Łodzie patrolowe projektu 03160 Raptor to najszybsze statki pełnomorskie w służbie rosyjskiej marynarki wojennej.
Dużym wyzwaniem dla producentów wojskowych łodzi pneumatycznych o sztywnym kadłubie i szybkich jednostek jest stworzenie platformy, która równoważy wysokie osiągi i fizyczne potrzeby załogi i pasażerów. Wraz z pojawieniem się „niezniszczalnych łodzi” oraz nadmiaru mocy silnika, najsłabszym ogniwem stał się człowiek. Programy do projektowania wspomaganego komputerowo i symulacje cyfrowe są kluczowymi elementami w procesie projektowania statku o dużej prędkości, ale reakcja ludzkiego ciała (tj. ból!) jest krytycznym wkładem, który projektanci i projektanci morscy muszą wziąć pod uwagę w następnej generacji łodzie motorowe.
Szybkie jednostki są wybierane do szerokiej gamy misji wojskowych i zawodowych. W związku z tym celem jest, aby załoga i personel na pokładzie dotarły w dobrym zdrowiu do miejsca przeznaczenia, gotowe do wykonania zadania lub wzięcia udziału w walce. W niektórych marynarkach za rozwiązanie problemu uważa się doskonałą sprawność i wytrzymałość. W innych armiach ludzie są postrzegani jako niepotrzebni, ponieważ istnieje szereg tych, którzy są gotowi zająć ich miejsce, ale takie podejście nie pomaga, gdy statek jest już w drodze, a załoga jest gotowa do wykonania zadania.
Profesjonalne konstrukcje wykorzystujące nadmuchiwane łodzie o sztywnym kadłubie i łodzie motorowe muszą zrozumieć, z jakimi poziomami fal (siły morza) mogą się spotkać, i na tej podstawie wybrać łodzie odpowiedniego typu i rozmiaru do zadania. Amortyzacja lub tłumienie obciążeń udarowych ma na celu „sprawienie, aby silne uderzenia lub uderzenia były mniej intensywne”. Strategia łagodzenia wstrząsów jest obowiązkowa dla wszystkich statków pływających na pełnym morzu lub operujących na wzburzonym morzu. Obejmuje to rzeki i ujścia rzek z wiatrem pod prąd; nawet na jeziorach fale o znacznej wysokości mogą tworzyć się od wiatru wiejącego bez przeszkód na kilku kilometrach otwartej wody.
Po wdrożeniu skutecznej strategii redukcji stresu sternik, załoga i pasażerowie odnoszą znaczne korzyści z większego komfortu i zmniejszonego wskaźnika obrażeń. Jednocześnie można wydłużyć czas pobytu na morzu, możliwe staje się pokonywanie długich dystansów z większymi prędkościami, zwiększa się gotowość załogi i skuteczność bojowa.
Ważne jest, aby czerpać z doświadczeń z innych obszarów, w których nastąpił postęp w redukcji wstrząsów, ale mity muszą zostać rozwiane. Z definicji analizy ruchu systemu na lądzie, morzu iw powietrzu jasno wynika, że nie wszystkie oddziaływania na niego można zredukować do przeciążeń o takiej lub innej wielkości i z takim lub innym wektorem. Główną różnicą między pojazdami lądowymi a statkami nawodnymi jest układ zawieszenia, który zmniejsza poziom wibracji między kołami a podwoziem. Ciągniki i ciężkie ciężarówki z przyczepami idą jeszcze dalej, bo oprócz zawieszenia wyposażone są w amortyzujące kabiny, więc siedzenie służy przede wszystkim wygodzie. Ciągnik rolniczy lub ciężarówka górnicza poruszająca się po nierównym terenie doświadczają obciążeń, które różnią się od obciążeń łodzi ślizgających się po falach. W ostatnich latach rozwój pojazdów wojskowych kategorii MRAP (Mine Resistant Ambush Protected – o podwyższonej ochronie przed minami i improwizowanymi urządzeniami wybuchowymi) przyspieszył badania mające na celu ograniczenie skutków wybuchu miny. Jednak siedzenie w takim samochodzie, które zmniejsza siłę uderzenia fali uderzeniowej, raczej nie poradzi sobie z powtarzającym się uderzeniem nadjeżdżających fal z dużą prędkością.
