строился 245 суток. Но уже 20-е судно от закладки до сдачи находилось в работе 120 суток, 50 е – уже 58.
Однако им была уготована гораздо более долгая жизнь, чем запланированные пять лет. После войны они ходили под флагами многих государств до 60-х годов. В СССР по ленд-лизу попали 40 таких судов, позже разными путями ещё 13 «Либерти».
Надо бы упомянуть и самые долгостроившиеся суда, но это в другой раз:) По большому счёту всё упирается в деньги, чего тут не понять?
Свою первую парусную яхту петербургская компания Kompan Marine построила почти 30 лет назад. Сегодня это одна из самых известных в стране частных верфей. Более того, продукция Kompan Marine – яхты и моторные лодки – хорошо экспортируется, что для отечественного судостроения редкость. О том, как бизнес, созданный в беспокойные 1990-е, смог окрепнуть, какие новации помогли завоевать покупателей и почему Kompan Marine строит суда из полимерных композитов, «Нефтехимии РФ» рассказал Александр Тараненко – основатель и главный конструктор компании.
С чего началась история Kompan Marine?
По основному образованию я инженер систем управления и сначала работал по этой специальности. Но в 1990-х институт, в котором я трудился, столкнулся с типичными для того времени проблемами: денег нет, специалисты уходят. Кто-то подался в бизнес, кто-то стал чиновником, а я решил заниматься тем, что мне больше всего нравилось. Я очень серьезно занимался парусным спортом, был даже в составе сборной СССР. Однажды мои иностранные коллеги предложили строить яхты из композитных материалов на экспорт. Так была основана наша компания.
А на внутренний рынок вы не пробовали работать?
На внутренний рынок мы вышли только в 1997 году, но он именно тогда и начал формироваться.
Изначально вы строили парусные яхты. Сегодня производите также катера необычной конструкции. В чем их особенность?
В 2003 году мы расширили свой модельный ряд и помимо яхт начали делать моторные катера класса RIB (Rigid Inflatable Boat, то есть жестко-надувная лодка. – Прим. ред.). Их основные особенности – это надувные борта, которые обеспечивают высокую «живучесть» в море, и плоское композитное днище, позволяющее достигнуть высокой скорости при правильном выборе мотора. Такие катера оказались востребованы у моряков, которые занимаются рыбным промыслом на Севере и Дальнем Востоке.
Пытались мы заинтересовать нашими катерами и российских военных, которым они были необходимы, в том числе для совместных учений с флотами стран НАТО, где использование таких судов является обязательным при решении ряда задач. Однако в то время флот выбрал более дешевые лодки, которые имели лишь отдаленное отношение к современным военным RIB-катерам. Сейчас по понятным причинам интерес к ним пропал совсем.
Почему в качестве основного материала для своих судов вы выбрали композиты на основе пластика?
Это не мы выбрали, это глобальный тренд – мировое судостроение переходит на композиты с середины ХХ века. Моими первыми учителями в деле их применения стали специалисты фирмы Hunter Marine (крупная американская верфь, основным направлением деятельности которой является создание круизных яхт. – Прим. ред.).
Внедрение полимерных композитов в нашей сфере началось где-то в середине ХХ века. Интерес к ним объясняется просто: из этих материалов можно серийно производить корпусные детали практически любой формы. Правда, вначале технологии были далеки от совершенства. Но помогло то, что смена генераций в этой области происходит не так, как с металлическими корпусами. Новые металлы внедряются примерно раз в 60 лет, полимерные композиты – каждые 2–3 года.
Неудивительно, что при такой скорости развития к настоящему моменту новые материалы практически по всем свойствам обогнали аналоги. Например, корпусная композитная деталь при сопоставимой толщине и прочности сейчас весит в семь раз легче стальной. Если же говорить об алюминии, то он также будет проигрывать композитному аналогу по обеим характеристикам: и весу, и прочности. В результате падает стоимость эксплуатации, а мореходные качества улучшаются. Но наверняка для многих клиентов верхом надежности остаются корабли с металлическим корпусом.
Как вы их переубеждаете?
Придумали простой аттракцион, который действует на всех скептиков безотказно. Мы даем потенциальному заказчику кувалду и три одинаковые корпусные детали, выполненные из стали, алюминия и полимерного композита. А потом просто предлагаем ударить кувалдой по каждой из деталей и провести, что называется, разведку боем. Здесь заканчиваются все сомнения – композит побеждает.
