Подводные лодки. Submarine.itishistory.ru
ПОДЛОДКИ МОДЕЛИ ТАНКИ ИСТОРИЯ

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

Название

«Почтовый»

РЕДО

Пр. 95

Пр. А615

XVIIК серия

Страна разработчик проекта, год

Россия,

СССР,

СССР,

СССР,

Германия*

вступления в строй головной пл

1908

1938

1945

1956

 

Водоизмещение, т:

 

 

 

 

 

надводное

134

208,9

101,9

405,8

308

подводное

146

260

140

500

340

Главные размерения, м:

 

 

 

 

 

длина наибольшая

36

44,5

37,3

56,7

40,7

ширина наибольшая

3,2

3,3

3,3

4,8

4,5

осадка наибольшая

2,7

2,9

1,43

3,4

4,9

Главная энергетическая установка:

 

 

 

 

 

число × мощность дизелей, л. с.

2 × 130

1 × 800

2 × 900 + 1 × 48

2 × 700 + 1 × 900

1 × 1500

число × мощность

1 × 100

1 × 12

электродвигателей, л. с.

 

 

 

 

 

Скорость хода, узлы:

 

 

 

 

 

надводная наибольшая

11,4

13

23

16,1

14

надводная экономичная

8

14

8,3

9

подводная наибольшая

6,2

9,75

14,5

15

16

подводная экономичная

5

4

3,5

16

Дальность плавания, миль:

 

 

 

 

 

надводная экономичным ходом

350

2750

900

3150

2600

подводная экономичным ходом

28

315

350

360

115

Глубина погружения рабочая, м

30

50

50

100

80

Вооружение:

 

 

 

 

 

носовые 533-мм ТА

2

2

4

торпедные аппараты Джевецкого

4

боекомплект торпед

4

2

2

4

артиллерийские установки

1 —

1 —

1 × 2—

 

 

45-мм

45-мм

25-мм

 

Экипаж, чел.

16

9

33

19

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.

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.

Предыстория Подводной лодки

Первые двигатели для Подводных лодок

Первое оружие Подводных лодок

Почему Подводная Лодка не тонет

Первые работоспособные Подводные лодки

Тактико-технические элементы первых Подводных лодок

Первые двигатели сгорания на Подводных Лодках

Создание первых Торпед для подводных лодок

Жилое помещение на Подводной лодке

Подводные лодки на Войне

Позиционные Подводные лодки

Подводные минные заградители

Паросиловые установки на Подводной лодке

Погружение Подводной лодки

Перископ на Подводной лодке

Гидроакустика на Подводной лодке

Эхопеленгование на Подводной лодке

Радиолокация на Подводной лодке

Торпеда — главное оружие Подводной лодки

Подводные лодки Крейсера

Основные тактико-технические элементы подводных крейсеров

Подводные Авианосцы

Вентиляционные трубы Подводной лодки

Спасательный комплекс Подводной лодки

Анализ Подводных лодок после Второй мировой войны

Двигатели для Подводной лодки

Разработки двигателей для Подводной лодки

Схема электродвижения Подводной лодки

Первые Подводные лодки с ядерной энергетической установкой

Многоцелевые атомные Подводные лодки

Подводные лодки с баллистическими ракетами

Баллистические ракеты Подводных лодок

Подводные лодки с ядерной энергетической установкой

Минно-торпедное оружие Подводных лодок

Крылатые ракеты Подводных лодок

Спасательная камера Подводной лодки

Конструкция корпусов современных Подводных лодок

Центральный пост дизельной подводной лодки

Навигационное вооружение Подводных лодок

Летопись подводного флота

Основы теории корабля

Модель торпедного катера

Модель тральщика

Модель подводной лодки

Модель противолодочного корабля

Модель эскадренного миноносца

Модель крейсера

Двигатели для моделей кораблей

Гребной винт для модели корабля