В lotnictwo liczne badania przeprowadzono również w zakresie amortyzacji siedzeń i wpływu różnych obciążeń. Fotele helikoptera mają za zadanie chronić załogę podczas twardego lądowania, a siedzenie wstrząsoodporne stanowi konstrukcyjnie część strefy deformacji całego ciała, której zadaniem jest pochłanianie większości obciążeń udarowych. Fotele wyrzutowe uratowały życie wielu pilotom i nawigatorom, ponieważ pozwalają opuścić umierający samolot. Jednak wyrzucenie jest pojedynczym zdarzeniem opartym na odpowiednim wejściu, zwykle inicjowanym przez okupanta, w którym to przypadku pewne uszkodzenie ciała jest dopuszczalne, ponieważ i tak jest lepsze niż pewna śmierć. Uderzenia dużych fal podczas poruszania się po morzu z reguły nie są oddzielnymi zdarzeniami, mogą mieć różne rozmiary i różne kierunki. Podczas poruszania się po wzburzonym morzu siedzenie amortyzujące w łodzi ma ułamek sekundy na odzyskanie i złagodzenie „powtórnego uderzenia” lub kolejnej sekwencji kilku uderzeń.
Kluczowym elementem przygotowania łodzi motorowej powinna być specjalistyczna wiedza, która pomoże sternikom i załodze zrozumieć siły działające na łódź ślizgową, zwłaszcza podczas poruszania się po falach. Dla statku ślizgającego się należy wziąć pod uwagę trzy stany: prędkość w trybie wypornościowym, wejście w ślizg lub wyjście z niego, prędkość ślizgu. Podczas poruszania się po falach z małą lub średnią prędkością statek porusza się po powierzchni wody, w tym przypadku jest mało prawdopodobne, aby osoba odniosła obrażenia, ale może rozwinąć się choroba lokomocyjna. Problem z prędkością ślizgu polega na tym, że sternik ma ograniczoną widoczność nad dziobem łodzi, co może zmniejszyć świadomość stanu morza.
Aby opracować następną generację rozwiązań łagodzących wstrząsy dla szybkich łodzi operujących na powierzchniach fal, ważne jest zrozumienie sił działających na kadłub, gdy porusza się on nad lub przez ruchome fale wody. Zakłócenia mogą być spowodowane, po pierwsze, przez odległe burze oddalone o setki mil, tworzące długie i wysokie fale, po drugie, przez fale napędzane lokalnym wiatrem, a po trzecie, przez kilwater innych statków. Dzięki zrozumieniu zjawisk falowych naukowcy i inżynierowie mogą analizować łańcuch działań na kadłubie, pokładzie, siedzeniach i wreszcie na ciałach osób siedzących w łodzi.
Pozycje siedzenia z amortyzacją: półpionowa do półleżącej
Naukowcy zaczynają określać ilościowo wpływ fal i opisywać, w jaki sposób, w zależności od wysokości i charakteru fal, statek ślizgowy za każdym razem inaczej wchodzi do wody. Mówiąc najprościej, szybkobieżna ponton lub łódź ze sztywnym kadłubem może uderzyć najpierw dziobem, a następnie rufą, płasko stępką lub jednym z boków kadłuba. Proces na różnych falach morskich można filmować i odtwarzać z małą prędkością lub analizować za pomocą czujników rejestrujących. Kiedy załoga wychodzi z wody po trudnym przejściu, subiektywne stwierdzenie typu „to była ciężka podróż” można teraz opisać w kategoriach danych ilościowych. Na przykład w miejscach pracy dwóch identycznych sterników łodzi poruszających się obok siebie z tą samą prędkością można zmierzyć wibracje do późniejszej analizy. Właściwe użycie tego podejścia jest potężnym narzędziem edukacyjnym, w którym filmy i liczby mogą pokazywać „co jest dobre, a co złe”.
Monitorowanie wpływu wibracji i wstrząsów na kadłub lub krytyczne elementy wyposażenia jest stosunkowo łatwe, ponieważ rejestratory danych można na różne sposoby mocować do włókna szklanego, aluminium lub plastiku. W dziedzinie pojazdów lądowych takie procedury są praktykowane od dziesięcioleci, w wyniku czego opracowano dość skuteczne metody ograniczania lub eliminowania wibracji poprzez regulację amortyzatorów. Pomiar sił działających na pokład lub na podstawie siedzeń, a następnie gromadzenie danych statystycznych od dawna nie stanowił problemu, ale teraz toczą się gorące dyskusje na temat tego, jak zbierać dane o drganiach od załogi i pasażerowie. Dolna część pleców to obszar o największym potencjale kontuzji, a dodatkowo mocowanie akcelerometrów do elastycznego ludzkiego ciała jest bardzo trudne. W takim przypadku poduszki siedzeń i pasy bezpieczeństwa zapewniają akceptowalny kontakt dla rejestratorów danych. Celem tej techniki jest dostarczenie prawidłowych i wiarygodnych pomiarów do oceny siły powtarzających się uderzeń i parametrów drgań całego ciała.
Siedzisko amortyzujące połączone ze stanowiskiem roboczym
Ponieważ koszt rejestratorów danych spadł, różne organizacje wojskowe, paramilitarne i cywilne na całym świecie zaczęły gromadzić i przechowywać ogromne ilości danych dotyczących wibracji. Trudnym zadaniem jest analiza danych i decydowanie o trafności wskaźników liczbowych. Proponowane jest proste urządzenie sygnalizacyjne, takie jak latarnia uliczna, w której zmiana koloru z zielonego na czerwony wskazuje załodze, że narażenie na drgania wzrasta. Jednak ustawienie progów drgań dla zmiany koloru może się różnić w zależności od zastosowanej metody pomiaru.
W ciągu ostatniej dekady sektor szybkich łodzi znacznie się rozwinął, w wyniku czego pojawiło się wiele różnych rozwiązań projektowych i rozmieszczenia siedzeń. Siedzenia w sztywnych pontonach i łodziach motorowych muszą mieć dobre właściwości ergonomiczne, które mogą sprostać różnym potrzebom sternika, załogi i pasażerów. Ważnym elementem jest tu wygoda, dlatego konstrukcja foteli powinna zapewniać miejsce dla osoby siedzącej, jej wyposażenia oraz skutera wodnego. Personel niektórych organizacji musi stale nosić rozładunek, ochronę ciała i broń. W takim przypadku może być wymagane regulowane siedzenie z wbudowanym schowkiem na sprzęt osobisty.
Przez ostatnie trzydzieści lat typowe siedzenia w RIBach i łodziach motorowych były albo typu motocyklowego, albo tak zwanych siedzeń słupkowych, często z piankową wyściółką. Ze względu na dużą prędkość działania wiele organizacji używa obecnie lub rozważa instalację foteli z poduszkami. Zadaniem fotela amortyzującego jest odizolowanie sternika i załogi od najgorszych skutków wibracji i wstrząsów, gdzie stopy są umieszczone w dużym stopniu. W amortyzującym siedzeniu motocyklowym część ciężaru pasażera rozkłada się między ciało na siedzeniu a nogi na podnóżku. Aby uniknąć wstrząsów, gdy siedzenie zaczyna się podnosić, typowy skok zawieszenia lub skok wynosi 150 mm. Fotele nowej generacji mają opcje regulacji wysokości i wagi, aby dostosować się do szerokiego grona osób. Te regulacje muszą być udokumentowane w jasnych instrukcjach i przepisach na pokładzie, ponieważ źle wyregulowany fotel może powodować problemy.
Łódź motorowa z siedzeniami amortyzującymi dla całej załogi
Siedzisko amortyzujące ze stopami na podnóżku, a nie na pokładzie, przenosi cały ciężar siedzącej osoby. Takie siedzenia są zwykle instalowane w sterówce lub łodziach kabinowych. Skok siedzenia dla łodzi półwypornościowych zaczyna się od 100 mm, a dla łodzi superszybkich skok może przekraczać 200 mm. Coraz trudniej jest dobrać odpowiednie siedzenie do łodzi lub dopasować siedzenie do łodzi.
Co zaskakujące, rozwój sektora energetyki wiatrowej przyczynia się do poprawy poziomu bezpieczeństwa załóg i techników przewożonych na łodziach motorowych. Testy niszczenia pojedynczych siedzeń i mocowań pokładowych są odpowiednie dla statków poruszających się z prędkością ślizgową w bliskim sąsiedztwie turbin wiatrowych i innych statków. Fotele te będą wymagały lepszej ergonomii i dodatkowych regulacji, ponieważ oczekuje się, że pasażerowie będą zmuszeni do pływania po pełnym morzu przez dłuższy czas. Ponieważ siedzisko jest tylko częścią łodzi, po której poruszają się ludzie, proces integracji z nimi miejsc pracy (terminali) jest nieunikniony. Różna pozycja ciała podczas długiej podróży jest ważna dla każdego rodzaju platformy transportowej. Kiedy osoba siedząca śpi, konieczne jest podwieszenie całego ciała, aby system amortyzujący mógł wykonać swoje zadanie. Prowadzone są badania nad tym, która pozycja jest wygodniejsza, w pozycji leżącej czy półleżącej i jak najlepiej chronić kręgosłup, gdy nie ma świadomej fiksacji ciała.
