Другая прорывная технология касается двигательно-движительного комплекса (ДДК). От правильного выбора принципа действия ДДК и его схемы расположения во многом зависит эффективность движения, маневренность гидроплана, его надежность и живучесть. Повышение пропульсивных показателей водометных движителей позволит им конкурировать с винтовыми, если при этом удастся сохранить такие преимущества водометов, как пониженный уровень шумоизлучения и вибраций, и убрать такие недостатки гребных винтов, как волнообразования (выброс вращающейся струи), незащищенность рабочего органа движителя ото льда и других плавающих объектов, и низкие маневренные качества. Проведенные исследования [4,5] по повышению пропульсивных качеств водометов показали, что они вполне способны конкурировать с винтовыми движителями. Достигается это путем отбора жидкости из пограничного слоя через щелевые отверстия по периметру АГП, расположенное, как это показано на рис 6, нормально к набегающему потоку на стыке горизонтального участка корпуса и кормового подзора, имеющего угол наклона ψ = 12–13,5°.
Предлагаемый способ отбора жидкости приводит к перераспределению гидродинамического давления по наружной поверхности АГП, созданию подъемной силы Жуковского, действующей в направлении движения, к уменьшению толщины пограничного слоя и общего сопротивления АГП.
По виброакустическим параметрам предложенное устройство также обладает рядом преимуществ по сравнению с винтовым движителем, а именно, осевой насос, расположенный внутри обтекателя, и его рабочее колесо закреплено на валу между двумя опорными подшипниками, поэтому уровень вибраций ниже, чем у гребного винта. Кроме этого, в водоводе движителя может быть размещено шумопоглощающее устройство, что для гребных винтов не осуществимо. Использование в осевом насосе лабиринтового уплотнения позволит расширить диапазон частот вращения насоса в безкавитационном режиме, который с ростом глубины плавания исключается вообще.
Поскольку предлагается использовать осевой насос, то в этом случае можно существенно увеличить частоту вращения вала и осуществить безредукторную передачу энергии от двигателя к движителю. А для гидроплана получить значительный выигрыш не только за счет размеров главного упорного подшипника, но, главным образом, за счет МГХ гребных электродвигателей, которые должны быть погружными двигателями переменного тока [6] с частотой вращения 50 об/с.
Как показали исследования, предложенная компоновка позволяет повысить также гидродинамическую эффективность движителя за счет специальных устройств, размещаемых в водоводе, а именно вихрегенераторов.
Тепловой аккумулятор - биологическая защита
Следующей важнейшей инновацией, дающей преимущества модульной ЯЭУ, является применение теплового аккумулятора - биологической защиты (ТА-БЗ), который исключает применение АБ – 162,9 т, ДГ- 13,7 т, обратимых преобразователей – 24 т, железоводной защиты – 350 т. Только по этой причине на 627,9 т снижается масса, повышается надежность, экономичность ЯЭУ, и обеспечивается форсажный режим движения АГП: 41 узел в течение 72 мин; а при сброшенной аварийной защите АГП на скорости экономхода (10 уз) может двигаться в течение
11 ч. 19 мин. Компактность БЗ и всей установки обеспечивается принципами совмещения в одном элементе нескольких свойств и подбора наилучшего материала. В качестве поглотителя нейтронов используется фториcтый литий с высокой поглощающей способностью - 71 барн, температурой плавления - 870 °С, представляющий собой порошкообразный химически пассивный материал с небольшой плотностью 2,6 г/см
3, высокой теплоемкостью
Ср= 58,67 Дж/моль
∙К
(при 700°С)
и хорошей теплопроводностью 14,2 Вт/(м∙К) (при 26 оС). Суммарная масса ТА-БЗ составила 35,42 т, из которых 27,38 т – масса фторида лития, а 8,04 т – суммарная масса термоэлектрических нагревателей и резервных парогенераторов. Суммарная масса всей МЯЭУ составила 116 т [17].
Преимущества МЯЭУ
Предложенные конструктивные решения позволят МЯЭУ приобрести модульность, высокую ремонтопригодность, на порядок более низкую удельную массу по сравнению с существовавшими и строящимися СВБР, возможность надежной работы на глубине до 5000 м.
В АГП применена единая корабельная электро-энергетической система напряжением генерирования 690 В и частотой генерирования 200 Гц с мощными статическими преобразователями электрического тока из переменного в постоянный и, наоборот, с регулируемым напряжением и частотой тока, дающая заметный выигрыш в МГХ всей ЯЭУ.
