Sigma czyli holenderski sposób na budowanie okrętów

Co to jest SIGMA?

Proponowana przez holenderską grupę stoczniową Damen koncepcja SIGMA (Ship Integrated Geometrical Modularity Approach) to w dosłownym tłumaczeniu zintegrowane podejście do modularyzacji geometrycznej jednostek pływających. Określenie jest o tyle mylące, że w miarę upływu czasu szeroko pojęta standaryzacja i powtarzalność rozwiązań konstrukcyjnych zaczęła dotyczyć nie tylko samego kadłuba, ale również jego wyposażenia. W ten sposób inżynierowie znając wymagania klienta mogą projektować okręty korzystając z obszernego katalogu już gotowych elementów: bloków kadłuba, segmentów nadbudówek, pomieszczeń, urządzeń wewnętrznych a nawet wystroju wewnętrznego.

W celu doprowadzenia do standaryzacji Holendrzy podjęli bardzo rygorystycznie przestrzegane decyzje, co do sposobu realizacji budowy oraz samej konstrukcji jednostek pływających. Jeżeli chodzi o zasady prowadzenia budowy to bezwzględnie przestrzega się następujących reguł:

• Dokumentacja projektowa i wykonawcza musi być zamknięta, zaakceptowana i zatwierdzona przed rozpoczęciem budowy. Unika się w ten sposób kosztownych opóźnień wynikających z wprowadzanych nagle zmian konstrukcyjnych oraz pozwala się maksymalnie skupić na samej budowie;
• Systemy nie mogą być zbyt gęsto rozmieszczane, co jest często widoczne na standardowych okrętach w wypadku dążenia do ograniczenia rozmiarów. Holendrzy udowodnili, że wybierając większe jednostki pływające, zamawiający nie ponosi wyższych kosztów. Jak się okazuje cena pustego kadłuba (bez wyposażenia) stanowi mniej niż 5 do 15% ceny całego okrętu. Wybierając większy rozmiar można natomiast ograniczyć koszty projektowania jednostki, jej budowy, montażu urządzeń i późniejszej eksploatacji;
• Wszędzie gdzie jest to możliwe stosuje się cywilne urządzenia i standardy. W założeniu ma to przyczynić się do ograniczenia kosztów (przy zachowaniu wysokich norm jeżeli chodzi o niezawodność), ale również promowania komercyjnego podejścia do prowadzenia eksploatacji i zabezpieczenia logistycznego (np. łatwiejsza dostawa części zamiennych i istniejący na całym świecie serwis).

Jeżeli chodzi o konstrukcję, to założono, że na poszczególnych okrętach SIGMA pewne rozmiary, rozwiązania i cechy są takie same. Według Holendrów ma to nie tylko ułatwiać projektowanie, ale pozwalać również na rezygnację z kosztownych i czasochłonnych badań i testów oraz ograniczać ryzyko, które istnieje zawsze przy tworzeniu nowych konstrukcji.

Klient nie ma więc pełnej dowolności (korzystając z gotowych wzorców), ale unika w ten sposób kosztów wynikających m.in., z tzw. zasady 90:10 (zmiana jednostki pływającej tylko o 10% wymusza kosztowną zmianę 90% jej projektu). Zamawiający otrzymuje natomiast produkt o  znanych parametrach. Dowolność i rzeczywiste różnice pojawiają się w zakresie systemów uzbrojenia, które mogą być dobierane przez klienta z uwagi na standaryzację.

Grupa Damen proponuje w tym zakresie między innymi dostawców urządzeń pokładowych, z którymi zawarła umowy partnerskie, co ma przyczynić się do ograniczenia kosztów i istotnego skrócenia czasu budowy. Oferowane rozwiązania podlegały już wcześniej ocenie przez przedstawicieli spółki.

SIGMA - standardowe rozmiary i kształty

Punktem wyjścia przy budowie okrętów SIGMA jest standard rozmiaru kadłuba i jego kształtu. Holendrzy w pierwszej kolejności założyli, że optymalnym odstępem pomiędzy grodziami jest 7,2 m. Kadłuby wszystkich „Sigm” mają więc długość, która jest krotnością tej liczby.

Wybór wynika wprost z międzynarodowych przepisów nakazujących, by sześciometrowe uszkodzenie kadłuba nie powodowało zatopienia okrętu. Przy odstępie 7,2 m takie uszkodzenie poszycia burt spowoduje zalanie najwyżej dwóch przedziałów, co w przypadku jednostek SIGMA jest dopuszczalne (zachowują wtedy pływalność). Holendrzy wybrali taki odstęp chcąc również zapewnić pomiędzy grodziami wystarczająco dużo miejsca dla kontenera 20-stopowego (o długości 6,1 m).

W oparciu o określony odstęp pomiędzy grodziami stworzono całą gamę standardowych wymiarów geometrycznych - przede wszystkim jeżeli chodzi o długość i szerokość kadłuba, wysokość pokładów, pochylenie burt i nadbudówek. Widać to również w oznaczeniach, jakie stosuje się w odniesieniu do poszczególnych typów okrętów SIGMA. Składają się one z 4-5 cyfr, z których dwie ostatnie określają szerokość w metrach, a dwie – trzy pierwsze to długość. Przykładowo marokańska korweta 10513 to jednostka o długości 105,11 m i szerokości 13,02 m, indonezyjska korweta 10514 to jednostka o długości 105,11 m i szerokości 14,02 m, natomiast marokańska korweta 9813 to jednostka o długości 97,91 m i szerokości 13,02 m.

W oferowanym obecnie typoszeregu SIGMA proponuje się jednostki o liczbie grodzi od 7 do 15 i wyporności od 520 do 2400 ton. W zależności od liczby grodzi zmienia się długość okrętów (od 46,80 do 105,6 m na wysokości linii wodnej), a w zależności od wyposażenia wewnętrznego - także ich szerokość (od 8,4 do 13,8 m na wysokości linii wodnej). W razie potrzeby długość kadłuba może nawet wzrosnąć do 150 m, a szerokość do 15 m.

Wszystkie wersje zestawionych kadłubów przeszły badania modelowe z udziałem Holenderskiego Instytutu Badań Morskich MARIN (Maritime Research Institute Netherlands) już we wstępnej fazie opracowania koncepcji SIGMA. Pozwoliło to na potwierdzenie właściwości hydrodynamicznych dla gotowego katalogu sekcji. Według przedstawicieli grupy Damen nie ma w ten sposób potrzeby prowadzenia badań modelowych i budowy prototypu, co ma przyczynić się do przyspieszenia i ograniczenia kosztów prac koncepcyjnych i projektowych.

Gwarantowane jest przy tym m.in. zminimalizowanie wibracji, szczególnie przy poruszaniu się z maksymalnymi prędkościami. Znany jest przypadek wysokiej rangi oficera jednego z krajów afrykańskich, który uczestnicząc w próbach morskich jednej z marokańskich korwet SIGMA nie chciał uwierzyć, że jednostka ta porusza się prędkością 28 w.

Holendrzy proponują liczne warianty kadłuba, systemu napędowego i wyposażenia, oraz sposoby w jaki można dokonać ich optymalnego doboru, zarówno w odniesieniu do pożądanych zdolności, jak i kosztów, jakie gotowy jest ponieść klient. Istnieje między innymi możliwość:

• tabelarycznego doboru rodzaju kadłuba w zależności od wymaganej stateczności (w odniesieniu do przechyłów wzdłużnych)
• tabelarycznego pokazu zależności prędkości od kadłuba i wybranego zespołu napędowego;

Zamawiający może wiec wybrać optymalne rozwiązanie, weryfikując w dopuszczalnych granicach wymagania i wskazując tylko te obszary, w których konieczne jest wprowadzenie zmian do standardowych rozwiązań. Jak wskazują Holendrzy, z uwagi na szeroki katalog ofert wdrożenie modyfikacji okazuje się niezbędne w stosunkowo niewielu przypadkach.

Każdy kadłub ma zawczasu wyznaczone optymalne, biorąc pod uwagę ocenę koszt – efekt rozwiązanie, z którego zamawiający może skorzystać. Jeżeli decyduje się jednak np. na wybór silników o większej mocy to od razu jest świadomy, że związane jest to z większymi kosztami ich zakupu (oraz systemów towarzyszących – np. przekładni) oraz wyższymi nakładami na eksploatację (wzrasta np. zużycie paliwa, zmniejsza się zasięg przy tej samej wielkości zbiorników, pojawiają się trudności eksploatacyjne przy operowaniu na mniejszych prędkościach).

Określono również sposób, w jaki zachowują się poszczególne typy kadłuba SIGMA przy różnych stanach morza i przy różnie dobranych systemach napędowych. Jako poziom odniesienia wybrano kryterium 3º przechyłów wzdłużnych przy prędkości 18 węzłów. Korzystając z opracowanych w formie tabeli wyników wiadomo np. że kadłub SIGMA 13-13 (wykorzystany na okrętach SIGMA 9813) osiągnie taką amplitudę przy stanie morza 5 i wysokości fali 3,25 m. SIGMA 10-9 - a więc okręt, który miałby długość 73 m i szerokość 9 m, osiągnąłby przechyły trzystopniowe przy prędkości 18 w już przy stanie morza 4 i fali o wysokości 2,5 m.