Как выглядит на практике изготовление корпусных деталей судов из композитов?
Наша верфь производит трехслойные конструкции, которые имеют сотовую структуру. В отличие от менее совершенных пенопластовых вариантов они позволяют нам делать различные толщины наружных и внутренних оболочек корпуса, что дает лучшие эксплуатационные характеристики.
В начале процесса мы в определенном направлении выкладываем углеродные, стеклопластиковые или кевларовые волокна. Затем идет сердцевина, а затем – третий слой, аналогичный первому. Следующим шагом у нас проходит откачка воздуха из рабочей области и подача смолы, заполняющей все полости конструкции. Происходит это при повышенной температуре. На завершающей стадии идет процесс полимеризации. В результате мы получаем деталь необходимой гидродинамической формы.
Вы используете российское сырье?
Еще недавно практически совсем не использовали. Однако теперь мы уже почти полностью перешли на отечественные армирующие материалы. Исключение составляет лишь кевлар, который у нас не производится. Полимеры мы пока используем французские, поскольку в России еще не сложился рынок сырья, заточенный под судостроение. Но я уверен, что при формировании спроса на эпоксивинилэфирные смолы наша нефтехимическая промышленность сможет запустить их производство в необходимых объемах. Мы мониторим рынок и готовы рассмотреть все новинки.
Такая ситуация возможна?
Вполне. Мы очень плотно работаем с Объединенной судостроительной корпорацией, обсуждается внедрение композитных материалов в большое судостроение – это как раз может дать необходимый спрос. Самостоятельно наша компания пока не готова к производству корпусов крупных кораблей, но мы можем запустить у себя процесс изготовления различных элементов надстройки. Уже в ближайшее время мы рассчитываем открыть заказы. При всей консервативности отечественного судостроения мы верим в успех.
Какова доля композитов в ваших кораблях?
Доля композитов в корпусных деталях наших кораблей приближается к 100% – металл мы используем разве что в качестве крепежа.
А как широко такие материалы могут применяться в большом судостроении?
Во многих странах, например в Китае, сегодня уже массово применяются композиты в большом судостроении. Из них делают палубы, крышки грузовых люков, надстройки. О Китае я упомянул, поскольку в этой стране хорошо развито производство сотовых полипропиленов: заводы Поднебесной ежегодно «выстреливают» новым сюрпризом в плане расширения марочного ассортимента. Думаю, что и мы могли бы успешно двигаться в этом направлении.
Ваша компания сотрудничает с российскими конструкторскими бюро?
Без ложной скромности могу сказать, что многие сотрудники отечественных конструкторских бюро у нас даже учатся. Дело в том, что еще с 1990-х годов мы занимаемся инженерным проектированием на компьютерах и накопили опыт, которым можем делиться. Так что в бассейн с модельками для проверки характеристик корпусов мы давно не ходим и советуем другим судостроителям отказываться от дедовских способов.
Как судостроение может измениться в ближайшем будущем?
Я думаю, что следующим шагом станет 3D-печать корпусных деталей. Уже появились термопласты, способные заменить собой стандартные связующие. К подобным переменам в индустрии нам нужно готовиться, поскольку развитие технологий идет очень быстрыми темпами. Если проморгать новинку, будет тяжело догнать конкурентов.
Всегда ваши, команда Химиков)
Предприниматель из Новосибирска, решивший превратить хобби в успешный бизнес, и государственная корпорация, открывшая для себя новое направление работы. Что их связывает? В обоих случаях речь идет о применении в судостроении перспективных материалов – полимерных композитов.
Когда-то СССР был одним из лидеров мирового судостроения, причем не только традиционного, но и инновационного: советские конструкторы шли в ногу, а иногда вовсе опережали конкурентов. Теперь многое приходится восстанавливать. Однако интерес к современным технологиям растет как у крупных игроков, создающих большие военные и гражданские корабли, так и у новичков, специализирующихся на малых катерах и лодках.
Бизнес как увлечение
Почти все в его лодке сделано из пластика. Чтобы уменьшить число швов на корпусе, сначала листы полиэтилена сворачивают в трубы и сваривают между собой, затем по чертежам вырезают на станке детали. Для усиления транца (плоского среза кормовой части) и для настила используется фанера. Производство таких лодок – это новый бизнес Владислава Матюшина. «По весу они разные: от 60 до 600 кг. Вместимость может достигать шести человек», – говорит он.
