Témata
Reklama

Vyzdvižení jaderné ponorky Kursk

04. 02. 2004

K úspěšnému vyzdvižení havarované jaderné ponorky Kursk ze dna Barentsova moře napomohla simulace záchranné akce pomocí výpočetního a simulačního prostředí Matlab a Simulink.

12. srpna 2000 ruská atomová ponorka Kursk v Barentsově moři explodovala a klesla ke dnu se 118 muži na palubě. Ponorku poháněly dva atomové reaktory a byla vyzbrojena několika jadernými zbraněmi.
Koncem května 2001 kontaktovala ruská strana dvě holandské společnosti - Mammoet a Smit International -, které nabídly specializované technologie pro záchranu ponorky. O čtyři měsíce později, 8. října 2001, byl vrak ponorky vyzdvižen a dopraven do Murmansku, kde z něho byla odstraněna výzbroj a z jeho útrob byla vyjmuta mrtvá těla posádky. Vyzvednutí Kursku byla zatím největší uskutečněná operace tohoto druhu. Klíčem k úspěchu byla simulace záchranné akce pomocí výpočetního a simulačního prostředí Matlab a Simulink, produktů americké firmy The MathWorks, kterou prováděli pracovníci německé strojírenské firmy IgH. Díky simulaci mohl záchranný tým při operaci předcházet nepředvídatelným situacím.
Reklama
Reklama
Reklama

Zvedací člun

Kursk byl vyzvednut speciálně upraveným plošinovým člunem Giant 4 zakotveným na hladině přímo nad ponorkou. Délka tohoto zařízení je 140 m, šířka 36 m, výška 8,5 m a hmotnost 5500 tun. Člun byl pro tento účel speciálně vybaven kajutami pro 50 lidí, jeho konstrukce byla opatřena roštem zpevňujícím horní palubu, vybráním dna člunu, speciální konstrukcí pro vlečení ponorky a 26 kusy vnitřního potrubí vedoucího z paluby ke dnu záchranného člunu určeného pro vedení prvků vztlakového systému opatřeného zvedáky ukotvenými kabely k trupu ponorky. Vedle hloubky a hmotnosti vodou naplněné ponorky hrálo velkou roli turbulentní proudění vody a riziko spojené s atomovými zbraněmi a reaktory umístěnými na palubě. Hmotnost ponorky zvětšoval sací efekt měkké hlíny, ve které byl Kursk uvězněn. Technická data ponorky - délka 154 m, max. šířka 18,2 m. Ponorka ležela v hloubce 115 m.

Průběh operace

Před záchrannou akcí posádka prohledala okolí Kursku, aby byly zjištěny aktuální podmínky prostředí. Proudem vody byla očištěna oblast kolem sekce č. 1, která musela být od trupu ponorky oddělena. Tak byla zajištěna poměrně stálá poloha těžiště vraku při jeho zvedání. Dále bylo do pláště Kursku vyřezáno silným proudem vody obsahující abrazivní materiál 26 otvorů pro vztlakové zařízení. Průměr otvorů byl kolem 700 mm. Před vyzvednutím ponorky bylo třeba ukotvit zvedací člun Giant 4 a spustit vodicí lana z člunu do otvorů vyřezaných v trupu ponorky. Do vyřezaných děr byly spuštěny úchyty spojené se zvedacím lanem. Potom byla ponorka zvedána zvedacím systémem s kompenzací a po dosažení dna člunu byla ukotvena k jeho trupu.
Během zvedání bylo nezbytné kompenzovat pohyb mořských vln tak, aby nedošlo k poškození lan mezi plošinou a ponorkou. Náklon ponorky větší než pět stupňů by mohl poškodit atomové reaktory a vystavit tak záchranný tým nebezpečí ozáření.

Vztlakový mechanismus

Každá zvedací šachta měla hydraulický zvedák upevněný na pneumatickém vyrovnávacím zařízení, které pomáhalo kompenzovat napětí v lanech, vznikající pohybem mořských vln. Každý kompenzátor měl čtyři pneumatické válce vyplněné dusíkem. Tento stlačený plyn fungoval jako vztlaková a tlaková pružina, čímž vznikala síla vyrovnávající polohu zvedáku. Plynová pružina musela být správně řízena, aby ochránila píst před nárazem do válců s kompenzátorem, jinak by vlnobití mohlo přerušit lano a tím celý systém poškodit.