МЯЭУ на промежуточных режимах имеет максимальную, по сравнению с существующими корабельными установками, экономичность. Скорость экономхода составила 10 уз., а расход энергозапаса на милю пройденного пути
qэх= 0, 32 МВт∙ч/миля.
Благодаря таким преимуществам МЯЭУ значительно превосходит ближайший свой аналог энергетической установки с СВБР-10. Она может транспортироваться не только железнодорожным, но и автомобильным транспортом. Модульная ЯЭУ с СВБР, РРД и ТА-БЗ открывает путь развитию малой атомной энергетики в районах с неразвитой инфраструктурой, как самая транспортабельная, экономичная и легко выводимая из жизненного цикла атомная станция. В этом убеждает сравнение, представленное на схеме рис. 7.
Рис.7. Сравнение СВБР-10 и модульной ЯЭУ с реактивно-роторными двигателями, ТА -БЗ и объемов строительно-монтажных работ на их сооружение
МЯЭУ более перспективна для применения на плавучих АЭС. Как показано на рис. 8, модульная ЯЭУ с реактивно-роторными двигателями и ТА-БЗ с точки зрения стоимости постройки, оборудования стоянки и возможностей использования имеет очевидные преимущества.
Рис.8. Сравнение СВБР-10 (проект ФГУП «Гидропресс») и модульной ЯЭУ с реактивно-роторными двигателями и ТА-БЗ (проект ВУНЦ ВМФ) и объемов строительно-монтажных работ на их сооружение
Многообразие вариантов использования судов на воздушной подушке (СВП) в транспортной системе страны и специфические особенности решения транспортных проблем в труднодоступных районах Севера, Северо-Востока и Сибири обусловливают необходимость использования СВП для оперативной доставки небольших партий грузов, особенно в межнавигационный период.
В пользу такого подхода свидетельствуют не только зарубежный опыт доставки грузов с помощью СВП, но и огромные северные и северо-восточные территории нашей страны [19], еще со времен М.В.Ломоносова стремящиеся прирастить могущество России. Большую заинтересованность в этом вопросе проявил Фонд перспективных исследований РФ, заключивший соглашение о сотрудничестве с Санкт-Петербургской государственной художественно-промышленной академией им. А.Л.Штиглица в решении проблем развития отечественных СВП.
Суда на воздушной подушке, имея большую скорость (~50 км/ч) передвижения по льду, бездорожью, смогут успешно заменить (или дополнить) ледоколы на Северном морском пути, в случае необходимости быстрой доставки грузов. Они особенно незаменимы, когда толщина морского и океанического льда превышает 2 метра. СВП также незаменимы на реках Сибири, когда те мелеют после ледохода или покрыты льдом. У некоторых северных рек протяженность навигационного периода составляет всего 20-25 дней в году [19]. Однако невозможность иметь на борту такого судна большое количество топлива существенно ограничивает дальность его перехода. Учитывая протяжённость Севморпути, и необходимость доставки грузов вглубь Сибири по рекам, особенно в межнавигационный период, предлагается в качестве главной энергетической установки судна на воздушной подушке использовать модульную ядерную энергетическую установку [20]. Особенности размещения МЯЭУ и конденсации пара на атомном СВП показаны на рис. 9.
Рис.9. Особенности размещения модульной ЯЭУ в судне на воздушной подушке
ЯЭУ для спасательных судов
Многообразие вариантов использования корабельных энергетических установок практически всегда приводило проектантов к мысли, что наилучшим видом энергетической установки для спасательных судов является дизельная или дизель-электрическая энергоустановка.
Традиционно принято считать, что это самый экономичный и лёгкий вид установок, наиболее пригодный для судов небольшого водоизмещения, и, конечно, уж никак не ядерная энергетическая установка, традиционно считающаяся тяжёлой.
В пользу такого подхода к проектированию ЭУ для спасательных судов говорит многолетний опыт не только России, но и других странах. Но, как показано в [21, в качестве ГЭУ спасательного судна можно использовать модульную ядерную энергетическую установку, представленную в данной статье. Отличаться она будет только конструкция и размещением секций забортного конденсатора. На рис. 10 показаны особенности размещения одной из секций ЗГК. В отличие от АГП и АСВП секции ГК предлагается размещать побортно под ватерлинией с организацией самопротока и естественной циркуляции при стоянке или даже при движении задним ходом.