Одно из преимуществ пластиковых катеров и лодок – они лучше скользят по воде. Имея малый коэффициент трения, легко передвигаются по мелководью и травяным зарослям, хорошо маневрируют. Кроме того, если с дерева тину приходится счищать щеткой, то полиэтиленовые борта достаточно протереть тряпкой.
ПЭВП имеет ряд свойств, которые объясняют его широкий диапазон применения. Например, устойчивость к окислителям, усадке при нагреве и охлаждении. Не нужны какие-либо особо сложные условия хранения, а покраска – только декоративная.
«Наши лодки предназначены для охоты, рыбалки, отдыха и путешествий, – говорит Владислав Матюшин. – Например, есть катер, изготовленный специально для горных рек – ему не страшны камни, а винт спрятан «внутрь», чтобы его было сложно погнуть».
Жизнестойкость подтверждена испытаниями. «При температуре –27 °С мы брали кусок полиэтилена, гнули его, ходили по нему, но он все равно сохранял форму. Цепляли лодку к машине и катали по снежному насту – ничего не происходило. Если вы что-то подобное сотворите с алюминиевой или деревянной лодкой, то придется ее чинить или выкидывать», – говорит предприниматель.
От самолета до корабля
Полимеры и полимерные композиты в судостроении часто называют материалами XXI века. Но в действительности их начали активно использовать еще в середине прошлого столетия, примерно тогда же, когда в авиации. Хотя в последнем случае процесс шел быстрее: вес авиалайнера имеет кратно большее значение, в небе борьба идет буквально за каждый грамм. Замена традиционных материалов (там, где это возможно) на пластики и композиты позволяет снизить расход топлива, увеличить дальность полета и грузоподъемность.
Из пластиков и композитов делают не только суда индивидуального использования (рыбацкие лодки, яхты, байдарки и т. д.), но и детали больших кораблей, например надстройки. Это конструкции, находящиеся выше верхней палубы (как правило, в них располагаются каюты, а в надстройках боевых судов – различные виды вооружений).
«Башни артиллерийских установок размещаются непосредственно на палубе и закрываются вместе со стволами стеклопластиковыми панелями. Стволы орудий находятся внутри стеклопластикового короба и выдвигаются только на период стрельб. В отдельных блоках, являющихся частью надстройки корабля, располагается радиолокационное оборудование, и использование ПКМ (полимерных композиционных материалов. – Прим. ред.) при их изготовлении обеспечивает полную интеграцию всех антенн систем радиолокации и связи», – приводит примеры Владимир Нелюб, директор межотраслевого инжинирингового центра «Композиты России» МГТУ им Н.Э. Баумана в своей статье о применении ПКМ в судостроении.
Как и в случае с авиацией, главное достоинство новых материалов здесь – малый вес при сопоставимых с конкурентами показателях прочности. Наиболее важно это качество для больших судов и военных кораблей, поэтому изначально полимеры и ПКМ использовались именно здесь. То, что процесс дошел до «индивидуального» сегмента – свидетельство его масштаба.
Во многом ускорил внедрение полимеров и ПКМ в судостроении Фолклендский конфликт 1982 года между Великобританией и Аргентиной. Он показал, что корабли, корпуса которых изготовлены из новых материалов, существенно менее уязвимы для противника. Они имеют низкое инфракрасное и оптическое излучение и поэтому остаются незамеченными противником. «Такие решения получили название Stealth-технологии», – отмечает Владимир Нелюб.
В нашей стране первые корабельные надстройки из ПКМ начали устанавливать не на боевых, а на научно-исследовательских кораблях, например на судне «Изумруд». Его построили, в том числе, для испытания новых материалов в различных условиях – «Изумруд» ходил в полугодовые рейсы в тропики.
«Было много интересного, и к себе мы чувствовали интерес: своими глазами видел английскую газету с сообщением: «Сегодня через Гибралтарский пролив прошло новое советское шпионское судно «Изумруд», – вспоминал в одном из своих интервью Евгений Сентюрин, участник проекта, начальник сектора Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ) по органическим стеклам и технологиям их применения.
«В СССР композиционное судостроение было широко развито. Впереди всей планеты шли в ряде областей. Даже Великобританию опережали, владычицу морей», – говорит Михаил Франц, директор инжиниринговой компании «Нептун-Судомонтаж». Потом, в 1990-х, по понятным причинам было не до прорывных разработок. Теперь приходится догонять.
