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
Příprava CAD modelu součásti pro výrobu

NC programátoři se velmi často potýkají s problémy týkajícími se různé kvality trojrozměrných modelů potřebné pro programování obrábění. Úpravy mohou být obtížné, protože 3D modely součástí často pocházejí z různých zdrojů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Letadlo poháněné sluneční energií vyrazilo na cestu kolem světa

Solar Impulse je projekt mající za cíl vyrobit letadlo poháněné sluneční energií, které dokáže obletět Zemi. Letoun je dílem švýcarského psychiatra a vzduchoplavce Bertranda Piccarda, jednoho z pilotů prvního balonu, který obletěl celý svět bez jediné přestávky, a švýcarského inženýra a podnikatele Andrého Borschberga. Vývoj zastřešuje polytechnika v Lausanne a podílí se na něm několik desítek specialistů.

Setkávání

Setkávání uživatelů konstrukčních a technologických softwarů má již dlouholetou tradici. Informace o novinkách, představení nejrůznějších tipů a triků, někdy i možnost si zasoutěžit a v neposlední řadě rovněž výměna zkušeností v neformální atmosféře patří k hlavním bodům programu takovýchto akcí.

Konstrukce i technologie snadno, rychle a bezpečně

CAD/CAM systém TopSolid verze 7.9 přináší v návaznosti na technologickou část další rozšíření možností v oblasti obecné konstrukce.

Softwarový simulátor stavebního stroje nahrazuje nákladné prototypy

Vývoj stavebních strojů bývá spojen se stavbou fyzických prototypů nových zařízení. Ty však vyžadují vysoké finanční náklady a množství času. Efektivní řešení dnes nabízejí softwarové simulátory. Společnost Volvo Construction Equipment zařadila do vývoje simulátor „human-in-the-loop“, který vyvinula v nástrojích Matlab a Simulink firmy MathWorks.

Od správy nástrojů po simulaci NC programů

V oblasti integrované správy nástrojů u společnosti KHS hraje software pro správu nástrojových dat TDM zásadní úlohu. Tento software zde byl zaveden před čtyřmi lety a v současné době poskytuje 3D modely nástrojů a nástrojová a technologická data pro NC programování, simulaci výroby, seřizování nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.

Softwarové řešení pro přípravu NC programů

Firma FANUC nabízí možnost rozšíření svých CNC řídicích systémů o grafické programovací prostředí nazvané Manual Guide i.

CAM pro CMM

V posledních letech se ve strojírenství stále více dbá na přesnost výroby a tím i na kvalitu a efektivnost měřicího procesu. Měřicí proces dnes zasahuje i do různých stadií výroby, nejen do závěrečného procesu kontroly výrobku.

Racionalizace obráběcích operací s podporou CAD/CAM systému

V roce 2010 společnost Montupet zahájila výrobu na nové obráběcí lince v Laigneville ve Francii s cílem optimalizovat výrobu hlav spalovacích motorů a dalších slévárenských dílců pro automobilový průmysl. Mladý tým zkušebního centra pro podporu a vývoj technologií, který se v průběhu let rozrostl ze dvou na deset lidí, si vybral Missler Software jako ideálního partnera na pomoc při racionalizaci pracovních procesů ve svých závodech. TopSolid CAD a CAM jsou velmi vhodné pro systemizaci procesů obrábění a přesné zdokumentování jednoho každého výrobního postupu.

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.

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?

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