Wiele struktur wojskowych, w tym siły operacji specjalnych, stawia wymóg ścisłego powiązania specjalizacji żołnierza z rodzajem wykonywanego zadania, zwłaszcza w operacjach z dużymi prędkościami. Czynnik ludzki w coraz większym stopniu wpływa na rozwój systemów siedzeń i zawieszenia, zwłaszcza w zakresie rozwoju bardziej czułych elementów sterujących i układów przestrzeni roboczej o ulepszonej ergonomii. Sternicy mają już joysticki i dźwignie sterowania silnikiem wbudowane w podłokietniki foteli. Przy dużych prędkościach nawigatorzy mogą działać skutecznie tylko wtedy, gdy ich ekrany nawigacyjne poruszają się zgodnie z rękami i oczami. Zwiększa również efektywność pracy techników obsługujących stacje dozoru optycznego i systemy zdalnego uzbrojenia, przy mocowaniu pulpitów sterowniczych do swoich foteli. Strzelcy operujący z dużą prędkością potrzebują specjalnych siedzeń amortyzujących, przymocowanych do broni zamontowanej na pokładzie.
W ostatnich latach branża łodzi motorowych znacznie się rozwinęła. Dużo pracy nad udoskonaleniem technologii rozwoju i produkcji siedzeń doprowadziło do tego, że człowiek nie zawsze jest już najsłabszym ogniwem w łodziach motorowych. Prędkość łodzi na spokojnej wodzie jest określona przez ograniczenia mocy jednostki napędowej, ale prędkość na falach może być ograniczona ograniczeniami konstrukcyjnymi. Profesjonalny sternik łodzi motorowej zazwyczaj zwiększa prędkość do tzw. „akceptowalnego dyskomfortu”, a po osiągnięciu progu bólu nieco zwalnia. Ale ponieważ innowacyjne systemy zawieszenia umożliwiły odłączenie osoby od łodzi, pojawił się nowy problem, który polega na zaprojektowaniu kadłuba, komponentów i wyposażenia tak, aby mogły wytrzymać ekstremalne obciążenia, które wytrzymują ich siedzenia amortyzujące wstrząsy .
W celu podjęcia decyzji zakupowej konieczne jest porównanie kadłubów szybkiej łodzi nowej generacji oraz rozwiązań redukujących wstrząsy. Pełne próby morskie na wzburzonym morzu są kosztowne, zależą od pogody i mogą się różnić w zależności od statku. Fale morskie rzadko są stałe w jednym obszarze lub przez długi czas. Trudno też uzasadnić udział ludzi w procesach urazowych. Aby rozwiązać wszystkie takie problemy, w 2013 r. utworzono grupę roboczą Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej (ISO) w celu opracowania standardowych procedur „laboratoryjnej oceny redukcji wpływu na siedzenia morskie”. Wstępne testy uderzeniowe przeprowadzono w Wielkiej Brytanii i Kanadzie, aby zademonstrować skuteczność redukcji obciążenia siedziska in vitro przed instalacją na łodziach i dalszymi testami na wodzie. Wszystkie statki zostaną następnie poddane audytowi w celu ustalenia, w jakim stopniu są zgodne z przepisami dotyczącymi wibracji, w tym z przepisami UE dotyczącymi wibracji, które weszły w życie w 2010 r.
W dziedzinie szybkich małych łodzi istnieje obecnie lepsze zrozumienie problemów związanych z przewozem ludzi z dużymi prędkościami. Organizacje wojskowe, rządowe i ratownicze uznają, że strategie redukcji obciążenia muszą być zintegrowane z samym projektowaniem, przygotowaniem, planowaniem i operacjami. Inne cechy techniczne to innowacyjne kształty kadłuba zwiększające płynność ruchu, specjalne powierzchnie do kontrolowania kąta natarcia fal oraz amortyzujące pokłady dla członków załogi i stojących na nich pasażerów. Ale nawet przy całej tej technologii powodzenie zadania zależy przede wszystkim od umiejętności sternika prowadzącego statek, w zależności od warunków morskich.
Użyte materiały:
www.obronaiq.com
www.warspot.ru
www.wikipedia.org
pl.wikipedia.org