Pracovníci firmy IgH si rychle uvědomili, že kompenzátory nelze brát jako samostatná zařízení. Bylo třeba vytvořit počítačový model systému, jehož součásti jsou zvedací člun, vrak ponorky, kompenzátory a vnější vlivy, jako je vlnobití. Tento systém byl vytvořen a modelován v prostředí Simulinku a obsahoval přesný matematický model celého záchranného systému. Tak bylo možné před realizací záchranných prací zkoumat různé vlivy a předpovídat účinnost jednotlivých rozhodnutí. Do modelu byly vloženy rovnice pohybu záchranné plošiny Giant 4 a ponorky Kursk v šesti stupních volnosti se zahrnutím hydrodynamických sil vytvářených mořskými vlnami. Dále model obsahoval termodynamický model stlačovaného plynu ve válcích, mechanický model kompenzátorů a zvedáků, model plně programovatelného logického kontroléru (PLC) se zahrnutím snímačů a posilovačů a rozhraní k počítačům řídícím PLC. Do modelu byla zahrnuta také délka lan a signály snímačů snímající dva úhly natočení.V úvahu se brala poloha kompenzátorů s ohledem na polohu kabelů a na hmotnosti, kterou byl každý kabel zatížen.Protože řídicími parametry kompenzátorů byly plynové pružiny a jejich tuhosti, bylo hlavním předmětem simulace určovat tyto parametry z podmínek okolního prostředí. Parametry pro různé scénáře simulace byly určeny pomocí grafického rozhraní vyvinutého v Matlabu. Simulační model obsahoval rozhraní k počítačům, které řídily ventily regulující tlak ve válcích s plynem a četly signály ze snímačů délky lan umístěných na jejich ukotvených koncích.Usnadnění vývoje aplikaceFirma IgH plně využila otevřené prostředí Simulinku s možností integrace C kódu. Dr. Wilhelm Hegemeister, generální ředitel IgH, situaci zhodnotil slovy: "Mnoho programových balíků určených pro vývoj technických aplikací postrádá určité funkce. To znamená, že si musíte naprogramovat všechno sami. Naopak Matlab a Simulink řadu těchto funkcí obsahuje a proto může být v Matlabu řešeno mnoho úloh a v případě potřeby lze jednoduše implementovat vlastní zdrojový kód."IgH použila Simulink také k vývoji programů na řízení tlaku v kompenzátorech. Tento software mohl automaticky počítat optimální rozložení zatížení ve všech 26 kabelech a nastavovat tak tlak plynů ve zdvihových kompenzátorech. Software mohl spolupracovat s modelem Simulinku nebo přímo s PLC. Před nasazením do akce byla plně vyzkoušena a ověřena součinnost všech částí záchranného systému. Použitím uvedeného simulinkového modelu firma IgH získala jedinečnou možnost plně porozumět navrhovanému systému jako celku.Krátce před začátkem operace porovnávali ruští experti výsledky svých vlastních výpočtů a pokusů s modelem ponorky s výsledky simulace IgH. Na základě takto získaných výsledků, které byly skoro stejné, mohlo začít vyprošťování Kursku a tragická nehoda tak mohla být uzavřena.Přínos simulace k celé záchranné operaciPráce byla dokončena v krátkém termínu - na řešení úkolu měl záchranný tým čtyři měsíce. "Bez Matlabu a Simulinku by nebylo možné tento úkol dokončit včas," potvrdil dr. Hagemeister. Simulace také umožnila vycvičit operátory na pěti řídicích počítačích člunu Giant 4, a tím ušetřit čas a peníze. Zároveň se snížila rizika záchranné akce na minimum. Operátoři záchranného týmu simulovali vyzvednutí Kursku při různých povětrnostních podmínkách s reálnými chybami, které mohly při akci nastat.Díky simulaci bylo záchranářům umožněno rychle reagovat na nepředvídatelné podmínky. S blížícím se termínem nebylo dále možné čekat na dobré počasí. Simulace umožnila záchrannému týmu optimalizovat kritéria a vložit do systému aktuální data, což bylo při rozhodování, kdy a za jakých podmínek bude Kursk vyloven, rozhodující. Distributorem produktů společnosti The MathWorks v ČR a SR je společnost Humusoft, s. r. o.

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 40128
Datum: 04. 02. 2004
Rubrika: Informační technologie / CAD/CAM/CAE
Autor:
Firmy
Související články
Zvyšte potenciál svého 2D CAD softwaru!

Stále příliš mnoho firem přichází o své finanční prostředky tím, že sice využívají nové technologie, ale ty nezvyšují jejich celkový potenciál. V takovém případě pomůže aplikace DraftSight od Dassault Syst?mes. Pomocí tohoto softwaru lze spouštět stávající DWG soubory a vytvářet nové za zlomek nákladů oproti jiným CAD řešením.

Aerospace - vlajkový průmysl s extrémními nároky

Letecký průmysl je ve Francii významným oborem, a tak není divu, že společnost Missler Software získala v této oblasti jedinečné zkušenosti díky spolupráci s většinou subdodavatelů v oboru. To ji spolu s tisíci díly obráběnými pomocí TopSolidCam řadí mezi špičky v leteckých technologiích.

