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

Почему подводная лодка не тонет

Вряд ли уроженец подмосковного села Покровское плотник Ефим Никонов знал закон Архимеда — не изучали его тогда в приходской школе. Но тем и отличаются люди друг от друга, что одному на голову могут яблоки падать каждый день, а другой окажется Ньютоном, и ему хватит одного, чтобы сделать открытие. Кто из села Покровское не видел, как время от времени падают с телег бочки на переправе? Но интересно, одни тонут сразу, а другие плавают — все зависит от веса того, что в них находится. Значит, можно подобрать такой груз, чтобы бочка либо камнем на дно пошла, либо чтобы плавала на поверхности, либо чтобы плавала полупритопленной.

В отличие от крестьянина Никонова все мы знаем закон Архимеда о том, что на тело, погруженное в жидкость, действует вертикально вверх выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом. Не составляет нам труда и представить этот закон в виде формулы:

F = dжV; одновременно рассмотрим и другую формулу:

P = dТV,

где F — выталкивающая сила; P — вес тела; d — удельный вес жидкости и тела; V — объем тела.

Сравнивая формулы, нетрудно заметить, что если удельный вес тела больше удельного веса воды, то оно пойдет ко дну, а если наоборот, то тело будет плавать. А вот если удельный вес тела окажется равным удельному весу воды, то оно получит нулевую плавучесть. Что это такое? Это значит, что тело будет находиться в толще воды там, куда вы его поместили. Все это легко проверить. Например, бросьте в воду монету, и она утонет, так как удельный вес металла больше удельного веса воды. А теперь бросьте в воду щепку — она будет плавать. Но это все однородные тела, а как быть с подводной лодкой? Здесь надо пользоваться средним удельным весом, то есть взять вес подлодки со всем, что в ней находится, включая людей и их личные вещи, и разделить на ее объем. Теперь, чтобы плавать по поверхности и в толще воды, то есть иметь положительную, отрицательную или нулевую плавучесть, необходимо научиться менять средний удельный вес подлодки. Достигается это приемом или удалением балласта, в качестве которого используется забортная вода.

 

Схема цистерн подводной лодки «Дельфин»:

Схема цистерн подводной лодки «Дельфин»: 1 — носовая цистерна главного балласта; 2 — носовая дифферентная цистерна; 3 — кормовая дифферентная цистерна; 4 — кормовая цистерна главного балласта

 

На первых подводных лодках, как правило, имелась одна балластная цистерна расположенная внутри прочного корпуса, которая заполнялась самотеком, а удалялась вода из нее ручным насосом. Уже первые опыты выявили две проблемы. Во-первых, если количество принятой воды придавало подлодке отрицательную плавучесть, то она просто падала на дно и никак перемещаться не могла. Именно тогда выяснилось, что для подводного плавания необходимы только положительная и нулевая плавучести, а отрицательная для них так же опасна, как и для надводного корабля. Но как тогда изменять глубину погружения? Во-вторых, оказалось, что невозможно сразу принять заранее определенное количество балласта и придать подлодке нулевую плавучесть. При каждом погружении она всегда будет иметь несколько отличный вес, а значит, и количество балласта каждый раз требуется разное. Кроме этого, вес лодки, а иногда удельный вес забортной воды могли меняться даже в ходе одного плавания. Все это заставляло периодически регулировать объем воды в цистерне. Как выяснилось чуть позже, эти две проблемы оказались взаимосвязанными.

Сначала для изменения глубины погружения использовали винт, вращающийся в горизонтальной плоскости. Он хорошо виден на схеме подлодки Бушнелля. Позже повсеместно стали применять горизонтальные рули, вначале только кормовые, а затем и носовые. Малая скорость первых подлодок делала рули малоэффективными, но вскоре выяснилось, что маневру по глубине можно способствовать искусственно созданным дифферентом: при погружении — на нос, а при всплытии — на корму. Все это потребовало разделить цистерну главного балласта на несколько и распределить их по длине корабля. К тому времени для осушения цистерн стал применяться сжатый воздух, но для дифферентовки еще какое-то время пользовались ручными насосами, а точнее, цилиндрами большого сечения с поршнем. Чуть позже появились специальные дифферентные цистерны.

 

Расположение цистерн на подводной лодке «Акула»:

Расположение цистерн на подводной лодке «Акула»: 1 — концевые цистерны главного балласта; 2 — дифферентные цистерны; 3 — палубные цистерны; 4 — средние цистерны

 

Расположение цистерн хорошо видно на схеме подлодки «Дельфин». Однако если дифферентные цистерны у нее находились внутри прочного корпуса, то цистерны главного балласта — вне. Дело в том, что уже в конце XIX в. сложилось понимание того, что наиболее рациональная форма корпуса подводной лодки с точки зрения сопротивляемости давлению забортной воды — это цилиндр. Но с точки зрения мореходности в надводном положении кормовая, а особенно носовая оконечности должны иметь довольно сложные обводы, близкие к надводному кораблю. Делать их из столь же толстого и сложного для обработки металла, как и основной корпус, было технологически сложно, а учитывая, что основной объем оконечностей занимают цистерны, — еще и бессмысленно. Поэтому на основной корпус подводной лодки, заканчивающийся плоскими, а позднее сферическими переборками, стали как бы надевать носовую и кормовую оконечности с мореходными обводами. Их делали из более тонкого металла, не рассчитанного на давление предельных глубин погружения. Расположенные в оконечностях цистерны и так в подводном положении заполнялись водой, то есть имели забортное давление. Дифферентные цистерны могли быть не заполнены полностью водой и поэтому располагались внутри основного корпуса. Пространство между цистернами и внешними мореходными обводами сделали просто проницаемым для воды.

Именно необходимость улучшить надводную мореходность привела к тому, что уже на «Касатке» изначально спроектировали легкую проницаемую надстройку, которая как бы одевалась сверху на основной корпус и представляла из себя обычную верхнюю палубу. Позже, уже в ходе модернизации, на подлодках этого типа появилась боевая рубка. Это во многом связано с оснащением подлодок перископами. Дело в том, что перископная глубина определялась не только длиной самого перископа, но и тем, насколько он выходил из корпуса подлодки. Ход перископа равен расстоянию от трюма, где находился окуляр перископа в опущенном состоянии, до уровня глаза наблюдателя в поднятом состоянии. Естественно, если человек стоял не на палубе внутри корпуса, а в боевой рубке, то такой ход оказывался на несколько метров больше, а значит, на столько же увеличивалась перископная глубина. Непроницаемую боевую рубку, имевшую форму бочонка, для снижения сопротивления воды сверху закрывали обтекаемым проницаемым ограждением. Оно же прикрывало трубы перископов, позже и других выдвижных устройств, а также ходовой мостик. Его стали оборудовать на боевой рубке для управления подлодкой в надводном положении.

На «Акуле» окончательно сформировалась система расположения цистерн, которая сохранилась на всех подводных лодках отечественной постройки вплоть до Октябрьской революции. Здесь следует отметить несколько моментов. Во-первых, дифферентные цистерны вынесли из основного корпуса, но зато теперь они были рассчитаны на предельную глубину погружения. Во-вторых, появились палубные цистерны, которые предназначались для удержания подлодки в позиционном положении. Если они оставались сухими при заполненных цистернах главного балласта, то над поверхностью возвышалась только рубка. В-третьих, появились средние цистерны, так называемые отрывочные. При выходе в море они всегда были заполнены водой. Если при продувании всех цистерн главного балласта лежащая на дне подлодка не могла всплыть (боевые повреждения или «присос» грунта), то тогда как последнее средство продували отрывную цистерну. На некоторых подлодках, в частности на той же «Акуле», для этих же целей имелся свинцовый киль, который в аварийной ситуации можно было отдать из корпуса. На «Морже» дополнительно появилась уравнительная цистерна, а на «Барсе» — заместительная. Первая предназначалась для погашения остаточной плавучести, то есть для приведения среднего удельного веса подлодки к удельному весу забортной воды, а вторая для компенсации веса израсходованных запасов. На подводных лодках отечественных проектов цистерны главного балласта заполнялись с помощью центробежных электронасосов (помп), а удалялась вода либо теми же помпами, либо сжатым воздухом.

Как уже говорилось, отечественные подводные лодки кроме основного корпуса, который впоследствии стали называть прочным, имели относительно легкие водопроницаемые носовую и кормовую оконечности, а также такую же палубу. В 1886г. испанец Н. Монтуриоль, а затем в 1898г. француз М. Лобеф полностью «одели» свои подлодки во второй, так называемый легкий корпус. В межкорпусном пространстве и разместились цистерны главного балласта. Теперь их можно было разделить на три группы, не занимая ими драгоценный объем прочного корпуса: к уже известным нам носовой и кормовой добавилась средняя цистерна. Такие подводные лодки, в отличие от русских типа «Барс», стали называть двухкорпусными.

Первыми представителями двухкорпусных подлодок в отечественном флоте стали американские проекта «Голланд-31А» или отнесенные к типу «Нарвал». Эти корабли имели еще несколько отличительных черт, которые наши конструкторы переняли лишь после Октябрьской революции. Во-первых, на них цистерны главного балласта заполнялись самотеком. Для этого они имели в нижней части кингстоны, а в верхней — клапаны вентиляции. При закрытых клапанах вентиляции и открытых кингстонах вода свободно попадала в цистерны, но образовавшиеся там воздушные подушки все равно удерживали подлодку в надводном положении. А вот если открывались клапаны вентиляции, то воздух стравливался и подлодка погружалась. Для всплытия требовалось закрыть клапаны вентиляции и начать подавать в цистерну воздух высокого давления, который, вытеснив воду через открытые кингстоны, вновь образует воздушные подушки в цистернах. Естественно, процесс приема балласта пошел значительно быстрее и время погружения сократилось.

Во-вторых, американские подлодки имели водонепроницаемые переборки которые делили прочный корпус на семь отсеков у «Нарвала» и на четыре — у более поздних лодок типа АГ. Это являлось огромным шагом вперед в отношении повышения живучести корабля и улучшения условий обитаемости. В-третьих, у этих подлодок носовые горизонтальные рули «заваливались» в специальные прорези надстройки, что предотвращало их повреждения в надводном положении, например во время швартовки.

Плавучесть Корабля

В общем случае под плавучестью понимают способность корабля плавать с заданной осадкой, неся на себе все грузы, необходимые для выполнения боевых задач, свойственных данному классу. Она достигается равенством сил гидростатического давления (сила плавучести или сила поддержания) и силы тяжести корабля, действие которых противоположны по направлению. Точки приложения этих сил лежат в одной вертикали. Если точки приложения сил сместятся относительно друг друга, то корабль получит крен (наклон относительно продольной оси) или дифферент (наклон в продольной плоскости).

Меняя плавучесть, подводная лодка может иметь три основных положения: крейсерское — это надводное положение; подводное; позиционное — это полупогруженное положение, при котором над поверхностью находится только рубка.

В подводном положении запас плавучести равен нулю, а в надводном — суммарному объему цистерн главного балласта. Запас плавучести измеряется в кубических метрах или в процентах от надводного водоизмещения. С его ростом улучшаются непотопляемость подводной лодки, ее мореходные качества в надводном положении, но ухудшаются маневренные качества в подводном положении, а главное — увеличивается время погружения.

Дифферентовка подводной лодки заключается в совмещении точек приложения сил гидростатического давления и тяжести корабля, то есть в ликвидации постоянного дифферента из-за особенностей размещения, например корабельных запасов, а также в приведении к нулю остаточной плавучести. Дифферентовка проводится на основании расчетов и проверяется пробным погружением.

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