Меню

Мощность двигателя подводных лодок



Дизель-электрические установки на подводных лодках

Эксперименты изобретателей с различными типами силовых установок для субмарин к концу XIX века привели к выводу, что для подводного хода идеальным является электромотор.

Однако установка электромотора сразу же вела к вопросу: откуда брать электроэнергию? Единственным ответом было – от аккумуляторов. Но аккумуляторы в то время имели еще очень несовершенную конструкцию и небольшую емкость при солидных массогабаритных характеристиках. «Электроходы» – чисто электрические субмарины – одно время строились и даже служили в боевом составе флотов, но имели один весьма существенный недостаток: ограниченную автономность, обусловленную тем, что зарядку аккумуляторов можно было осуществлять только на базе. Пытаясь преодолеть это ограничение, ряд изобретателей развивали конструкции субмарин с двумя двигателями: электромотором для подводного хода и другим двигателем (чаще всего паровой машиной) для надводного. Но ведь паровая машина может вращать и электрогенератор, заряжая аккумуляторные батареи! К такому простому выводу впервые пришел Джон Холланд, предложивший в 1888 году проект субмарины «Плунжер-1», на которой паровые машины могли заряжать аккумуляторы. Она так и не была построена, но послужила отправной точкой для дальнейших работ.

Эксплуатация паровых машин на подлодках была весьма неудобной из-за длительного времени подготовки к погружению – ведь надо было погасить котел, убрать дымовую трубу и выполнить целый ряд других операций. Поэтому пароэлектрические подлодки большого распространения не получили. Гораздо более удобными были двигатели внутреннего сгорания (ДВС), начавшие распространяться в 1880-х годах. Они имели меньшие габариты и большую удельную мощность по сравнению с паровыми машинами, а подготовка к погружению субмарины с таким двигателем была более простой и сводилась к тому, чтобы заглушить мотор и закрыть воздухозаборные и выхлопные отверстия. Первой субмариной, в которой на практике была реализована схема силовой установки, ставшая классической (ДВС для движения на поверхности и зарядки аккумуляторов плюс электромотор для подводного хода) стала «Плунжер-3» конструкции все того же Дж. Холланда. Лодка, построенная в 1897 году, имела подводное водоизмещение 75 т, была снабжена 45-сильным керосиновым двигателем и электромотором мощностью 50 л. с, а в состав вооружения помимо торпедного аппарата входила пневматическая пушка для стрельбы динамитными снарядами. Лодка оказалась удачной – ее приняли в состав флота США и эксплуатировали в качестве учебной до 1913 года.

Примеру Холланда последовали другие конструкторы. В частности, Саймон Лэйк применил вместо керосинового двигателя газолиновый. Его субмарина «Протектор», построенная в 1902 году, имела водоизмещение 174 т и оборудовалась двумя такими моторами (по 240 л. с.) и двумя электродвигателями (по 120 л. с.) В 1904 году эта лодка была продана России, получив название «Осетр». Впоследствии российский флот получил еще девять субмарин системы Лэйка. Также в начале XX века на подлодках многих стран получили распространение бензиновые двигатели.

При всех своих преимуществах ДВС, работающие на легком топливе (керосине, газолине, бензине), имеют один существенный недостаток с точки зрения их применения на подлодках: это топливо легко испаряется, создавая в замкнутом объеме субмарины взрывоопасную смесь с воздухом. Поэтому на смену таким моторам быстро пришли дизельные двигатели, лишенные подобного недостатка. Одним из пионеров применения дизелей в подводном кораблестроении стал француз Максим Лобеф, по проекту которого в 1904 году построили лодки «Эгрет» и «Сигонь» водоизмещением 250 т. Силовая установка этих лодок состояла из 150-сильного дизеля и 130-сильного электромотора. В 1908 году в России по проекту Ивана Бубнова построили малую (123 т) дизель-электрическую лодку «Минога», а в 1909-м – среднюю (468 т) субмарину «Акула». Уже к началу Первой мировой войны дизель-электрические субмарины стали наиболее распространенными, а после нее полностью вытеснили другие типы подлодок.

Для обеспечения работы дизельного двигателя в подводном положении было создано устройство, известное как шноркель, или же РДП («работа дизеля под водой»). Оно представляет собой выдвижное устройство (наподобие перископа) с двумя трубами – воздухозаборной и выхлопной (с глушителем). Изобретателем РДП считается русский офицер-подводник Николай Гудим (в 1910 году), но распространение это устройство получило лишь во время Второй мировой войны в подводном флоте Германии. Для вентиляции и зарядки аккумуляторов лодке со шноркелем можно вместо всплытия идти на перископной глубине (около 15 метров).