Zewnętrzny kształt kadłuba w każdej wersji został opracowano zgodnie z zasadami technologii stealth. Jednostki SIGMA mając więc w przekroju poprzecznym kształt deltoidu o bokach odchylonych o 11,3º (co ma skutecznie rozpraszać dochodzące do okrętu fale radiolokacyjne). Podobnym rygorom poddano wyposażenie zewnętrzne, w tym również maszt.

SIGMA - szeroki katalog proponowanego wyposażenia

Holendrzy ustalając pewne standardy co do rozmiarów geometrycznych okrętów SIGMA opracowali również generalne zasady, co do rozkładu w ich wnętrzu pomieszczeń i najważniejszego wyposażenia. Każda jednostka jest więc „wirtualnie” podzielona na przestrzenie użytkowe, z optymalnym według konstruktorów miejscem dla np. siłowni, strefy operacyjnej, czy pomieszczeń mieszkalnych. Dodatkowo dzięki takiemu podejściu projektanci mogli opracować wcześniej gotowy katalog pomieszczeń, które są rozlokowane według z góry określonego schematu.

Punktem odniesienia do planowania wnętrza okrętów SIGMA jest drugi pokład. Jest on w większości przypadków położony na poziomie krawędzi przecięcia boków deltoidu tworzonego przez pochylone burty i nadbudówki, a więc w najszerszym miejscu okrętu.

Na drugim pokładzie:

• biegnie wzdłuż całego okrętu (bez żadnych załamań) korytarz główny, który zaczyna się od półotwartego pokładu rufowego pod lądowiskiem i kończy przy pomieszczeniach dziobowych. Jest to główna arteria komunikacyjna i jednocześnie wirtualny „kręgosłup” całego układu pomieszczeń;
• położono główne linie kablowe, systemy wentylacyjne i rurociągi podłączając do nich znajdujące się powyżej i poniżej poszczególne pomieszczenia oraz systemy.

Tworząc sektory użytkowe ustalono, że pokłady: pierwszy i znajdujące się powyżej generalnie stanowią przestrzeń funkcjonalną, natomiast na pokładzie drugim znajduje się strefa mieszkalna, administracyjna i systemów wspomagających działanie okrętu. Badania prowadzone przez Holendrów wykazały, że odseparowanie strefy operacyjnej od „życiowej” pozwala na zwiększenie komfortu załogi i poprawia warunki wypoczynku.

Dokładne określenie pewnych stałych geometrycznych wymiarów i zasad projektowania wnętrza okrętu ukierunkowuje podwykonawców, by ich systemy mieściły się w określonych geometrycznych limitach, a nawet na stworzenie katalogu już gotowych elementów wyposażenia. Łatwo to dostrzec porównując zdjęcia pomieszczeń na różnego typu okrętach SIGMA, które tak naprawdę różnią się jedynie jeżeli o szczegóły wyposażenia i preferowaną kolorystykę.

SIGMA a systemy uzbrojenia

Oceniając znajdujące się w linii okręty SIGMA nie powinno się brać pod uwagę jedynie zamontowanych na nich systemów uzbrojenia. Ich rodzaj i ilość zależy bowiem jedynie od możliwości finansowych i wymagań klienta. Dzięki zastosowanym rozwiązaniom Damen może zamontować na oferowanych jednostkach szeroki zakres uzbrojenia i sprzętu.

Należy przytoczyć tutaj m.in. systemy przeciwlotnicze, którymi na SIGMA-ch mogą być np. dwie „proste” i tanie wyrzutnie Tetral po 4 rakiety Mistral (na korwetach 9113) lub droższe, ale dysponujące większymi zdolnościami zestawy rakietowe pionowego startu Mica (np. na korwetach 9813, 10513 i 10514). Nie ma przeszkód, by instalowano inne systemy podobnej klasy.

Grupa Damen oferuje modułowe i standardowe podejście do budowy jednostek nawodnych. Zakłada w maksymalnym stopniu wykorzystywanie zbadanych już rozwiązań w zakresie konstrukcji okrętów, co ma pozwolić na uproszczenie procesu badawczo-rozwojowego i ograniczenie kosztów. Jednocześnie zamawiający może w dużym stopniu konfigurować elementy uzbrojenia i wyposażenia okrętów. Ponadto modułowe podejście do budowy ułatwia transfer technologii, co jest szczególnie widoczne podczas realizacji kontraktu indonezyjskiego.