【论文】俄罗斯孔雀石设计局—高强度钢和钛合金多用途潜艇壳体设计(二)

苏苏的凤尾鱼 2025-03-03 16:30:06

661、705 项目钛合金潜艇。世界上第一艘钛合金核潜艇661项目的设计和建造是根据 1958 年 8 月 28 日苏联共产党中央委员会和苏联部长会议的命令进行的。中央设计局ЦКБ16局长N. N. 伊萨宁被任命为该艇的总设计师。1965 年,Н.Ф. 舒尔琴科接替了他的工作。核潜艇艇体的设计工作是在Н. I. 安东诺夫的监督下进行的。目标包括将潜艇速度提高一倍,将下潜深度提高一倍半。这些要求对船体材料牌号的选择起到了重要作用。经过初步设计,钛合金获得了青睐,因为钛合金具有最高的比强度(下表),可以显著降低质量负荷,从而减少排水量;钛合金在海水中具有耐腐蚀性,这意味着可以显著降低潜艇的运行成本;钛合金没有磁性,这对核潜艇的物理场具有积极影响。

在 50 年代末之前,钛合金主要用于航空和化学工业。在造船业中,还没有应用钛合金制造大型船体结构的经验。1959年,661项目核潜艇的初步设计完成,有力地推动了新型船用钛合金的研发工作。其中包括:开发至少重达 4 t的钛锭、厚度达60mm的大规格板材、锻件、铸件和焊丝的生产技术;创造板材弯曲和冲压、自动、半自动和手动氩弧焊接、质量控制方法的技术;制定新材料强度计算的规则和方法,以及考虑到钛合金特殊性的核潜艇艇体设计规则;设计、制造和测试 SMT601 和 DMT602 试验性半尺寸舱室。研发工作委托给了ЦКБ16, ЦНИИ48, ЦНИИ45和ЦНИИ138 (现在的国家单一制企业 中央造船技术研究所)。许多科研机构和国家冶金工业工厂都参与了这项工作。在开发和引进屈服强度为588MPa的 48OT3 级钛合金的过程中,出现了无数问题。尤其令人担忧的是,实验舱和标准核潜艇结构的焊缝中出现了大量裂纹。在这种情况下,根据国家造船委员会主席 B.E. 布托马的命令,成立了以设计局总设计师 N.N. 伊萨宁为首的理事会,以解决出现的问题。理事会成员包括各研究所、402 号工厂和27177部队的负责人。理事会在加快该船的设计和建造决策方面发挥了重要作用。由于在艇体、艇内装置、机构和管道中使用了钛合金,因此可以大大减少排水量,从而提高航速。661项目核潜艇的最高航速为 44.7 海里/小时,迄今为止还没有其他潜艇超过这一航速记录。潜艇尾部形状的选择和独特的设计(“分叉式艉部”)也是原因之一,这大大提高了潜艇的推进性能。非标准解决方案还包括建造 “八 ”字形的耐压壳体、设计半刚性的动力装置固定设计等。1969 年 12 月,签署了一项关于向海军移交661项目试验核潜艇的法案。1960 年和 1961 年,国家政府通过了关于建造 705项目高速自动试验核潜艇的决议。该项目由СКБ143负责开发,M.G. 鲁萨诺夫被任命为总设计师。艇体结构工作由 V.G. 季霍米罗夫领导的部门负责。661项目核潜艇实验舱和标准结构的制造和测试经验表明,要在潜艇制造中广泛采用 48OT3 牌号钛合金,就必须进一步改进其物理和机械特性,掌握大尺寸板材和大厚度板材(达 130 毫米)的轧制,研究焊接接头的结构要素,充分设计、制造和测试实验结构和全尺寸舱室。为此,我局于 1962 年向ЦНИИ48下达了进一步开发 48OT3 牌号合金及其焊接接头的技术任务。对海绵钛质量的更严格要求以及在合金中加入钒,使得 48OT3B 合金在板材的面积和厚度上具有更稳定的机械性能,冲击韧性更强,对应力集中的敏感性更低。1963 年,705项目核潜艇的技术设计完成后,该局立即开始绘制工作图纸。 与此同时,实验舱的制造和重复静载荷测试也在进行之中,而 “分段”式结构和ДМ12实验舱则进行了动载荷测试。与ЦНИИ45联合进行的试验提供了大量信息,这些信息被用于设计和建造 705 和 705K 型核潜艇的艇体,以及后来所有用钛合金制造的潜艇。经过一系列实验,48OT3B 级钛合金及其焊接接头在各种工作载荷下的性能得到了证实。该牌号的钛合金被跨部门委员会接受用于建造任何项目的潜艇艇体,多年来一直被认为是国内潜艇造船最可靠的材料之一。在用钛合金设计和建造 705 和 705K 项目核潜艇的过程中(建造工作在第 196 号工厂(现为 “海军上将造船厂”)和第 402 号工厂进行),对坚固的艇身及其端部舱壁、用于全艇压力的艇舱间球形舱壁、水声站整流罩、弹出式救援舱、可伸缩的艇首水平舵进行了完美的设计。新的非传统结构还应包括用于核潜艇蒸汽轮机和蒸汽发电机组的减震基础框架和水箱。首艘705项目核潜艇(订货号 900)于 1971 年交付海军试航。这些潜艇在海军中成功运行。它们曾数十次自主巡航世界各大洋。1981 年,孔雀石设计局研发团队因开发 661、705 和 705K 型潜艇而被授予十月革命勋章。因此,到 70 年代中期,该局在用钛合金设计核潜艇方面积累了丰富的经验。在随后的几年里,它被用于设计和建造小型潜水器865项目(比拉鱼)、深海潜水器16810项目(Rus)和 16811项目(Consul)等设计深度达 6,000 米,以及其他各种级别和用途的深水技术设施。目前,孔雀石设计局的潜力使得为俄罗斯海军和出口开发新潜艇和深水技术设备成为可能。

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俄罗斯材料科学与工程领域的研究和应用历史现状