На поверхности находится головка трубы, которая по сравнению со всплывшей субмариной была малозаметна. К недостаткам применения шноркеля относятся проблемы, связанные с возможностью визуального или радарного обнаружения судна неприятелем (так как сам шноркель и дым из его трубы гораздо заметнее перископа), а также тот факт, что корабль идет вслепую и «вглухую» из-за шума собственных двигателей – то есть оператор гидролокатора не может выполнять своих обязанностей, что чревато неприятными последствиями.

Понравилась статья? Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен или поделитесь записью в соцсетях

Источник

Мощность двигателя подводных лодок


Предыдущий материал К содержанию номераСледующий материал

ЕДИНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ

Александр Маринин

Классическая дизель-электрическая главная энергетическая установка подводной лодки (ДЭГЭУ) — фактически мера вынужденная, да такие подлодки на самом деле и не подводные вовсе, а скорее ныряющие. Все они, как киты или дельфины, вынуждены с определенной периодичностью подниматься на поверхность, чтобы запастись кислородом и заодно зарядить аккумуляторы. Идеальным для подводной лодки является единый двигатель для надводного и подводного хода. Ведь у лодки с ДЭГЭУ в подводном положении дизель фактически становится балластом (если только лодка не использует так называемый режим работы дизеля под водой (РДП), когда, двигаясь на перископной глубине, она забирает атмосферный воздух с помощью специальной трубы с клапаном от заливания — немцы назвали это устройство шнорхелем). В надводном положении обычной лодке (если на ней не реализован режим электродвижения) становятся «ненужными» электромоторы и уж, во всяком случае, аккумуляторные батареи. Таким образом, как большинство двухсредных или двухрежимных аппаратов, подводная лодка постоянно «возит» в себе довольно массивное, объемное и дорогостоящее оборудование, которое используется только часть времени.

В поисках единого двигателя были опробованы самые разнообразные устройства. Первым из них был… человек, который потреблял сравнительно мало воздуха, но в качестве двигателя оказался слишком маломощен. Идея чисто электрической подводной лодки также зашла в тупик, поскольку даже с использованием самых совершенных аккумуляторов лодка способна проплыть не более нескольких сот миль. Постепенно конструкторы подлодок пришли к выводу, что единый двигатель следует создавать на базе мотора не подводного хода, а наоборот — надводного. Для двигателей внутреннего сгорания наметились два пути: один впоследствии привел к РДП, а другой был связан с разработкой автономной силовой установки, не нуждающейся в атмосферном воздухе.

Первыми, кто попытался заставить двигатель внутреннего сгорания работать под водой, стали французские инженеры Бертен и Петитхомм. Результаты испытаний разочаровали.

Гораздо более удачную попытку создать подводную лодку с единым двигателем предпринял наш соотечественник инженер С.К. Джевецкий. По его замыслу в качестве единого предполагались два четырехтактных бензиновых двигателя фирмы «Панар-Левассор» мощностью по 130 л.с. каждый, работающих с помощью зубчатых передач на один гребной вал с четырехлопастным винтом. В надводном положении бензиномоторы работали по обычной схеме. В подводном положении для обеспечения их работы в машинное отделение подавался воздух, хранившийся в 45 воздухохранителях при давлении 200 атмосфер. Общий запас составлял около 11 м3, чего должно было хватить на 4 часа работы бензиномоторов. Давление воздуха с 200 атмосфер до 18 снижалось в редукционном клапане (детандере). Выхлопные газы откачивались через надстройку, служившую своеобразным глушителем, в отводную трубу, расположенную под килем и имевшую большое количество мелких отверстий. Выходя мелкими струйками из многочисленных отверстий отводной трубы, выхлопные газы должны были растворяться в воде.

Строительство подводной лодки, получившей наименование «Почтовый», началось в 1906 г. 30 сентября 1908 г. она вошла в состав флота. Несмотря на то, что эксплуатация «Почтового» подтвердила возможность подводного плавания с двигателями внутреннего сгорания, работающими в подводном положении, подводная лодка этого типа так и осталась единственной. Не удалось достичь бесследности движения лодки под водой — на поверхности были заметны пузырьки отработанных газов. Мощность газового насоса оказалась недостаточной для откачки выхлопных газов от обоих бензиномоторов, поэтому в подводном положении работал только один. Сложность и низкая конструктивная надежность механизмов требовали исключительно высокой квалификации личного состава, обслуживавшего лодку. Большие нарекания вызывала большая шумность бензиномоторов; кроме того, на зарядку воздухохранителей уходило от 2 до 3 дней.

Первая мировая война прервала работы по созданию единых двигателей для подводных лодок, но уже с 1920-х годов в Советском Союзе и Германии вновь начались исследования в этой области. При этом от идеи просто разместить на подводной лодке большой запас воздуха сразу отказались. Решили хранить только кислород, причем в жидком состоянии, когда он занимает примерно в пять раз меньший объем, чем в баллонах под давлением 150 кгс/см2. Да и сосуд для хранения жидкого кислорода намного легче, чем стальные толстостенные баллоны равной емкости. Однако жидкий кислород непрерывно испаряется, а способы, замедляющие этот процесс, в тот период времени не были разработаны.

Читайте также:  Мощность различных устройств мощность квт

В отечественном флоте в 1930-е годы изучались две схемы обеспечения работы дизелей под водой или, как их стали называть, схемы работы дизеля по замкнутому циклу: «РЕДО» С.А. Базилевского и «ЕД-ХПИ» В.С. Дмитриевского.

Первой в 1937 г. начали переоборудование подводной лодки XII серии под опытную энергетическую установку «РЕДО» (регенеративный единый двигатель особого назначения). Эта подлодка получила наименование С-92 и бортовой номер Р-1. Принцип работы установки «РЕДО» состоял в следующем: в подводном положении выхлопные газы дизеля очищались от механических примесей и влаги, охлаждались и направлялись обратно на всасывающий коллектор дизеля. Затем к ним добавлялся газообразный кислород. Избыток выхлопных газов отсасывался компрессором и сжимался, при этом углекислый газ, составлявший около 75 % объема избыточных газов, превращался в жидкую углекислоту, которая сливалась в специальные баллоны и периодически удалялась за борт. Газообразный остаток, в основном кислород, снова возвращался в цикл. Осенью 1938 г. подлодка С-92 вышла на испытания, которые продолжались более двух лет. К началу Великой Отечественной войны они еще не закончились, и подводную лодку законсервировали. В связи с тем, что к окончанию войны и в первые послевоенные годы были разработаны и проверены в действии более простые циклы единых двигателей, к испытаниям «РЕДО» не возвращались. После войны подводная лодка использовалась для отработки других типов единых двигателей.

В 1938-1939 гг. ОКБ НКВД разработало проект подводной лодки с опытной единой энергетической установкой «ЕД-ХПИ» (единый двигатель с химическим поглотителем). Принцип работы установки заключался в следующем. Выхлопные газы из дизеля поступали в газоохладитель, где они охлаждались и освобождались от водяных паров и частично от механических примесей. Далее они направлялись в специальные химические фильтры, где отделялся углекислый газ и окись углерода. Затем производилось дальнейшее освобождение выхлопных газов от избыточной влаги, они обогащались газифицированным кислородом, и в дизельный отсек поступала газовая смесь, близкая по своему составу к обычному воздуху.

Подводную лодку проекта 95 с «ЕД-ХПИ» спустили на воду в Ленинграде 1 июня 1941 г. С началом войны ее отбуксировали в Горький, а затем в Баку. Ходовые испытания закончили после войны, а в состав ВМФ корабль приняли только в 1946 г. Однако все мытарства окупились сторицей. В первой половине 1950-х гг. в состав отечественного флота вошло 30 подводных лодок проекта А615 с единым двигателем, созданным с учетом опыта эксплуатации лодки проекта 95. Советский Союз стал единственной военно-морской державой, серийно строившей корабли с подобной силовой установкой.

Второй страной, где велись интенсивные работы по созданию подводных лодок с единым двигателем внутреннего сгорания, являлась Германия. У немцев такой двигатель назывался «крейслауф» — круговорот. Создать работоспособный дизель, работающий по замкнутому циклу, немцы смогли в годы Второй мировой войны. В 1943 г. командование германских ВМС приняло решение построить экспериментальную подлодку XVII серии с дизелем «крейслауф» мощностью 1500 л. с. В 1944 г. ее заложили под обозначением U-798, но до окончания войны не успели спустить на воду.

В 1930-х годах предпринималась еще одна попытка создать двигатель, работающий по замкнутому циклу, но с применением в качестве окислителя не кислорода, а перекиси водорода. Автором идеи был германский инженер Гельмут Вальтер.
Вальтер пришел к выводу, что наиболее эффективно свойства концентрированной перекиси водорода можно использовать не в дизельной, а в турбинной установке. В 1936 г. такую экспериментальную парогазовую турбинную энергетическую установку построили в Киле. Она работала по так называемому «холодному» циклу. Продукты реакции разложения высококонцентрированного раствора перекиси водорода подавались в турбину, вращавшую через понижающий редуктор гребной винт, а затем отводились за борт.

Первая энергетическая установка имела два очевидных недостатка. Кислород, содержащийся в отводимых за борт продуктах реакции, плохо растворяется в воде, а его пузырьки демаскируют подводную лодку. Кроме того, в условиях корабля, изолированного от атмосферы толщей воды, выбрасывать за борт кислород было неоправданным расточительством. Поэтому логическим продолжением «холодного» процесса являлся «горячий», при котором в продукты разложения перекиси подавалось органическое топливо, которое затем сжигалось. В таком варианте мощность установки резко возрастала и, кроме того, уменьшалась следность, так как продукт горения — углекислый газ — значительно лучше кислорода растворяется в воде. И все же на первом этапе работ Вальтер ограничился установкой с «холодным» циклом, поскольку она была проще и безопаснее.
В 1937 г. Вальтер доложил результаты своих опытов руководству германских ВМС и заверил всех в возможности создания подводных лодок с парогазовыми турбинными установками с невиданной скоростью подводного хода — более 20 узлов.