Рис.10. Вид сбоку нижнего ряда верхней секции забортного конденсатора правого борта
Компактность, надежность и безопасность МЯЭУ открывает огромные перспективы ее использования в Вооруженных силах, на транспорте, в энергетике России,
Литература
1. Бурсук В.И. Перспективы развития ВМФ и использования ядерной энергетики на кораблях ВМФ. Доклады конференции «КЯЭУ-14». – Нижний Новгород. 2014.
2. Заключение Центрального жюри конкурса проектов атомных станций малой мощности – АСММ. М: Ядерное общество. 1994.
3. Сычиков В.И., Сембиев А.У., Мальханов О.В., Архаров Ю. М., Дяченко С.А., Козырев Г.А. "Способ получения механической энергии и радиальный реактивно-роторный двигатель с роторами противоположного вращения для его реализации". //Патент РФ на изобретение № 2420661 от 10.06.2011.
4. Степанов A.M., Федоров А.Л., Снижение уровня шумоизлучения водометных движителей. //Судостроение, 2002, №5.
5. Степанов A.M., Федоров А.Л., Вихрегенераторы в системе водометных движителей и судовых гидравлических устройств. //Судостроение 2004, №2.
6. Ветохин В.И. Электрическая машина Ветохина ЭМВ. //Патент на изобретение №-2106733, 1998г.
7. Федоров А.Л., Питулайнин Н.М., Степанов A.M., Гидрореактивная пропульсивная установка. //Патент на изобретение №-252379, 1987г.
8. Гетьман А.А, Гурьев Ю.В., Васильева А.В. Королев В.М., Сычиков В.И. Разъемные модули и соединения глубоководных аппаратов Доклад. //Материалы межвузовской НТК, Ч.3» –.
9. Дьяченко Ю.Л., Сычиков В.И., Федоров А.Л. Перспективные энергетические установки ледоколов, кораблей и малых городов арктической зоны России //Судостроение 2008. №6. с. 46-50.
10. Ложечников Г.А., Сычиков В.И. Транспортировка атомного гидроплана железнодорожным транспортом. //Сборник военно-научных статей Академии. – СПб: ВА МТО 2012, с. 196-201.
11. Манеев М.Н. Медведев М.М. Электрический торцевой наборный генератор //Патент на изобретение АС №-2312445, 1999 г.
12. МГД-насос для жидких металлов.
http://www.reactors/narod.ru/rbmk/07-pump.htm.
13. Оленин М.И., Доценко О.Г., Прасников Б.Д., Гетьман А.А., Сычиков В.И., Маркитантов Б.С. Уплотнение неподвижного соединения. //Патент на изобретение №-2175416, 1999 г.
14. Степанов В.С. Реализация новых конструктивных решений с использованием жидкометаллических теплоносителей в атомных судовых и стационарных энергетических установках. Современное состояние по проектам реакторов со свинцово–висмутовым теплоносителем. //ФГУП ОКБ «Гидропресс». Доклад в Российском научно-техническом обществе судостроителей имени А. Н. Крылова, июнь 2006 г.
15. Сычиков В.И., Дяченко С.А., Ложечников Г.А., Платонов И.С. Концепция «Океанский прорыв» - путь в будущее // Геополитика и безопасность 2012, №2 с. 103-111.
16. Сычиков В.И. «Атомный гидроплан». Атомная стратегия № 2, 2010 г.
17. Сычиков В.И., Дяченко С.А., Грузинцев Д.С., Козлов Д.В., Ржавитин В.Л. Научно-технический отчет о НИР «Разработка ремонтопригодной конструкции и расчет теплового аккумулятора-биологической защиты как резервного, аварийного и добавочного источника энергии и биологической защиты модульной ЯЭУ». ШИФР «Два в одном». Спб.: ВМПИ, 2014.
18. Дудышев В.Д. Патент на полезную модель № 61483, 2006 г. и № 70605 2007 г.
19. Технико-экономические проблемы использования новых технических средств транспорта. М.: Издательство "Наука", 1983.
20. Сычиков В.И., Зимин В.А., Дяченко С.А. Решение транспортных проблем в межнавигационный период с помощью атомных судов на воздушной подушке. Сборник докладов на научно-технической конференции ВМПИ, посвященной дню научной недели. СПб, ВМПИ, 2016.
21. Сычиков В.И., Зимин В.А., Дяченко С.А. Возможности использования ядерной энергетики на спасательных судах. Доклад на семинаре «Развитие спасательных судов. Тенденции. Проблемы и пути их решения». СПб, КНЦ, 2016.
