Амортизирующие сиденья для скоростных катеров


Патрульные катера проекта 03160 «Раптор» являются самыми скоростными морскими судами, стоящими на вооружении ВМФ России.

Главной проблемой для изготовителей военных жестко-корпусных надувных катеров и скоростных судов является создание платформы, в которой были бы сбалансированы высокие технические характеристики и физические потребности экипажа и пассажиров. С появлением «неразбивающихся лодок» плюс наличие избытка мощности двигателя человек стал самым слабым звеном. Программы автоматизированного проектирования и цифровое моделирование являются ключевыми компонентами в процессе проектирования высокоскоростного судна, но ответная реакция человеческого тела (то есть боль!) является важнейшим входящим параметром, который конструкторы и морские проектировщики должны учитывать в скоростных катерах следующего поколения.


Скоростные суда выбираются для выполнения широкого круга военных и профессиональных задач. Соответственно, цель состоит в том, чтобы экипаж и личный состав на борту прибыли в полном здравии на место назначения, готовые выполнять задачу или вступить в бой. В некоторых военно-морских силах превосходная физическая форма и выносливость рассматриваются как решение проблемы. В других армиях люди рассматривается в качестве расходного материала, поскольку есть очередь из тех, кто готов занять их место, но такой подход не помогает, когда судно уже в пути и экипаж настроен на выполнение задачи.

Профессиональным структурам, использующим жестко-корпусные надувные лодки и быстроходные катера, необходимо понимать, с какими уровнями волнения (балльности моря) вероятнее всего им придется столкнуться и, исходя из этого, подобрать для выполнения задачи катера походящего типа и размеров. Амортизация или ослабление ударных нагрузок заключается в том, чтобы «сделать сильные удары или толчки менее интенсивными». Стратегия ослабления ударов обязательна для всех судов, которые ходят в открытом море или действуют при большом волнении. Сюда входят реки и эстуарии с ветром против течения; даже на озерах могут образовываться волны значительной высоты от ветра, беспрепятственно дующего над несколькими километрами открытой воды.

При реализации эффективной стратегии снижения нагрузок рулевой, экипаж и пассажиры сильно выигрывают от повышенного комфорта и снижения уровня травматизма. При этом может быть увеличена продолжительность пребывания в море, появляется возможность преодолевать большие дистанции на более высоких скоростях, повышается готовность экипажа и боевая эффективность.

Важно использовать опыт из других сфер, в которых имеются достижения касательно снижения ударных нагрузок, но мифы должны быть развеяны. Из определения анализа движения системы на суше, на море и в воздухе понятно, что не все воздействия на нее можно свести к перегрузкам той или иной величины и с тем или иным вектором. Основное отличие наземных машин и надводных судов заключается в системе подвески, которая снижает уровень вибрации между колесами и шасси. Тягачи и большегрузные автомобили с прицепом пошли еще дальше, поскольку кроме подвески оборудованы кабинами с амортизацией, поэтому сиденье служит главным образом для комфорта. Сельскохозяйственный трактор или карьерный самосвал, движущиеся по пересеченной местности, испытывают нагрузки, отличающиеся от нагрузок катера, глиссирующего на волнах. В последние годы разработка военных машин категории MRAP (Mine Resistant Ambush Protected – с повышенной защитой от мин и самодельных взрывных устройств) ускорила исследования, направленные на снижение воздействия минного взрыва. Впрочем, сиденье в такой машине, снижающее силу удара от взрывной волны, вряд ли справится с повторяющимся ударным воздействием высокоскоростных встречных волн.