Командование кригсмарине приняло решение о форсировании создания лодки. В процессе ее проектирования решались вопросы, связанные не только с применением необычной энергетической установки. Для получения проектной скорости подводного хода порядка 25 узлов обводы корпуса обычной подводной лодки и способы управления ею в подводном положении стали неприемлемы. Пришлось прибегнуть к опыту авиастроителей. Выбирая оптимальную форму и размеры корпуса лодки, испытали несколько моделей в аэродинамической трубе. В 1938 г. в Киле заложили первую в мире опытную подводную лодку с энергетической установкой на перекиси водорода водоизмещением 80 т, получившую обозначение V-80. Проведенные в 1940 г. испытания буквально ошеломили — подлодка развила под водой скорость 28,1 узла.

Несмотря на великолепные результаты испытаний, дальнейшие работы застопорились — шла Вторая мировая война, и германское командование сделало ставку на уже отработанные образцы вооружения. Только в 1941 г. началась разработка, а затем постройка подводной лодки V-300 с парогазовой турбиной, работавшей по так называемому «горячему» циклу.

U-791 так и не достроили, зато заложили четыре опытно-боевые подводные лодки двух серий — Wa-201 (Wa — Вальтер) и Wk-202 (Wk — Вальтер-Крупп). По своим энергетическим установкам они были идентичны, но отличались конструкцией корпуса. С 1943 г. начались их испытания. В частности, лодка U-792 (серия Wa-201), имея запас перекиси водорода 40 т, почти четыре с половиной часа шла под форсажной турбиной и четыре часа поддерживала подводную скорость 19,5 узла. Не дожидаясь окончания испытаний опытных подлодок, в январе 1943 г. германской промышленности был выдан заказ на постройку еще 12 кораблей с аналогичными энергетическими установками. До окончания войны немцы успели спустить на воду только пять единиц, три из которых прошли испытания. Ни одна из лодок с двигателями Вальтера в боевых действиях не участвовала. Перед капитуляцией все они были затоплены экипажами. Но, воспользовавшись тем, что это произошло на мелководье, две лодки подняли. Затем U-1406 отправилась в США, a U-1407 — в Великобританию. Там специалисты тщательно изучили немецкие новинки, а британцы даже провели натурные испытания U-1407. В 1956 г. англичане ввели в строй свои опытовые подлодки «Эксплорер» и «Экскалибур» с двигателями Вальтера. Однако время ушло: американцы уже вовсю внедряли ядерные энергетические установки, по этому же пути решили идти и британцы.

После окончания Второй мировой войны до начала 1950-х годов все ведущие военно-морские державы занимались изучением германского наследия. Именно поэтому все первые послевоенные проекты подводных лодок в какой-то мере являлись национальными аналогами последних германских разработок. Советский Союз строил подлодки с единым двигателем, но на базе собственных предвоенных разработок. В 1960-е годы об идее неядерного единого двигателя для подлодок опять вспомнили. Речь идет о превращении химической энергии непосредственно в электрическую без процесса горения или механического движения, то есть выработке электроэнергии бесшумным способом.

Электрохимический генератор создан на базе топливных элементов. По сути, это аккумуляторная батарея с постоянной подзарядкой. Принцип работы энергетической установки с электрохимическим генератором был тем же, что и 150 лет назад, когда англичанин Уильям Роберт Гров случайно обнаружил при электролизе, что две платиновые полоски, обдуваемые — одна кислородом, а другая — водородом, помещенные в водный раствор серной кислоты, дают ток. В результате реакции, кроме электрического тока, образовывались тепло и вода. При этом энергетическое превращение происходит бесшумно, а единственным побочным продуктом реакции является дистиллированная вода, которой достаточно легко найти применение на подводной лодке. Идея применения электрохимических генераторов для подводного хода сулила немалые преимущества, в первую очередь, давала существенное увеличение непрерывной дальности подводного плавания экономическим ходом по сравнению с дизель-электрическими подводными лодками. В известной степени интерес к электрохимическим генераторам «подогревался» тем обстоятельствам, что в США в 1960-е годы бортовые системы пилотируемых космических кораблей «Джемини» (орбитальные полеты) и «Аполлон» (высадка на Луну) получали питание от топливных элементов.

Читайте также:  Общая подключенная мощность квт

В Советском Союзе в 1989 г. закончились межведомственные испытания подводной лодки проекта 613Э с опытной энергетической установкой с электрохимическим генератором (разработчики — НПО «Квант» минэлектротехпрома и НПО «Криогенмаш» минхиммаша). Переоборудование вместе с ремонтом корабля продолжалось более 10 лет.

Сама установка электрохимического генератора мощностью 280 кВт кроме топливных элементов включала в себя системы управления, обеспечения рабочими компонентами и др.

Новые условия эксплуатации лодки потребовали дооборудовать место ее базирования.

В течение шести месяцев специальная комиссия провела расширенные межведомственные испытания энергетической установки с электрохимическим генератором (ЭХГ). Впервые в практике отечественного кораблестроения был испытан в корабельных условиях и показал соответствующие проекту характеристики генератор «ЭХГ-280». Был сделан вывод о том, что ЭХГ как неатомный экологически чистый малошумный источник электроэнергии с прямым преобразованием химической энергии в электрическую является перспективным для применения в подводном судостроении. Он обладает рядом преимуществ перед традиционными источниками электроэнергии, в частности, позволяет в 5. 10 раз увеличить дальность непрерывного подводного плавания экономическим ходом.

В то же время, несмотря на очевидные преимущества установки на топливных элементах, она не обеспечивает требуемые оперативно-тактические характеристики подводной лодки океанского класса, прежде всего в части, касающейся выполнения скоростных маневров при преследовании цели или уклонении от атаки противника. Поэтому германские подводные лодки проекта 212 оснащаются комбинированной двигательной установкой, в которой для движения на высоких скоростях под водой используются аккумуляторные батареи или топливные элементы, а для плавания в надводном положении — традиционный дизель-генератор, в состав которого входит 16-цилиндровый V-образный дизель и синхронный генератор переменного тока.

На разработке двигателей Стирлинга, или двигателей с внешним подводом теплоты, сосредоточили свои усилия шведские специалисты (об истории двигателя Стирлинга см. «Двигатель» № 2 и 3 — 2005). Конструкция предусматривает наличие единой камеры сгорания для всех цилиндров, использование поршней двойного действия, выполняющих функции рабочего поршня и вытеснителя. На шведских подлодках типа «Готланд» два двигателя Стирлинга мощностью чуть более 100 л. с. обеспечили увеличение продолжительности пребывания под водой в 7 раз (до 14 суток).

Источник

Двигатели для Подводной Лодки

Классическая дизель-электрическая главная энергетическая установка подводной лодки — фактически мера вынужденная, да такие подлодки никакие на самом деле не подводные, а скорее ныряющие. Все они, как киты или дельфины, вынуждены с определенной периодичностью подыматься на поверхность, дабы запастись кислородом и электроэнергией. Идеальным для подводной лодки является единый двигатель для надводного и подводного хода, но именно его-то и не было. Человек потреблял сравнительно мало воздуха, но в качестве двигателя он слишком маломощен. Пневматическая машина по запасам воздуха никак не могла обеспечить приемлемой дальности плавания, во всяком случае сравнивать запасы энергии равных по весу хранителей сжатого воздуха и аккумуляторной батареи просто бессмысленно. Идея же чисто электрической подводной лодки также зашла в тупик, так как даже самые совершенные аккумуляторы способны обеспечить дальность плавания, не превышающую несколько сот миль. Вот и получалось, что, скорее всего, единый двигатель мог быть создан не на базе мотора подводного хода, а наоборот — надводного. В конце XIX — начале XX в. таковыми являлись только паросиловая установка или двигатель внутреннего сгорания. Эксперименты проводились с обоими, но от первого вскоре отказались в принципе. Что касается двигателей внутреннего сгорания, то тут наметились два пути: один впоследствии привел к РДП, а другой — это попытка создания автономной силовой установки, не нуждающейся в атмосферном воздухе. Первыми, кто попытался заставить двигатель внутреннего сгорания работать под водой, стали французские инженеры Бертена и Петитхомма.

По их проекту в 1901г. построена подлодка V, на которой в качестве единого двигателя применили 4-цилиндровый дизель мощностью 172л. с. В надводном положении предполагалось получить скорость 10 узлов, а под водой — около 6. При этом два цилиндра двигателя должны были работать на гребной винт, а два других — на компрессор, сжимавший отработавшие газы до 3 кг/см2, которые, охлаждаясь, накапливались в специальной емкости и периодически продувались за борт, что исключало постоянный демаскирующий след. Запас сжатого воздуха для работы дизеля в подводном положении хранился в баллонах. Результаты испытаний разочаровали. Чтобы обеспечить подводный ход, потребовался запас сжатого воздуха, для хранения которого на лодке пришлось разместить 520 стальных баллонов массой около 60 т, составивших почти 23 % водоизмещения корабля. Кроме того, мощность дизеля, потребляемая компрессором, оказалась намного больше проектной, и для обеспечения движения лодки оставшейся ее части было недостаточно. Это вызывалось специфическим недостатком тепловых двигателей, затрата мощности которых на работу компрессора, удаляющего за борт продукты горения, возрастает пропорционально глубине погружения.

Гораздо более удачную попытку создать подводную лодку с единым двигателем предпринял наш соотечественник инженер С. К. Джевецкий. По его замыслу в качестве единого предполагались два четырехтактных бензиновых двигателя фирмы «Панар-Левассор» мощностью по 130л. с. каждый, работающих с помощью зубчатых передач на один гребной вал с четырехлопастным винтом.

В надводном положении бензиномоторы работали по обычной схеме. В подводном положении для обеспечения их работы в машинное отделение подавался воздух, хранившийся в 45 воздухохранителях при давлении 200 атмосфер. Общий запас составлял около 11м3, чего должно было хватить на 4 часа работы бензиномоторов. Давление воздуха с 200 атмосфер до 18 снижалось в редукционном клапане (детандере), после чего воздух поступал в поршневой пневматический двигатель, приводивший в действие газовый насос, откачивавший выхлопные газы через надстройку, служившую своеобразным глушителем, в отводную трубу, расположенную под килем и имевшую большое количество мелких отверстий. Выходя мелкими струйками из многочисленных отверстий отводной трубы, выхлопные газы (в основном углекислый газ) должны были растворяться в воде. В пневматическом двигателе давление воздуха снижалось с 18 до 1,2 атмосферы и при этом, безопасном для личного состава, давлении воздух поступал в машинное отделение.

Основные тактико-технические элементы подводных лодок с единым двигателем внутреннего сгорания

Страна разработчик проекта, год

вступления в строй головной пл

Главные размерения, м:

Главная энергетическая установка:

число × мощность дизелей, л. с.

электродвигателей, л. с.

Скорость хода, узлы:

Дальность плавания, миль:

надводная экономичным ходом

подводная экономичным ходом

Глубина погружения рабочая, м

носовые 533-мм ТА

торпедные аппараты Джевецкого

Примечание. * — не достроена.-

Гребные электродвигатели и аккумуляторные батареи на этой лодке отсутствовали. Для освещения внутренних помещений использовалась динамо-машина, приводимая в действие бензиномотором мощностью 5л. с., такой же двигатель приводил в действие рулевую машину.

Строительство подводной лодки, получившей наименование «Почтовый», началось в 1906г., а 30 сентября 1908г., пройдя все испытания, она вошла в состав флота (табл.). Несмотря на то что эксплуатация «Почтового» подтвердила возможность подводного плавания с двигателями внутреннего сгорания, работающими в подводном положении, подводная лодка этого типа так и осталась единственной. Не удалось достичь бесследности движения лодки под водой — на легкой ряби были заметны пузырьки отработанных газов, за лодкой тянулся на протяжении 2—3 кабельтовых масляный след. Мощность газового насоса оказалась недостаточной для откачки выхлопных газов от обоих бензиномоторов, поэтому в подводном положении работал только один левый мотор. Сложность и малая конструктивная надежность механизмов требовали исключительно высокой квалификации личного состава, обслуживавшего лодку. Большие нарекания вызывала большая шумность бензиномоторов; на зарядку воздухохранителей требовалось от 2 до 3 дней.

Подводная лодка «Почтовый»

Подводная лодка «Почтовый»

Первая мировая война прервала работы по созданию единых двигателей для подводных лодок, но уже в 1920-х гг. в Советском Союзе и Германии вновь начались исследования в этой области. При этом от идеи просто разместить на подводной лодке большой запас воздуха сразу отказались, как от уже однажды отвергнутой. Решили хранить только кислород, но необходимое его количество можно было разместить только в жидком состоянии, когда он занимает примерно в пять раз меньший объем, чем при хранении в баллонах под давлением 150 кг/см2. Да и сосуд для хранения жидкого кислорода намного легче, чем стальные толстостенные баллоны для хранения такого же количества кислорода под давлением. При этом масса кислородных баллонов была бы не меньше, чем у эквивалентной по энергоемкости аккумуляторной батареи, но площадь и объем — намного большими. Однако жидкий кислород непрерывно испаряется, а способы, исключающие этот процесс, в рассматриваемый период времени не были разработаны.

В отечественном флоте в 1930-е гг. отрабатывались сразу две схемы обеспечения работы дизелей под водой или, как их стали называть, — схемы работы дизеля по замкнутому циклу: «РЕДО» С. А. Базилевского и «ЕД-ХПИ» В. С. Дмитриевского.

Первой в 1937г. начали переоборудование подводной лодки XII серии М-92 под опытную энергетическую установку «РЕДО» (Регенеративный единый двигатель особого назначения). Эта подлодка получила наименование С-92 и бортовой номер Р-1. Принцип работы установки «РЕДО» состоял в следующем: при работе дизеля в подводном положении выхлопные газы очищались от механических примесей и влаги, охлаждались и направлялись обратно на всасывающий коллектор дизеля. Перед этим к ним присаживался газообразный кислород, получаемый испарением из жидкого кислорода, хранящегося в специальной цистерне. Избыток выхлопных газов отсасывался компрессором и сжимался, в связи с чем углекислый газ, составлявший около 75 % объема избыточных газов, превращался в жидкую углекислоту, которая сливалась в подкильные баллоны и периодически удалялась за борт. Газообразный остаток, в основном кислород, возвращался снова в цикл. Осенью 1938г. начались испытания С-92, которые продолжались более двух лет. К началу Великой Отечественной войны они еще не закончились и подводную лодку законсервировали. В связи с тем что к окончанию войны и в первые послевоенные годы были разработаны и проверены в действии более простые циклы единых двигателей, к испытаниям «РЕДО» не возвращались. После войны подводная лодка, которой возвратили прежнее буквенно-литерное обозначение М-92, использовалась для отработки других типов единых двигателей.

Читайте также:  Генератор г 222 мощность

В 1938—1939 гг. ОКБ НКВД разработало технический проект 95 — подводной лодки с опытной единой энергетической установкой «ЕД-ХПИ». Принцип работы установки заключался в следующем. Выхлопные газы из дизеля поступали в газоохладитель, где они охлаждались и освобождались от водяных паров и частично от механических примесей. Далее они направлялись в специальные химические фильтры, где освобождались от углекислого газа и одновременно разогревались за счет химической реакции. Затем производилось дальнейшее освобождение выхлопных газов от избыточной влаги, они обогащались газифицированным кислородом, и в дизельный отсек поступала газовая смесь, близкая по своему составу к обычному воздуху. Подводную лодку проекта 95 спустили на воду в Ленинграде 1 июня 1941г. С началом войны ее отбуксировали в Горький (Нижний Новгород), а затем в Баку. Швартовые испытания проводились несколько лет и завершились лишь 31 октября 1944г. Ходовые испытания закончили уже после войны 10 июня 1945 г., а в состав ВМФ корабль приняли только в 1946 г. Однако все мытарства окупились сторицей. В первой половине 1950-х гг. в состав отечественного флота вошло 30 подводных лодок с единым двигателем проекта А615. Таким образом, Советский Союз стал единственной военно-морской державой, серийно строившей подобные корабли.

Подводная лодка пр. 95:

Подводная лодка пр. 95:

1 — аккумуляторная батарея; 2 — пульт дистанционного управления машинной установкой и приборный щит; 3 — шахта подачи воздуха к дизелям; 4 — газоотвод; 5 — газоохладитель-глушитель главных двигателей; 6 — главный двигатель; 7 — испарителькислорода; 8 — дизель-генератор; 9 — газофильтр ХПИ; 10 — компрессор воздуха высокого давления; 11 — вспомогательный генератор; 12 — теплоизоляция кислородной цистерны; 13 — цистерна жидкого кислорода

Подводная лодка пр. 95:

Второй страной, где велись интенсивные работы по созданию подводных лодок с единым двигателем внутреннего сгорания, стала Германия. Там такой двигатель назывался «крейслауф» — круговорот. Начав исследования также в 1930-х гг., создать работоспособный дизель, работающий по замкнутому циклу, немцы смогли только уже в ходе Второй мировой войны. В 1943г. командование германских ВМС приняло решение построить одну экспериментальную подлодку XVIIК серии с дизелем «крейслауф», мощностью 1500л. с. В 1944г. ее заложили под обозначением U-798, но до окончания войны даже не смогли спустить на воду. В этом проекте немцы уже пошли дальше и, как на отечественных кораблях проекта А615, предусмотрели гребной электродвигатель с аккумуляторной батареей. Это вызвано, прежде всего, тем, что при работе дизеля из-за собственных шумов подлодка совершенно глухая, не говоря уже о том, что ее саму слышно на десятки миль. Поэтому непосредственно атаковать противника такие лодки должны были под электромоторами, а дизеля должны использоваться на переходе в район боевого предназначения или при совершении маневра для занятия позиции на курсе обнаруженного другими силами конвоя.

Схема работы дизеля по замкнутому циклу («крейслауф»)

Схема работы дизеля по замкнутому циклу («крейслауф»):

1 — дизель; 2 — подача воздуха в надводном положении; 3 — выхлоп газов в надводном положении; 4 — переключение выхлопа на замкнутый цикл; 5 — циркуляция выхлопных газов; 6 — холодильник; 7 — перепускной клапан для регулирования температуры газа; 8 — газовый фильтр; 9 — смеситель для обогащения кислородом; 10 — кислородные баллоны; 11 — кислородный редуктор; 12 — регулятор подачи кислорода; 13 — регулятор давления при работе по замкнутому циклу; 14 — компрессор выхлопных газов; 15 — выпуск избыточного газа при работе по замкнутому циклу; 16 — редуктор; 17 — разобщительная муфта; 18 — электродвигатель экономичного хода; 19 — гребной винт

На U-798 из 65 т бортового запаса кислорода 25 т под давлением 400 кг/см2 разместили в стальных баллонах, а 40 т в жидком состоянии в сосудах Дьюара*. Одновременно немцы пытались оснастить двигателями «крейслауф» сверхмалые подводные лодки, но и там работы не вышли из стадии экспериментов.

