ПКМ в гражданском судостроении: состояние и перспективы применения в РФ

Что такое судно из полимерных композиционных материалов

Полимерные композиционные материалы представляют собой многокомпонентные системы, в которых конструкционные свойства формируются за счёт совместной работы армирующих наполнителей и полимерной матрицы. В судостроении в качестве армирующих материалов применяются стеклянные, углеродные и арамидные волокна, а в качестве связующих — полиэфирные, винилэфирные и эпоксидные смолы. Для повышения жёсткости и снижения массы широко используются трёхслойные (сэндвичевые) конструкции с лёгкими заполнителями — пеноматериалами, древесными и сотовыми структурами [2].

Рис. 1. Малое пассажирское судно пр.SP15 для каналов Санкт-Петербурга (проект КБ АНМК, производитель «Джокор»). Вверху — изображение судна, внизу — формование секции корпуса методом инфузии

Принципиальной особенностью судов из ПКМ является то, что конструкционный материал формируется непосредственно в процессе изготовления корпуса. В отличие от металлического судостроения, где свойства материала заданы заранее, в композитном судостроении они зависят от выбранной схемы армирования, ориентации волокон, технологии пропитки и отверждения. Это предъявляет повышенные требования к этапу проектирования и к контролю технологических процессов.

Корпуса судов из ПКМ, как правило, формуются в негативных формах (матрицах), что позволяет получать изделия с высокой точностью геометрии, качественной поверхностью и минимальными затратами на последующую отделку. Использование матричной оснастки экономически оправдано при серийном строительстве, когда затраты распределяются на значительное количество судов одной серии.

Исторический опыт применения ПКМ в судостроении

Первые эксперименты с применением композитных материалов в судостроении относятся к 1930–1940-м годам, однако массовое внедрение стеклопластиковых корпусов началось в 1960-е годы. В этот период СССР занимал лидирующие позиции в области композитного судостроения, включая как военные, так и гражданские проекты.

Показательным примером является пассажирский теплоход проекта 930 «Пластмассовый-1», построенный в 1962 году на Московском судоремонтном и судостроительном заводе (рис. 2). Судно длиной 25 м и осадкой всего 0,5 м демонстрировало преимущества стеклопластикового корпуса — малую массу и возможность эксплуатации на мелководье. Однако ограниченные возможности материалов и технологий того времени, а также недостаточная ремонтопригодность привели к короткому сроку службы судна.

Рис. 2. Теплоход «Пластмассовый-1»

В 1969 году был построен пассажирский теплоход «Экспериментальный-1», однако и этот проект остался единичным. В дальнейшем гражданское судостроение из ПКМ в СССР практически не развивалось, за исключением маломерных судов и спасательных средств. При этом в военном секторе композиты получили широкое применение, прежде всего в противоминных кораблях.

В отличие от СССР и России, в ряде зарубежных стран композитное судостроение стало полноценной отраслью. Япония к 1980-м годам достигла уровня, при котором до 60% рыболовного флота составляли стеклопластиковые суда, включая единицы длиной до 45 м. В странах Юго-Восточной Азии доля композитных судов в рыболовстве достигает 60–80%.

Развитие получили высокоскоростные пассажирские суда из ПКМ, в том числе катамараны. Классификационные общества, такие как DNV, накопили значительный опыт нормирования и сопровождения проектов из ПКМ.

За последние 25 лет в России было предпринято лишь несколько попыток строительства пассажирских судов из ПКМ по зарубежным проектам. Среди них — высокоскоростной катамаран проекта PM1800, построенный компанией «Пасифико Марин» в 2011 году (два судна), и катамаран «Грифон», построенный на Средне-Невском судостроительном заводе в 2016 году (одно судно). Эти проекты носили, по сути, экспериментальный характер и не привели к формированию устойчивой серийной программы. Основными сдерживающими факторами являлись нормативные ограничения, а также недоверие заказчиков к судам «из пластмассы».

Системная проблема применения композитов в отечественном судостроении

Традиционно в РФ применение полимерных композиционных материалов в судостроении рассматривалось как «это дорого, долго и требует обязательного привлечения тяжеловесных отраслевых НИИ».

На практике это означало, что даже для сравнительно простых судов малых размерений запуск проекта из ПКМ сопровождался чрезмерно длительными сроками согласований, избыточными НИОКР, привлечением крупных структур с ограниченным практическим опытом серийного композитного производства и, как следствие, значительным ростом стоимости. В результате композиты закрепились в сознании отрасли как «экзотический» или «экспериментальный» материал, приемлемый лишь для военных программ или единичных опытных судов, но не для массового флота

При этом зарубежная практика демонстрирует принципиально иной подход. В странах с развитым композитным судостроением ключевые компетенции проектирования и строительства судов из ПКМ сосредоточены в относительно небольших специализированных конструкторских бюро и на верфях, ориентированных на серийное производство. Это позволяет строить пассажирские, промысловые и служебные суда по разумной рыночной цене и в сжатые сроки, недостижимые при традиционном металлическом корпусе. Практика серийного выпуска десятков однотипных судов подтверждает, что композиты являются не удорожающим, а, напротив, оптимизирующим фактором при правильной организации проектирования и производства.