В авиации также были проведены многочисленные исследования в области амортизации сидений и воздействия различных нагрузок. Сиденья вертолета созданы для защиты экипажа при жесткой посадке, а ударобезопасное кресло конструктивно является частью всей зоны деформации корпуса, назначение которой – поглощение большей части ударных нагрузок. Катапультные кресла спасли жизни многим пилотам и штурманам, так как позволяют покинуть гибнущий самолет. Впрочем, катапультирование – это единичное событие, базирующееся на соответствующем входном сигнале, как правило, инициированном сидящим, и в этом случае допустимы некоторые телесные повреждения, поскольку это всё же лучше неминуемой гибели. Удары больших волн во время движения по морю, как правило, не являются отдельными событиями, они могут быть разной размеров и разных направлений. При движении во время сильного волнения у амортизирующего сиденья в катере есть доля секунды для возврата и смягчения «повторного удара» или следующей последовательности нескольких ударов.

Ключевым компонентом при подготовке работе на скоростном катере должны быть специальные знания, которые помогут рулевым и экипажам понять силы, воздействующие на глиссирующее судно, особенно при движении по волнам. Для глиссирующего судна необходимо учитывать три состояния: скорость в водоизмещающем режиме, выход на глиссирование или сход с него, скорость глиссирования. При движении по волнам на малом ходу или со средней скоростью судно отслеживает водную поверхность, получение травм человеком в этом случае маловероятно, но при этом может развиться морская болезнь. Проблема при движении на скорости глиссирования заключается в том, что рулевой имеет ограниченную видимость поверх носа судна, а это может понизить уровень осведомленности о состоянии моря.

Чтобы разрабатывать следующее поколение решений по снижению ударных воздействий для быстроходных катеров, работающих на волновой поверхности, важно понимать силы, действующие на корпус при движении поверх движущихся неровностей верхнего слоя воды или сквозь них. Возмущения могут быть вызваны, во-первых, далекими штормами за сотни миль, создающими длинные и высокие волны, во-вторых, волнами, нагоняемыми местным ветром и, в-третьих, кильватерной струей других судов. Понимая явления волн, ученые и инженеры могут анализировать цепочку воздействия на корпус, палубу, сиденья и, наконец, на тела сидящих в катере.


Положения сиденья с амортизацией: от полустоячего до полулежачего

Ученые начинают определять в количественной форме ударное воздействие волн и описывать как в зависимости от высоты и характера волн, глиссирующее судно каждый раз по-разному входит в воду. Попросту говоря, быстроходная жестко-корпусная надувная лодка или катер может удариться сначала носом, потом удариться кормой, плашмя килем или одним из бортов корпуса. Процесс при различном волнении моря может быть снят на пленку и проигран на медленной скорости или проанализирован с помощью регистрирующих датчиков. Когда экипаж выходит из воды после тяжелого перехода, субъективное заявление типа «это была тяжелая поездка» теперь может быть описано в виде количественных данных. Например, на рабочих местах двух рулевых идентичных лодок, двигающихся борт о борт на одинаковой скорости, может быть измерена вибрация для последующего анализа. Корректное использование этого подхода является мощным обучающим инструментом, в котором видео и численные значения могут показать «что такое хорошо и что такое плохо».

Мониторинг воздействия вибрации и ударной нагрузки на корпус или важные части снаряжения относительно прост, поскольку регистраторы данных можно прикрепить к стекловолокну, алюминию или пластику различными способами. В сфере наземных транспортных средств подобные процедуры отрабатывались десятилетиями, и, как следствие, были разработаны достаточно эффективные методы снижения или исключения вибрации за счет регулировки амортизаторов. Измерение сил, действующих на палубу или на основание сидений, да и последующее накопление статистических данных проблем уже давно не вызывает, но теперь ведутся жаркие дискуссии, как собрать данные по вибрации с экипажа и пассажиров. Нижняя часть спины представляет собой зону с самой высокой вероятностью получения травмы, и, кроме того, закрепление акселерометров на гибком человеческом теле весьма затруднительно. В этом случае «спасают» подушки сидений и ремни безопасности, обеспечивающие приемлемый контакт для регистраторов данных. Целью данной методики является проведение достоверных и надежных измерений для оценки силы повторяющихся ударов и параметров вибрации всего тела.


Совмещенное с рабочей станцией амортизирующее сиденье

Поскольку стоимость регистраторов данных снизилась, различные военные, военизированные и гражданские организации разных стран начали собирать и хранить огромное количество данных по вибрации. Сложной задачей является анализ данных и принятие решения об актуальности численных показателей. Предлагается простое сигнальное устройство типа уличного светофора, у которого смена цветов от зеленого к красному указывает экипажу, что воздействие вибрации повышается. Впрочем, настройка пороговых величин вибрации для смены цвета может варьироваться в зависимости от используемого метода измерений.

За прошедшее десятилетие сектор быстроходных шлюпок и катеров получил значительное развитие, и как следствие, появилось множество различных конструктивных и компоновочных решений по местам для сиденья. Сиденья в жестко-надувных лодках и скоростных катерах должны иметь хорошие эргономические характеристики, которые могли бы удовлетворить разные потребности рулевого, экипажа и пассажиров. Комфорт здесь является важной составляющей и поэтому конструкция сидений должна обеспечивать пространство для сидящего, его снаряжения и личных плавсредств. Личному составу некоторых организаций необходимо постоянно носить разгрузки, нательную защиту и оружие. В этом случае может потребоваться регулируемое сиденье со встроенными местами хранения личного снаряжения.

Последние тридцать лет типичными сиденьями в жестко-надувных лодках и быстроходных катерах были либо сиденья мотоциклетного типа, либо так называемые пост-сиденья, зачастую с поролоновой набивкой. В связи с высокими эксплуатационными скоростями многие организации в настоящее время используют или рассматривают возможность установки амортизирующих сидений. Назначение амортизирующего сиденья отделить рулевого и экипаж от наихудшего воздействия вибрации и ударов, при этом большое значение имеет то, где размещаются ступни ног. У амортизирующего сиденья мотоциклетного типа часть веса сидящего распределяется между корпусом на сиденье и ногам на подножке. Для того чтобы не допустить ударов в момент начала движения сиденья вверх, типичный ход или перемещение подвески составляет 150 мм. Сиденья следующего поколения имеют варианты, предусматривающие регулировку по высоте и массе, что позволяет им принять самых разных по физическим параметрам людей. Эти регулировки должны описываться четкими инструкциями и предписаниями на борту, так как плохо отрегулированное сиденье может создать проблемы.


Скоростной катер с амортизирующими сиденьями для всей команды

Амортизирующее сиденье с ногами на подножке, а не на палубе несет весь вес сидящего. Такие сиденья обычно устанавливаются в рулевой рубке или кабинных катерах. Ход подвески сидений полуводоизмещающих судов начинается со 100 мм, и для суперскоростных катеров ход может превышать 200 мм. Все более сложной становится задача – выбрать правильное сиденье для судна или подстроить сиденье под судно.

Как ни странно, развитие сферы ветроэнергетики способствует повышению уровней безопасности экипажей и технических специалистов, перевозимых на скоростных катерах. Испытания на разрушение индивидуальных сидений и креплений к палубе соответствуют параметрам работы судов, перемещающихся на скоростях глиссирования в непосредственной близости от ветряных турбин и других судов. Для этих сидений будут необходимы улучшенная эргономика и дополнительные регулировки, так как предполагается, что пассажиры вынуждены будут перемещаться в открытом море с высокой балльностью продолжительные периоды времени. Поскольку сиденье является только лишь частью лодки, на которой перемещаются люди, неизбежен процесс интегрирования с ними рабочих мест (терминалов). Различное положение тела во время долгого путешествия важно для транспортной платформы любого типа. Когда сидящий спит, необходимо подвешивать все тело для того, чтобы амортизирующая система могла делать свою работу. Проводятся исследования касательно того, какое положение более комфортно, лежачее или полулежачее, и как лучше защитить позвоночник, когда отсутствует осознанная фиксация тела.

Многие военные структуры, включая силы специальных операций, выдвигают требование, заключающееся в том, чтобы специальность военнослужащего была тесно интегрирована с типом выполняемой задачи, особенно это касается операций с высоким темпом. Человеческий фактор оказывает всё большее влияние на развитие систем сиденья и подвески, особенно в части разработки более чувствительных органов управления и компоновок рабочих мест с улучшенной эргономикой. Рулевые уже имеют джойстик управления рулями и рычаги управления двигателем, встроенные в подлокотники их сидений. На высоких скоростях штурманы могут эффективно работать только тогда, когда их экраны с навигационной информацией движутся в унисон с их руками и глазами. Также повышается эффективность работы технических специалистов, обслуживающих станции оптической видовой разведки и дистанционные системы вооружения, при креплении панелей управления к их сиденьям. Стрелкам, работающим на высоких скоростях, необходимы специальные амортизирующие сиденья, прикрепленные к установленному на палубе вооружению.

В последние годы сфера быстроходных катеров получила значительно развитие. Большая работа по совершенствованию технологии разработки и производства сидений привела к тому, что человек уже не всегда является самым слабым звеном в скоростных катерах. Скорость катера на спокойной воде определяется предельными значениями мощности движителя, но скорость на волнах может ограничиваться конструктивными ограничениями. Профессиональный рулевой скоростных катеров, как правило, повышает скорость до уровня известного как «приемлемый дискомфорт», когда же достигается болевой порог, то он немного снижает скорость. Но в связи с тем, что инновационные системы подвески позволили отсоединить человека от катера, возникла новая проблема, заключающаяся в том, чтобы сконструировать корпус, компоненты и оборудование так, чтобы они смогли выдержать те экстремальные нагрузки, которые выдерживают сидящие в своих амортизирующих сиденьях.

Для того чтобы принять решение о закупке, необходимо сравнить корпуса быстроходных катеров следующего поколения и решения по снижению ударных нагрузок. Полномасштабные морские испытания при сильном волнении моря весьма дорогостоящи, зависят от погоды и могут варьироваться от судна к судну. Волнение моря редко постоянно на одном участке или на протяжении длительного периода времени. Также тяжело обосновать участие людей в испытаниях на получение травм. Чтобы решить все подобные вопросы, в 2013 году была создана рабочая группа Международной организации по стандартам (ISO) по разработке стандартных процедур для «лабораторной оценки снижения ударных нагрузок на сиденья морских судов». В Великобритании и Канаде были проведены предварительные ударные испытания с целью демонстрации в лабораторных условиях характеристик снижения нагрузок на сиденья перед установкой на суда и дальнейшими испытаниями на воде. Далее будет проведена аудиторская проверка всех судов с целью определения того, как насколько они соответствует законодательству о вибрации, включая нормативные документы Евросоюза по вибрации, вступившие в силу в 2010 году.

В сфере быстроходных маломерных судов в настоящее время существует лучшее понимание проблем, связанных с переброской людей на высоких скоростях. Военные, правительственные и спасательные организации признают, что стратегию снижения нагрузок необходимо интегрировать в проектирование, подготовку, планирование и собственно сами операции. Другие технические решения включают инновационные формы корпуса, повышающие плавность движения, особые поверхности для контроля угла атаки волн, а также амортизирующие палубы для стоящих на них членов экипажа и пассажиров. Но даже со всей этой технологией успех выполнения задачи, прежде всего, зависит от мастерства рулевого, ведущего судно в зависимости от морских условий.

Использованы материалы:
www.defenceiq.com
www.warspot.ru
www.wikipedia.org
ru.wikipedia.org
Перевод:
Alex Alexeev
Ctrl Enter

Заметив ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter

13 комментариев
Информация

Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.
Уже зарегистрированы? Войти