Историческая справка

Отдел «Виброакустика машин»

В связи с началом строительства в стране атомного подводного флота Институт машиноведения им. А.А. Благонравова  РАН наряду с другими организациями  был привлечен к проектированию и созданию механизмов и машин, обладающих требуемыми виброакустическими характеристиками.

На всех этапах создания атомных подводных лодок (АПЛ)  от первого до четвертого поколений ИМАШ осуществлял научное сопровождение и непосредственно участвовал в теоретических разработках и в проектировании  механизмов. При этом ИМАШ участвовал в заводских сдаточных испытаниях головных и серийных главных турбозубчатых агрегатов (ГТЗА) и блочных паротурбинных установок (БПТУ)  на стендах Ленинградского Кировского завода (ЛКЗ) и Калужского турбинного завода (КТЗ), а также участвовал в натурных испытаниях АПЛ и надводных кораблей (НК).

Следует подчеркнуть особую сложность, новизну и комплексность задач, поставленных перед Институтом Машиноведения.
При решении проблем виброакустики механизмов и машин АПЛ сотрудники  ИМАШ выполнили  более 40 научно-исследовательских работ и 12 опытно-конструкторских работ, приняли участие в акустической доводке и испытаниях 35 АПЛ и надводных кораблей, выпустили более 11 сборников научных трудов [1-11] и внесли весомый вклад в сокровищницу фундаментальных исследований в области современного машиноведения. 

Сложность поставленных задач  предопределяла комплексный подход к проведению теоретических и экспериментальных исследований виброакустических процессов, возникающих в машинах и механизмах. Этот подход включал: изучение физической природы возникновения колебаний в реальных (т.е. относительно неточных и деформируемых) механизмах; выявление возможностей влияния на их виброакустические характеристики; разработку конструктивных и технологических методов снижения  вибраций в источнике и на путях их распространения от механизмов в окружающую среду.
Для изучения проблем шума и вибраций силовых энергетических установок в ИМАШ был создан Отдел виброакустики машин, который возглавил крупнейший специалист в области  зубчатых передач д.т.н. проф. М.Д. Генкин.

Обладая незаурядными организаторскими способностями, М.Д. Генкин привлек к изучению проблемы шума и вибраций механизмов группы  молодых специалистов  из МВТУ, МАИ, МФТИ: механиков, физиков-акустиков и радиоэлектроников. Понимая важность экспериментальных методов изучения виброакустических процессов в машинах, М.Д. Генкин уделял огромное внимание разработке методов экспериментальных исследований. В результате успешной совместной деятельности М.Д. Генкина и руководства ЛКЗ (Ленинградский Кировский завод) в ИМАШ была создана уникальная экспериментальная база, построен испытательный комплекс. В последствии активное участие в расширении испытательного комплекса и создании в нем вычислительного центра принимал академик К.В. Фролов.

В начале 60-х годов совместно ИМАШ, Акустический институт (АКИН) и ЦНИИ имени академика А.Н. Крылова (ЦНИИ Крылова) провели первые натурные расширенные экспериментальные исследования пространственных колебаний переборного редуктора ГТЗА производства ЛКЗ (с анализом шума, вибраций и динамических сил) на надводном корабле. Для проведения этих испытаний была создана и смонтирована на корабле  уникальная многоточечная система сбора и обработки информации о пространственных колебаниях и многоточечном силовом воздействии ГТЗА на фундаментные и корпусные конструкции. Это было сделано впервые в СССР, по крайней мере, в области виброакустики. Система коммутации собирала синхронную информацию со 150 датчиков на различных режимах движения корабля.

В результате было выявлено влияние конструктивных особенностей элементов редуктора и главной турбины на  вибрацию и шум, определены динамические характеристики фундаментов, разработан комплекс мероприятий по совершенствованию ГТЗА.

На базе созданного измерительного комплекса были отработаны методики многоканальных синхронных измерений, что позволило применить корреляционные методы анализа и  тем самым существенно увеличить информативность проводимых измерений. Одновременно было получено первое в отечественной практике представление о реальных вибрационных процессах, протекающих в судовых переборных редукторах большой мощности. В дальнейшем отработанные методы измерения вибраций легли в основу работы акустических служб, созданных на ЛКЗ, КТЗ, Северного машиностроительного предприятия (СПМ) и Южно-турбинного завода (ЮТЗ, г. Николаев).

Большую помощь академическим институтам, в том числе и ИМАШ, в организации и проведении научно-исследовательских работ в области снижения шума подводных лодок оказал созданный в 1967 году Научный совет Академии наук СССР по комлексной проблеме «Гидрофизика». Научный совет многие годы успешно возглавляли президент АН СССР академик А.П. Александров, и затем академик А.В. Гапонов-Грехов.

Комплекс работ, выполненных ИМАШ в период создания АПЛ второго поколения, по исследованиям вибраций редукторов ГТЗА и разработке методов виброакустических измерений в натурных условиях был отмечен в 1973г. Государственной премией СССР. Лауреатами премии стали сотрудники ИМАШ: М.Д. Генкин, В.К. Гринкевич, В.И. Панченко, Ю.Е. Глазов, Л.В. Сухоруков, А.Р.Лолейт и  Д.В. Макурин.

Структура Отдела виброакустики, состоящего вначале из четырех, а затем из 14 лабораторий, позволяла в комплексе решать проблемы шума и вибраций машин и конструкций. Исследования проводились по нескольким направлениям, причем одновременно и взаимосвязано.

В результате тщательных исследований сложной механической системы выяснилось, что одним из основных источников возникновения вибраций и шума в судовых энергетических установках является планетарный редуктор ГТЗА или БПТУ, что и предопределило дальнейшую программу научно-исследовательских работ.

Совместно ЛКЗ и ИМАШ была разработана схема двухступенчатого планетарного редуктора, которая легла в основу всех БПТУ, изготавливаемых ЛКЗ. Имея сравнительно малые весогабаритные показатели и обладая геометрической симметрией, предложенный планетарный редуктор позволил достаточно просто реализовать виброизоляцию поперечных колебаний, которые определяли виброактивность существовавших в то время переборных редукторов надводных кораблей.
Из большого числа работ, выполненных в различных направлениях, ограничимся  следующими работами.

Разработка единой физико-математической модели системы «механизмы-корпус ПЛ-окружающая среда»

Работы по созданию, так называемого, Метода сквозного расчета,  т.е. метода расчета колебаний модели «БПТУ-валопровод-винт-корпус-   окружающая среда», проводились в лаборатории, возглавляемой Г.В. Тархановым. Позже такой подход был назван «акустическим проектированием».

Взаимосвязанность колебаний сложной механической структуры и излучения корпуса в окружающую среду потребовала комплексного подхода к созданию ее физико-математической модели (ФММ), позволяющей на стадии проектирования анализировать варианты конструкций и оценивать их виброактивность по полю давления в окружающей среде.
При решении задач этого направления были разработаны динамические модели, методы расчета и компьютерные программы, изложенные в соответствующих отчетах.

Дальнейшее развитие получили экспериментальные методы выявления форм колебаний сложных конструкций и динамических нагрузок, действующих в источниках возбуждения колебаний. Обоснован метод нормирования виброактивности корабельных механизмов по динамическим реакциям, передающимся через опорные и неопорные связи на фундаментные конструкции.

Разработаны методы экспериментальных исследований механизмов и оборудования в стендовых  и натурных условиях. К числу этих методов относятся: измерение динамических податливостей при действии системы сфазированных вибровозбудителей; измерение уровней вибраций и реакций в связях при плавном изменении частоты вращения и последующий следящий анализ с частотой источника возбуждения; измерение динамических сил, передаваемых через виброизоляторы с помощью специальных динамометров..

Разработка активных методов снижения вибраций корабельного оборудования и методов оценки дальности обнаружения ПЛРазработка методов и средств виброизмерений

Разработка методов и средств виброакустической диагностики

Исследования точности изготовления и  жесткости элементов, кинематики и статики планетарных редукторов

Исследования процессов возбуждения колебаний в зубчатых передачах

Разработка активных виброзащитных систем

История ИМАШ неразрывно связана с историей создания атомного подводного флота России в части решения проблемы снижения шумности и повышения скрытности ПЛ, что является одним из основных показателей ее боевой эффективности. Менее чем за 50 лет существования атомного подводного флота шумность ПЛ ВМФ общими усилиями была снижена в 100 раз и более.