Zlepšení produktivity navrhování a obrábění

O něco málo více než po roce je tu opět nová verze parametrického 3D modeláře Creo. Jak se povedlo vývojářům do již páté verze Creo zakomponovat požadavky trhu a jaké jsou hlavní směry inovací?

Související články
Komplexní CAM systém s metrologickými nástroji

Je tomu již několik let, kdy se systém Surfcam zařadil do portfolia produktů společnosti Vero Software, která je součástí nadnárodního technologického koncernu Hexagon. Takováto součinnost softwarových gigantů zaručuje optimální kombinaci nejmodernějších technologií v oblasti výroby a špičkových metrologických nástrojů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Nové funkce pro automatizaci obráběcího procesu

Nová verze CAD/CAM softwaru TopSolidAM V7.13 přináší především jednodušší programování s funkcemi, které se velmi snadno používají. Výsledkem je úspora času, které lze dosáhnout díky novému vysoce výkonnému režimu analýzy kolizí a možnosti provádět řadu úloh zcela automaticky, což přináší celkově vyšší úrovně automatizace obráběcích procesů. V nové verzi najdeme i novou strategii najíždění, která zajistí vyšší životnost obráběcích nástrojů.

Simulace v konstrukci - klíč k inovacím

Dlouho zažitým paradigmatem v průmyslových společnostech je striktní rozdělení konstrukčního a výpočtářského oddělení. To je sice určeno pevnými historicky danými důvody, ale ty v současné době začínají pomíjet. Ve stále více společnostech mají konstruktéři možnost provádět průběžně již během konstrukce jednoduché analýzy a vývojový proces tím zefektivnit. Jak tento trend zachytit a být úspěšní v inovativních řešeních?

Budoucnost zkušebnictví

Společnost AV Engineering, a. s., je v ČR známa především ve spojení s produkty PTC - PTC Creo, Windchill nebo Vuforia a Thingworx. Její dceřiná společnost AV R&D, s. r. o., se zabývá zakázkovým vývojem výrobků, technickými výpočty, simulacemi a v neposlední řadě také zkouškami a testováním výrobků.

Úspora času, kterou přináší NX CAM se neměří v minutách ani v hodinách, ale v počtu ušetřených směn

Společnost Telsmith, Inc., byla založena před více než 100 lety a dodnes staví na svém dědictví. Dodává nová drticí a prosévací řešení, aby uspokojila rostoucí celosvětovou poptávku po zařízeních pro zpracovávání minerálů.

CNC obrábění pomocí robotů - Skutečně mohou roboti nahradit CNC obráběcí centra?

CNC obrábění bylo dlouho doménou speciálních obráběcích strojů. Vyvrtávačky, vertikální soustruhy, pětiosá centra s naklápěcími stoly nebo soustruhy “Swiss-style” (zaindexovaný nástroj v ose X) mají za úkol poskytovat efektivní řešení pro speciální operace obrábění. Tím se docílí maximální strukturované efektivity pro specifické operace, ale velké omezení zde představuje pracovní prostor. Jakékoli jeho zvětšení představuje vysoké náklady, protože s pracovním prostorem roste i celý stroj.

Na cestě ke zrození stroje: Část 3. Cenová nabídka

Série deseti článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Na cestě ke zrození stroje: Část 1. Průzkum trhu

Série 10 článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje postup výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, v jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu a návratnost investic.

Průmysl 4.0 v praxi

Reflexe současného poznání s aplikací prvků Průmyslu 4.0 do praxe byla předmětem odborné konference, kterou společnost Ceratizit společně se svými partnery připravila pro téměř stovku účastníků z řad výrobních společností ve svém Technickém centru. Od původního teoretizování o aspektech Průmyslu 4.0 jsme se nyní dostali již k praktických zkušenostem.

Virtuálně na veletrh

Svět se nám doslova před očima přelévá do online prostoru. To, že se na internet přesune mnoho služeb a komodit bylo jasné už od rozšíření a zvýšení dostupnosti internetu široké veřejnosti. Letošní pandemická situace však tento přerod ještě více umocnila. Ostatně i v průmyslu nás již několik posledních let doprovázejí hesla jako Internet věcí, digitalizace, big data, cloud apod. Oblíbené semináře a konference dostaly virtuální podobu a koncem listopadu si také 17 vystavovatelů a okolo 300 návštěvníků vyzkoušelo první virtuální odborné B2B setkání s názvem Výroba forem 2020.

900 000 nástrojových datových záznamů navíc

Nové rozhraní výrazně rozšiřuje datovou nabídku pro uživatele systému TDM. Ti mají nově k dispozici nástrojová data od více než 40 výrobců, tedy téměř pro každou obráběcí operaci.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit