Часть 1 - здесь
Итак, далее – уже не о житейских вопросах комфорта и упрощенных до изумления способов эксплуатации этого технического дива. Далее – уже легкий холодок по спине у тех, кто догадывается, что такое глубины, на которых проектанты этого водоплавательного устройства решили понырять и поплавать:
- Принятая у «Титана» форма прочного корпуса для экстремальных глубин: не сфера (это было бы лучше всего: минимальная площадь, идеальная симметрия, оптимальное распределение и уравновешенность напряжений в толстостенной оболочке, т.е. максимальная прочность), а цилиндр с двумя полусферическими переборками на торцах.
Ну ладно, у подводных лодок прочные корпуса тоже цилиндрические, морякам туда тоже надо втиснуть очень много оборудования и десятки человек экипажа. Как и частной лавочке «OceanGate Inc.» - побольше платежеспособных туристов.
Последнее – это главная для меня загадка «Титана». Во-первых, неужели трудно было заранее просчитать и потом отслеживать при модернизациях вопросы равновесия и удифферентовки? Третьекурсника какого-нибудь с простеньким самодельным софтом рядом не оказалось?
И, во-вторых, как этот пористый материал (вспененная мягкая пластмасса) сохраняет свой объем на большой глубине? А если он всё-таки сжимается до габаритов детских кубиков, то почему это не влияет на плавучесть и равновесие этого глубоководного аппарата, почему он не притапливается, задирая одновременно нос? Всё компенсируется перемещением людей внутри и вертикальными моторчиками? Но тогда дифферент должен меняться при даже небольших продольных перемещениях людей – ведь дифферентных цистерн в этом аппарате тоже не предусмотрено?
Даже вроде бы не хуже всех марок сталей освоенные и тысячи раз испытанные, многими институтами и реальными лодками проверенные на практике титановые сплавы для цельнометаллических прочных контуров - они всё равно немного настораживают. Не такой уж это и предсказуемый металл.
А у этих мудрецов на их пепелаце - 127-миллиметровая композитная (углепластиковая) оболочка цилиндрической части. Которую они даже не удосужились просветить-прозвонить на наличие неоднородностей (а все они - ослабления и концентраторы напряжений).
Но даже если такое изделие получилось безупречным, кто сказал, что добрая слава передового, очень прочного и легкого углепластика в авиастроении и, самое близкое по тематике, для баллонов со сжатыми газами гарантирует такой же успех для оболочек, работающих под давлением внешним?
Долговременные изменения механических свойств подобных композитов, во-первых, в настоящее время еще недостаточно изучены и, во-вторых, эти свойства и сама надежность таких материалов для таких видов нагрузок (к тому же – в соленой воде) изначально не внушают большого оптимизма.
В раздуваемых изнутри баллонах плотно склеенные между собой армирующие карбоновые нити работают на растяжение, здесь они выше всех похвал. Но в сдавливаемой со всех сторон углепластиковой оболочке они противостоят уже сжимающим усилиям, в этой роли они проявляют себя уже как намного более посредственный с точки зрения прочности (на тот раз - на сжатие) материал.
В последние годы, по мере накопления практического опыта на редких образцах соответствующих подводных изделий и конструкций, становится всё более очевидным, что подобные композиты к тому же очень плохо переносят циклические нагружения. Они быстро (не через миллионы циклов, как у сталей, а чуть ли не через десятки) начинают уставать и трескаться.
Могу только предположить, что одна из причин в следующем: в уменьшающемся при всестороннем обжатии объеме материала оболочки этим нитям чисто геометрически может понадобиться больше места в направлениях, перпендикулярных их осям. Образно ситуацию с растяжением таких нитей можно сравнить с плотным безупречным потоком идущих по автостраде на одной скорости длинных автомобильных «поездов». А сжатие – это когда эти автопоезда вынуждены дружно пятиться, неконтролируемо наезжая своими прицепами друг на друга.
Ничего странного в том, что «медлительно пульсирующие» при повторяющихся погружениях на гигантские глубины боковые усилия от нитей в то и дело обжимаемом извне прочном корпусе быстро приведут к появлению циклической усталости в таком композите. И, соответственно, к последующим расслоениям в склеивающем эти нити материале (каковым является хоть и очень хорошая, но всё-таки не более чем эпоксидная или подобная ей смола). Далее – трещины и разрушение такой оболочки.
Неприятным пятном на репутации «OceanGate» остается подозрение о том, что фирма по дешевке купила то ли формально просроченное, то ли действительно некондиционное углеволокно. Об этом похвастался сам С. Раш, хотя за язык его никто не тянул.
Теоретически возможны сугубо механические проблемы в узлах соединений УГЛЕПЛАСТИКОВЫХ элементов прочного корпуса с МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ. Пусть даже и из титана, лабораторные параметры которого хорошо согласуются с примененной маркой углепластика.
Упрощенно говоря, участки совместно работающих разнородных материалов со временем могут начать по-разному деформироваться и начать стремиться пространственно отдалиться друг от друга. Т.е. могут появиться предпосылки к образованию даже не трещины, а щели.