Выбираем российское?
В апреле на Средне-Невском судостроительном заводе (входит в состав ОСК) торжественно спустили на воду тральщик «Иван Антонов» с корпусом из монолитного стеклопластика – третий корабль проекта 12700 «Александрит». Такие суда должны составить основу минно-тральных сил всех флотов. «Они стали первой крупной серией для корабелов», – заявил президент ОСК Алексей Рахманов. Он подчеркнул, что выполнение разовых заказов увеличивает риски для экономики заводов и российские кораблестроители сегодня как никогда нуждаются в серийном строительстве. Но пока даже для лидеров отрасли это скорее исключение, чем правило.
Еще одна проблема – доступ к качественному сырью. В России есть несколько производителей, выпускающих стекловолокно, например «Стеклонит» или UMATEX Group (входит в госкорпорацию «Росатом»), и есть несколько иностранных компаний, поставляющих свою продукцию.
«По углетканям ситуация сложнее. Они используются преимущественно в военных проектах. Раньше ткани были исключительно иностранными. В прошлом году у нас началось производство углеродного волокна на современном заводе в Елабуге. Но нужно время, чтобы провести испытания, получить сертификаты, которые позволяли бы использовать наш материал при изготовлении судов», – говорит Виктор Малецкий, эксперт по текстильным структурам UMATEX Group. Этот этап займет год-два, его еще только предстоит пережить.
Также необходимы качественные связующие материалы. Обычно в большинстве отраслей промышленности для создания композитных деталей используются в первую очередь эпоксидные смолы. «Но мы выпускаем углеродное волокно с замасливателем. Это как грунт для краски. В прошлом году был разработан замасливатель для винилэфирных смол, которые применяются в судостроении. У них есть ряд преимуществ по сравнению с эпоксидными: они немножко дешевле, лучше устойчивы к воздействию воды. Чем больше размер корабля, тем выше расход связующего. Этот вопрос очень важен», – отмечает Виктор Малецкий.
Дефицит сырья для композитов может быть проблемой, но помогает импортозамещение
Дефицит импортного сырья может стать огромной проблемой. Он приводит в качестве примера авиастроение. В отрасли раньше использовались материалы иностранного производителя, преимущественно компании Porcher. Но после начала санкционной кампании стран Запада поставки необходимого сырья в Россию прекратились, а замены ему на рынке не было. Отрасль оказалась на грани кризиса. В судостроении проблемы те же, хотя, учитывая объемы потребления, вопрос пока так остро не стоит.
«Но может оказаться так, что завтра вы придете на работу делать свою лодку, а делать будет не из чего. Не потому, что не смогли купить, а потому, что не продают. Это очень неприятная ситуация. Решить ее может только импортозамещение – это не лозунг, а реальность. И в этом смысле санкции нам, можно сказать, помогают», – говорит Виктор Малецкий.
От Северной Европы до Дальнего Востока
Когда-то корабли делали только из дерева. Потом в судостроении наступил «железный век». Сегодня сложно сказать, что какой-то один материал доминирует – есть нюансы, влияющие на возможность использования того или иного решения.
«Например, стальные судна небольшого размера, до 15 м в длину, будут очень тяжелыми. По своим характеристикам они сильно проигрывают композитным», – говорит Владимир Чулков, технический директор компании «Псковская лодочная верфь». По своим характеристикам наиболее близок к ПКМ алюминиевый сплав. Но судно из такого материала, как правило, стоит дороже, поскольку оно более трудоемкое в производстве. «Кроме того, композит позволяет воспроизводить сложнейшие формы всех корпусов или рубок. Из алюминия или стали зачастую невозможно делать такие формы», – говорит Владимир Чулков.
Процесс производства выглядит следующим образом. Сначала делают матрицу – форму будущего изделия. Это самый сложный этап: матрица должна быть предельно точной, она будет использоваться многократно. В форму (кстати, тоже композитную) укладывается стеклоткань и пропитывается полиэфирной смолой с отвердителями. Можно использовать углеволокно, но оно стоит в 15–20 раз дороже. «Этот материал применяется только там, где, помимо большой прочности, нужна высокая жесткость, в некоторых деталях надстроек, например», – говорит Виктор Малецкий.
Когда все застынет, деталь готова. Ее свойства во многом зависят от качества несущего материала. Правильный корпус должен состоять из стекло- или углепластика, но некоторые производители для снижения цены внедряют в состав МДФ (материал из древесной стружки). Это приводит к сокращению времени службы, а правильные суда могут эксплуатироваться 50 лет и более.
Срок изготовления детали зависит от ее размера. «Например, корпус 8-метровой или 10-метровой лодки формуется за день. Сегодня это жидкая смола и стеклоткань в рулонах, а завтра – практически готовая лодка», – говорит Владимир Чулков. Главная сложность – добиться хорошей агдезии (то есть соединения) друг с другом слоев стеклопластика в детали.
Формовка происходит послойно, предыдущие слои нужно тщательно зашкурить перед следующим этапом. К сожалению, нарушение технологии выявить сложно – только инструментальными методами, ни осмотр, ни простукивание не помогут.
Конструкции крупногабаритных панелей чаще всего делают трехслойными: два тонких несущих слоя и сотовый заполнитель (например, пенополистирол). В состав «начинки» могут вводиться различные наполнители (от каучука до графита), что позволяет на выходе получать материалы с разными характеристиками (например, акустическими или теплоизоляционными).
Области применения новых материалов в судостроении самые разные. «Например, в 2000-х была разработала технология металлокомпозита для изготовления надстроек скоростных катамаранов. Она позволила получить легкие и прочные конструкции, близкие к качествам авиационного фюзеляжа, но при этом дешевые. Была такая обширная программа при московском мэре Юрии Лужкове: планировалась постройка порядка 50 судов. В итоге был построен, правда, только опытный образец, но он находится в эксплуатации до сих пор и очень хорошо себя показал», – говорит Михаил Франц.
Сейчас в работе инжинирингового центра «Композиты России» и компании «Нептун-Судомонтаж» новый проект, связанный с созданием скоростных судов для рек Сибири и Дальнего Востока. Не секрет, что в России целый ряд удаленных районов имеют надежную связь с Большой землей только в период навигации.
Между тем условия эксплуатации на боковых и малых реках Сибири и Дальнего Востока являются сложными: габариты судового хода имеют глубину до 1,25 м, ширину – до 29 м. К этому можно добавить большое количество перекатов, существенные колебания уровней воды на разных участках, высокие скорости течения. Таких кораблей чрезвычайно мало.
Именно для этих условий прорабатывается проект скоростного катамарана – однопалубного двухкорпусного судна с кормовым расположением машинного отделения. Строить корабль предлагается из высокопрочных сталей (корпус) и полимерных композитов (все верхние строения). В качестве примера такого сочетания могут служить конструкции скоростных судов датской верфи Danish Yachts, в которых наряду с металлом широко применяется углепластик.
Все такие разные
Специалисты говорят, что суда, выполненные из разных материалов, отличаются друг от друга поведением на воде. Толщина борта из алюминия, как правило, тоньше, чем у пластика. Для судна малого размера это существенный фактор: управлять им, скорее всего, будет проще. Плюс ко всему производитель всегда говорит о том, какой мотор можно установить на конкретную лодку.
«В случае с небольшой лодкой привыкнуть к нюансам можно за несколько часов. Другое дело, если человек решил приобрести 15-метровый катер – тут, конечно, нужна тренировка. Не говоря уже о более серьезных судах», – говорит Артем Михайлов, преподаватель Центра морского права и владелец мастерской «Водомоторник».
Лодки и корабли из ПКМ, как правило, более ремонтопригодны, чем их аналоги. Но важно следовать рекомендациям производителя даже в том случае, если у вас совсем маленькая лодка. Понятно, что чем больше и дороже судно само по себе, тем больше внимания обычно уделяют его обслуживанию.
«Бывает, особенно у нас в России, что люди не особо следят за технической составляющей. В итоге может случиться все что угодно вплоть до того, что лодки разваливаются на ходу», – отмечает Артем Михайлов.
Кроме того, нужно грамотно подготовить судно к зимнему сезонному хранению. «Как минимум нужно укрыть ваше плавсредство от прямых солнечных лучшей, просушить. По опыту в 99% случаев неисправности возникают по вине владельца. Причем в основном именно из-за неправильного хранения, а не эксплуатации», – говорит Артем Михайлов. И это универсальный совет – один из немногих случаев, когда материал, из которого сделано судно, решающего значения вообще не имеет.
Всегда ваши, команда Химиков)