После окончания Второй мировой войны до начала 1950-х гг. все ведущие военно-морские державы занимались изучением германского наследия, так как было очевидно, что Германия в области подводного кораблестроения не просто вырвалась вперед, а совершила качественный скачок. Именно поэтому все первые послевоенные проекты подводных лодок в какой-то мере являлись национальными аналогами последних германских разработок. Но как раз в области дизелей, работающих по замкнутому циклу, германские наработки были наиболее слабыми, да и сама идея никого из стран-победительниц особенно не заинтересовала. Американцы проблему длительного подводного плавания почти сразу стали решать через внедрение ядерной силовой установки. Британцы сосредоточились на вопросах противолодочной борьбы, и грохочущий дизель их совершенно не устраивал. Лишь Советский Союз строил подлодки с единым двигателем, но они создавались на базе еще предвоенных разработок. Короче, казалось, что о дизелях, работающих по замкнутому циклу, как бы забыли. Но уже в 1960-е гг. о них опять вспомнили. Точнее, не совсем о дизелях, работающих по замкнутому циклу, а об идее единого двигателя, причем не ядерного. Это было вызвано сразу несколькими причинами, но прежде всего политическими и финансовыми. Например, Балтийском море объявлено безъядерной зоной, что подразумевает отсутствие у прибалтийских стран в том числе и кораблей с ядерными силовыми установками. По политическим мотивам таких кораблей не могут иметь, например, Германия и Япония. Да и финансовый вопрос играет немалую роль: строительство или просто содержание атомных подводных лодок для многих стран просто не по карману. Наиболее активно над единым неядерным двигателем работали в Швеции, Нидерландах, Великобритании и… Германии.

* Сосуд Дьюара — колба с двойными посеребренными изнутри стенками, из пространства между которыми выкачан воздух. Теплопроводность разреженного газа между стенками столь мала, что температура веществ, помещаемых в сосуд Дьюара, сохраняется постоянной долгое время. Предложен Дж. Дьюаром в 1898г.

Шведская подводная лодка «Готланд»

Шведская подводная лодка «Готланд»:

1 — гидроакустическая станция; 2 — торпедный отсек; 3 — жилые помещения; 4 — центральный пост; 5 — вычислительный центр; 6 — Стирлинг-генератор; 7 — турбинный отсек; 8 — электромеханический отсек; 9 — аккумуляторы

В настоящее время работы ведутся уже по трем направлениям, в основе которых три разных типа двигателя: во-первых, дизель по замкнутому циклу; во-вторых, двигатель Стирлинга*, в-третьих, электрохимические генераторы. Что касается дизеля, работающего по замкнутому циклу, то, несмотря на положительное решение почти всех технических проблем, дальше экспериментов дело не пошло, уж больно сильно он шумит. В этом смысле двигатель Стирлинга предпочтительнее. Эксперименты с ним в основном велись в Швеции и в 1996—1997гг. там вступили в строй три подводные лодки типа «Готланд» с Стирлинг-генераторами. Но самым перспективным оказалось третье направление.

* Двигатель Стирлинга — двигатель внешнего сгорания, в котором рабочее тело (гелий или водород) постоянно находится в замкнутом пространстве и изменяет свой объем при нагревании и охлаждении. Теплота образуется вне рабочих полостей, например при сгорании химического топлива. Разработан Р. Стирлингом в 1816г

Речь идет о превращении химической энергии непосредственно в электрическую без процесса горения или механического движения, то есть выработке электроэнергии бесшумным способом. Такие электрохимические генераторы установлены на германских подводных лодках проекта 212, вступление в строй головной из которых намечено на 2003г. По сути это возвращение чисто электрической подлодки, но с новыми аккумуляторами. Она сможет двигаться в подводном положении со скоростью 3 узла в течение 20 суток и за это время пройти 1440миль. В определенной степени это уже качество атомной подводной лодки. Но следует тут же сделать уточнение, говорящее не в пользу последней: ядерная силовая установка в настоящее время не может обеспечить такую же скрытность, как чисто электрическая. Аналогичные подводные лодки собираются строить и другие страны, например Россия, Италия, возможно, Швеция. Более того, Великобритания и Франция планируют вернуться к строительству неядерных подводных лодок для национальных ВМС, так как их применение в ряде районов и случаев по критерию эффективность/стоимость предпочтительнее атомных.

Источник