Под подозрением здесь не достаточно стабильный, уже годами изученный и испытанный на практике титан, а углепластик. Те его параметры, которые определяют величину его деформаций в разных направлениях под заданной нагрузкой. Эти параметры могут начать самопроизвольно изменяться и привести к тем эффектам, которые конструкторы не предусмотрели. И предусмотреть были просто не в состоянии из-за недостатка годами накопленных научных данных по такому материалу.
А далее – лучше присядьте на что-нибудь устойчивое. Эти два титановых кольца ПРИКЛЕИВАЮТСЯ к вышеупомянутому цилиндру из углеволокна. Два материала разной природы (пусть даже и с практически одинаковыми поначалу параметрами деформаций при одинаковой нагрузке), соединенные всего лишь за счет адгезии третьего материала. Причем о реальных длительных физических свойствах последнего при экстремальных параметрах окружающей среды никто ничего пока что не знает.
Навороченное дилетантами из «OceanGate» - это абсолютно другая ситуация, нежели хорошо известные кораблестроителям проблемы с соединениями (давным-давно не клепанными, конечно) цилиндрических обечаек с прочными переборками. В особенности – с концевыми. В таких местах происходит существенное изменение направления и повышение напряжений в оболочке прочного корпуса. На бытовом уровне это можно сравнить с существованием крутого поворота на плотно заполненной машинами скоростной автостраде.
Проблемы наваливаются даже если соединяемые элементы изготовлены из одинаковых [металлических] материалов. Сварной шов из подобного же материала превращает два этих элемента в элемент из одного монолитного на атомном уровне куска металла. Но - не без дополнительно возникающих здесь основных рисков (попавшие в шов посторонние включения, непровары, трещины, дополнительные сварочные напряжения).
Как известно, при изготовлении сосудов, работающих под давлением, сварные швы подлежат обязательной проверке на наличие подобных неприятностей – лучше, если не одним, а несколькими видами дефектоскопии. Даже когда всё собирается из давно испытанных и надежно проверенных лодочных сталей. С неразрушающим контролем несколькими методами каждого шва под акты, подписи и персональную ответственность без срока давности не раз проверенного и перепроверенного сварщика.
«Сосуд, работающий под давлением» - это общепринятый технический термин, используется для всей линейки таких объектов, от маленького огнетушителя до реактора атомной станции и прочного корпуса любой, даже самой большой субмарины.
Мое личное правило при проектировании или обследовании любых (хвала небесам, почти всегда они - только под механическими нагрузками) хоть минимально-чреватых промышленных узлов или объектов (переделано из общеизвестного афоризма):
a) все грибы съедобны
b) но все они делятся на три неизбежные категории:
b1) те, которые ВСЕГДА съедобны,
b2) те, которые съедобны только ОДИН РАЗ,
b3) и те, которые съедобны только НЕСКОЛЬКО РАЗ (причем никто не знает, чему равно это «несколько»)
А правило таково: если оказываешься в «серой зоне «b3)», то переводи всё в «b1)». Не подставляй людей, которые на тебя полагаются. Если перевести принципиально невозможно – заблокируй проект или прими меры.
5) В 8-00 местного (североамериканского восточного) времени (15-00 московского) 18 августа 2023 года «Титан» начал погружение. Условленное время «выхода на связь» с судном обеспечения - каждые 15 минут. Используя свои скудные средства связи, «Титан» должен был давать в одну сторону акустические сигналы вида «сейчас аз есьмь, сейчас я здесь». Насколько можно понять, через 1 час и 30 минут, т.е. в 9-30 местного времени (16-30 московского) очередное сообщение поступило, но через 1 час и 45 минут, т.е. в 9-45 местного (16-45 московского) глубина на условленных частотах уже молчала.
С этого времени начала подниматься тревога: «батискаф пропал с радаров». Хотя это был не батискаф, и не с радаров (в воде они не работают), а с сонаров, т.е. с приемников гидроакустических систем.
Но – пропал. Резонно полагать, исходя из 2 часов 30 минут обычного времени погружения до здешнего дна (на котором лежат останки «Титаника») или из средней вертикальной скорости 0,42 метра в секунду: что-то произошло на глубине где-то между примерно 2280 и 2660 метров.
Несколькими днями позже, уже в разгар поисков, помалкивавшая всё это время Береговая охрана США заявила, что располагает объективными данными, полученными (так везде утверждают) ровно в 9-45 местного (в 16-45 по московскому времени) еще 18 августа. Военные, как всегда, темнят по своим причинам, в том числе о точных времЕнных координатах, но существенно здесь другое: их гидрофоны зафиксировали в этом районе, как раз над останками «Титаника», слабый, но очень характерный звук разбитой лампочки накаливания. Сигнатура катастрофического разрушения рукотворного объема, находящегося под большим внешним давлением.
Дежавю из 21 мая 1968 года, 400 миль к юго-западу от Азорских островов, за 5 дней до намеченного возвращения на базу атомной подводной лодки «Скорпион». Только тогда звуковой импульс был сильнее. По пеленгам её удалось найти – вернее, разметанные на расстоянии 3047 метров по вертикали от поверхности океана останки 76,8-метровой субмарины, которая по каким-то причинам проскочила свою предельную 300-метровую глубину.
Внешнее давление на глубинах 2,28 … 2,66 километра – это 235,5 … 274,8 атмосфер. Чтобы проще было представить, это давление на каждый квадратный сантиметр тела живого человека, если он там внезапно окажется, веса столба свинца высотой 207 … 290 метров. Со всех сторон тела, столбы высотой примерно четверть километра, с половину Останкинской телебашни.
Человек на 70% состоит из [несжимаемой] воды, она – в каждой клетке мягких тканей.
Поэтому белковые и жировые составляющие всех таких тканей в тот момент, когда океан вломился в хрустнувший углепластик «Титана», получили удар, соизмеримый с ударом многотонного парового молота по кончику мизинца: при этом роль наковальни сыграла вода внутри клеток. С воздухом в полостях тел случилось то же, что и с воздушной атмосферой в их убежище: его спрессовало и взрывообразно распылило в туман, облако которого поплыло вверх.
Результат – от людей в «Титане» в миллисекунду остались только пять мгновенно разметанных окрест клубков блеклого желе с вкраплениями пыли, нитей, произвольной формы обрывков и хлопьев в рваных остатках одежды вперемешку с металлическими и пластмассовыми предметами.
Твердым составляющим тел должно было повезти больше (хотя и не так, как монолитным кусочкам металлов и пластиков: в порах костей и даже в зубах присутствовало обычное наземное давление). Именно их давленные фрагменты и слабые пятна упомянутого желе могли зафиксироваться где-то в неудобьях и на поверхностях пострадавших фрагментов аппарата. И даже уцелеть при подъеме с морской соленой глубины. Может статься, что заявление спасателей об обнаружении [подобных] останков подтвердится. И в них даже удастся идентифицировать чьи-то ДНК.
Выводы:
I. К гибели ГА «Титан» привело почти мгновенное разрушение его прочного контура на глубине между примерно 2280 и 2660 м. По одной или сразу нескольким конкретным, упомянутым далее причинам
(поскольку любое искажение проектной формы прочного корпуса, любое локальное понижение прочности или малейшее, в сотые доли миллиметра признаки нарушения целостности материала или герметичности в таких обстоятельствах – это детонатор возможного начала катастрофических последствий):
I.a [ставший фатальным] производственный механический дефект(ы) где-то в толще 127-мм углепластиковой цилиндрической обечайки: это означает недостаток площади сечения или/и возникновение концентратора напряжений в этом месте(ах) – т.е. риск превышения предела прочности изделия;
I.b сама порочность идеи применения даже самых прочных и монолитных армированных пластиков для герметичных конструкций под большими значениями ВНЕШНЕГО давления;
I.c исчерпание запаса по усталостной прочности углепластикового цилиндра
(что-то уж слишком быстро, конечно, было не так уж и много погружений, не более нескольких десятков полных циклов нагружения – но что-то подобное уже было замечено при тестировании конструкций «Титана»: как утверждал храбрый глава «OceanGate», это было нейтрализовано дополнительными слоями углепластика, усиливающими этот цилиндр);
I.d- проигнорированная при проектировании возможность постепенного изменения исходных физических параметров материалов РАЗНОЙ природы, титанового кольца и углепластикового цилиндра: при их совместном деформировании в одном и том же герметичном соединении они могли начать вести себя несогласованно и начать его разрушать;
I.e- не выполнившие свою функцию КЛЕЕВЫЕ швы шириной всего 127 мм – это единственное, что сращивало и герметизировало критически-важные соединения углепластикового цилиндрического участка с обеими титановыми торцевыми [поперечными] переборками;
I.f- появившаяся трещинка в области контура или непосредственно в прозрачной части излишне смелого 380-мм забортного иллюминатора.
II. Тела 5 человек на его борту были полностью разрушены за тысячные доли секунды, т.е. намного раньше истечения той примерно 0,1 секунды, за которые проходят и обрабатываются нервные импульсы человека.
- - -
Часть 1 – здесь
Часть 3 – здесь
(*) – иллюстрация из интернета, открытые источники
Если понравилось рассказанное – не стесняйтесь кликнуть по значку «Во!» (это где большой палец вверх, что в Дзене означает вовсе не респект автору, а «давайте ещё чего-нибудь примерно такого же», «требую продолжения банкета!»). И – подписывайтесь на канал, оставляйте комментарии.
# катастрофа батискафа "Титан"
# OceanGate
# конструкция батискафа "Титан"
# причины гибели батискафа "Титан"
# морская техника
# глубоководные аппараты
# останки "Титаника"
# морская инженерия
# Стоктон Раш
# история морской техники