Снятие нормативных барьеров

До недавнего времени российская нормативная база фактически ограничивала применение ПКМ в коммерческом судостроении, прежде всего из-за требований к негорючести корпуса [1]. Эти ограничения во многом являлись следствием некорректного применения международных конвенций к судам, не совершающим международных рейсов.

В настоящее время ситуация изменилась: Российский морской регистр судоходства (РC) и Российское классификационное общество (РКО) располагают актуальными правилами, допускающими проектирование и строительство судов из ПКМ различного назначения. Нормативная база продолжает совершенствоваться при активном участии профильных проектных организаций.

Рыночные предпосылки и потребность во флоте

Согласно статистическим данным, пассажирский флот РФ характеризуется высоким уровнем износа [3]. Более половины морских пассажирских судов и почти половина речных грузопассажирских судов имеют возраст свыше 30 лет и нуждаются в замене.

Потребность в пассажирских судах представлена ГТЛК в виде пессимистичного, базового и оптимистичного прогноза. Так, по пессимистичному прогнозу, в 2025 необходимо строить 65 судов ежегодно; по базовому прогнозу — 103 судна, по оптимистичному — 260 судов.

Производство пассажирских судов в РФ имеющимися предприятиями в настоящее время составляет около 18–20 судов в год [4, 5], что более чем втрое меньше «пессимистичного» прогноза.

Имеющиеся возможности по постройке пассажирских судов не позволяют удовлетворить потребности в судах.

Тренд роста годового выпуска пассажирских судов имеющимися технологиями не позволяет говорить о возможностях существенного увеличения выпуска таких судов.

Большинство строящихся пассажирских судов имеют длину до 35 м, что позволяет условно отнести их к малотоннажным и применять для их постройки ПКМ.

Таким образом, существует объективный разрыв между потребностью в обновлении флота и возможностями традиционного судостроения, который может быть сокращён за счёт внедрения композитных технологий.

Серийность как ключевое преимущество композитов

Согласно «Стратегии развития судостроительной промышленности», утверждённой в мае 2025 года, доля серийных судов должна вырасти до 50% к 2036 году и до 80% к 2050 году. В этом контексте тезис «серийность = композиты» приобретает не декларативный, а практический смысл.

Высокая серийность является фундаментальным преимуществом судостроения из ПКМ. Использование матричной оснастки, высокая повторяемость процессов и возможность привлечения персонала средней квалификации позволяют резко снизить трудоёмкость и сроки постройки.

Можно привести пример серийного строительства катеров-перехватчиков проекта SM16: партия из четырёх судов выпускалась каждые три месяца на одной верфи с численностью персонала около 150 человек (рис. 3). Подобные темпы производства недостижимы при традиционном металлическом корпусе.

Рис. 3. Партия катеров пр. SM16 (разработан при участии автора статьи)

Области рационального применения ПКМ

Анализ опыта эксплуатации и проектирования позволяет выделить наиболее перспективные ниши для применения полимерных композиционных материалов в гражданском судостроении:

• пассажирские суда малых и средних размерений, включая высокоскоростные, длиной до 35 м;
  
• промысловые суда длиной до 35 м;
  
• служебные и специальные суда длиной до 24 м;
  
• прогулочные и маломерные суда длиной до 20 м.
  

Для судов больших размерений эффект от применения композитов снижается из-за роста стоимости оснастки, усложнения сборки секций и отсутствия выраженной серийности. Это объясняет, почему в гражданском секторе максимальная длина композитных судов стабилизировалась, в то время как в смежных отраслях (например, ветроэнергетике) размеры композитных конструкций продолжают расти

Областью перспективного применения являются элементы конструкции судов «конвенционных» типов (совершающих международные рейсы), например надстроек, настилов палуб, в РФ выполнялись НИОКР по проектировано люковых закрытий из ПКМ. Здесь требуются дальнейшие работы по обеспечению негорючести конструкций в соответствии с действующими международными конвенциями.

Срок службы судов из композитных материалов может быть очень продолжительным; так зарубежные суда класса тральщиков из ПКМ имели срок службы 30 лет, но некоторые суда этого типа по прошествии 45 лет все еще находятся в эксплуатации. Что касается эксплуатации в холодном климате, то стоит упомянуть, что такие КО как Lloyds Register (LR) и Bureau Veritas (BV), а также и РС присваивают судам из ПКМ ледовые классы.

Снижение массы корпуса из ПКМ по сравнению с алюминиевыми аналогами составляет 12–15% для однокорпусных судов и до 25% для катамаранов, что напрямую влияет на топливную эффективность и эксплуатационные расходы. В совокупности это обеспечивает снижение стоимости жизненного цикла судна на 20–30%.

Компетенции проектирования и перспективные проекты

Опыт, накопленный командой КБ «АН Марин Консалтинг» в рамках зарубежных проектов, позволил разработать и внедрить в России современные инструменты расчёта и проектирования, включая программу SigmaLAM, сертифицированную классификационными обществами РС и РКО. В сентябре 2025 программа получила диплом 2-й степени Национальной премии «Морской Олимп».

Среди перспективных проектов — малое пассажирское судно SP15 (рис. 1) для каналов Санкт-Петербурга, а также пассажирские суда «Пеликан» и «Пингвин» (рис. 4), ориентированные на серийное строительство и эксплуатацию на водных путях РФ. Эти проекты, согласованные РС, демонстрируют, что при наличии нормативной базы и заинтересованности заказчиков композитное судостроение в России вполне перспективно.

Рис. 4. Малый пассажирский катамаран на 36 человек пр. «Пингвин» (проект АНМК). Проект стал победителем German Design Award в номинации «водный транспорт», его постройка начата на АО «Русатом Ветролопасти»

Специфика проектирования и дизайна судов из ПКМ

Отдельного внимания заслуживает вопрос дизайна и геометрии судов из ПКМ. В отличие от металлического судостроения, где форма корпуса и элементов набора в значительной степени подчинена возможностям сварки и гибки листов, композиты «любят» и требуют иного подхода к геометрии конструкций. Для композитов принципиально важны корректные углы съёма, обеспечивающие извлечение изделий из оснастки, рациональные технологические радиусы сопряжений, а также геометрически выверенные соединения секций корпуса. Характерной особенностью композитного дизайна является активное использование естественных элементов жёсткости: сломов и гофров, криволинейных поверхностей, интегрированного набора и отделки и т.д. [6]. Такой подход позволяет минимизировать внутренний набор, снизить трудоёмкость и массу конструкции, одновременно повышая её жёсткость и долговечность.

Российские КБ зачастую «грешат» игнорированием этой специфики и попытками прямого переноса «металлических» форм и конструктивных решений в композитное исполнение, что исторически являлись одной из причин неудачных или чрезмерно дорогих проектов судов из ПКМ в РФ.

Более того, применение полимерных композиционных материалов способствует созданию внешне привлекательных судов с выразительными стилистическими решениями, позволяет реализовывать сложные криволинейные поверхности и добиваться высокого качества внешнего облика при серийном производстве. В результате дизайн судна становится одним из конкурентных преимуществ, особенно в сегментах пассажирских, прогулочных и представительских судов (рис. 5).

Рис. 5. Дизайн-проект пассажирского судна «Фонтанка-НЕО» (АНМК). Создание нового фирменного визуального облика популярного экскурсионного судна, за счет возможностей ПКМ.

Практика зарубежного и отечественного проектирования показывает, что суда, спроектированные сразу «под композит» — с учётом дизайна, специфики геометрии, технологии и серийного производства, — обеспечивают оптимальное сочетание внешнего вида, прочности, снижения массы, без существенного роста стоимости и сроков постройки.

Заключение

Полимерные композиционные материалы невозможно эффективно применять, просто «заменяя металл на пластик» в уже существующих проектах. Композиты требуют собственного подхода к конструкции и геометрии судна. В настоящее время в РФ создана нормативная база и необходимые компетенции и инструменты проектирования.

Без широкого внедрения полимерных композиционных материалов задачи по обновлению пассажирского флота РФ в установленные «Стратегией развития судостроения…» сроки решены быть не могут. Композиты обеспечивают серийность, снижение трудоёмкости, сокращение сроков строительства и уменьшение стоимости жизненного цикла судов.

Ключевым условием дальнейшего развития является отказ от восприятия композитного судостроения как «дорогого эксперимента» и переход к его рассмотрению в качестве промышленной технологии, опирающейся на реальные компетенции проектных организаций и предприятий смежных отраслей, которые уже сейчас выпускают крупногабаритные изделия из ПКМ.

Литература

1. Назаров А. Г. Проблемы совершенствования подходов к конструктивной противопожарной защите судов из композиционных материалов. Научные проблемы водного транспорта, №71(2),2022, c.74-84. DOI: 10.37890/jwt.vi71.252
   
2. Федонюк Н. Н., Маслич Е. А. Применение полимерных композиционных материалов в зарубежном судостроении : монография. — СПб. : КГНЦ, 2024.
   
3. Транспорт в России. 2024 : статистический сборник. — М. : Росстат, 2024. — URL: ssl.rosstat.gov.ru
   
4. Итоги российского судостроения за 2023 год // Медиа-палуба. — 2024. — URL: paluba.media
   
5. Итоги российского судостроения за 2024 год // Медиа-палуба. — 2025. — URL: paluba.media
   
6. Королев С.А, Корольков К.Е., Назаров А.Г. Особенности применения естественных элементов жесткости в конструкциях судов из композиционных материалов. Научные проблемы водного транспорта, №79(2),2024, c.51-62. DOI: 10.37890/jwt.vi79.487