Вполне возможно, что крупные специалисты в военном деле вообще и в военно-морском в частности, периодически появляющиеся в комментариях к моим статьям, назовут сегодняшнюю очередным "Колобком". Дескать, примитивно и ВСЕМ давно известно.
Ну что ж, "Колобок" до сих пор находит всё новых и новых читателей :) , а подрастая, они переходят и к другим темам, в том числе и военно-прикладным. А судя по количеству подписчиков и лайков, это интересно немалому числу и взрослых читателей. Вот даже последнюю в том году статью, о снарядах (казалось бы, ну что ещё есть неизвестного о них?) дочитали до конца порядка 13 000 человек, а заметка о морском трубоукладчике набрала уже более миллиона показов.
Вот для этих людей я и продолжу писать. Но прежде всего хочу всех поздравить с наступившим Новым Годом и пожелать всего наилучшего! И давайте будем добрее друг к другу :)
Однако вернёмся к теме подводных лодок. Бывало, идёшь вдоль Южной бухты Севастополя по какому-нибудь из тамошних скверов на высоком берегу и слышишь мощный гулкий звук, далеко разносящийся вокруг - это подводная лодка у причала на противоположной стороне производит зарядку аккумуляторных батарей. Бьёт зарядку, как говорится.
До изобретения шнорхеля (или устройства РДП по-другому), бить зарядку во время боевых действий приходилось в надводном положении. И никак без неё не обойтись, поскольку заряда батарей хватало лишь на несколько суток при самом экономном расходовании электроэнергии. У меня нет данных, сколько лодок было обнаружено акустиками противника при этом, но наверняка такие были. В связи с развитием радиолокации и повысившимися требованиями к скрытности, лодки стали заряжать аккумуляторы не всплывая, лишь выдвинув шахту шнорхеля для забора воздуха и вывода выхлопных газов. Вдобавок оконечность выдвижного устройства покрывали материалами, уменьшающими шансы засечь радаром даже его.
Но шум дизелей, пусть и работающих под водой, скрыть никак невозможно. К тому же есть ещё один демаскирующий фактор - выхлопые газы. Ещё во время Второй мировой войны были изобретены снифферы (нюхачи на жаргоне), а проще - газоанализаторы, достаточно широко применявшиеся союзниками в противолодочной авиации.
Конструкторы непрерывно искали технические решения, как бы увеличить время нахождения неатомных лодок под водой без всплытия. В СССР был создан проект ПЛ 615 (А615) с энергоустановкой работавшей по замкнутому циклу с использованием кислорода для окисления топлива и твёрдого химического поглотителя для удаления углекислого газа. В обиходе их называли "зажигалками" из-за высокой пожароопасности. И всё-таки на снижение шумности это не влияло.
А ведь ещё в 1816 году шотландский священник Стирлинг запатентовал совершенно необычный тип двигателя, технически очень несложный, без взрывных процессов, а значит, исключительно малошумный, с КПД заметно более высоким, чем у дизелей и моторесурсом 20-50 тысяч часов.
Схема принципа действия, если нет анимации, кликните мышкой по картинке:
Левый большой поршень - это так называемый вытеснитель, а правый, меньшего размера - рабочий. Перегородка между ними теплоизолирущая. Вытеснитель, как вы видите, не касается стенок своего цилиндра. Когда он идёт влево, то вытесняет горячий газ в рабочий цилиндр, с низкой температурой. Здесь теплоноситель остывает, его давление уменьшается и рабочий поршень как бы всасывается, двигаясь влево.
Когда вытеснитель идёт вправо, он вытесняет газ через зазоры в левую часть своего цилиндра, где он нагревается, давление его увеличивается и через зазоры он опять поступает в рабочий цилиндр, перемещая поршень вправо. По фазе их движение сдвинуто относительно друг друга на 90 градусов. Это самое упрощённое описание процесса.
Есть и другие варианты этой конструкции. Камнем преткновения было создание достаточно мощной системы охлаждения и теплообменника, чтобы создавать наибольшую разницу теператур.
В принципе источником тепла может быть хотя бы солнечный свет или тепло ладони, но мощность такого двигателя будет ничтожной. На практике в качестве топлива используется дизельное, сжигаемое в камере высокого давления. В качестве рабочего тела обычно используется гелий. А в качестве окислителя для сжигания топлива ничего нет технологичней, чем старый добрый кислород, такие дела.
Современные подводные лодки с такими двигателями могут находиться под водой до 20 суток, при этом оставаясь исключительно малошумными, несмотря на то, что не используют электромоторы. А кто же обладает такими лодками?
В наибольшем количестве - Япония. Лодок типа "Сорю" с 2009 года поступило на вооружение уже 10 единиц. Лодка, имеющая длину 84 метра и водоизмещение 4200 тонн, оснащена четырьмя двигателями Стирлинга, вырабатывающими мощность, равную 8000 л.с. От обычных дизелей, правда, не отказались. Их на лодке 2, их суммарная мощность — 3900 л.с. Скорость подводного хода - 20 узлов, очень и очень неплохо. Лодка этого типа изображена на верхнем снимке.
Ещё раньше японцев подводные лодки с двигателями Стирлинга в количестве 3 единиц в 1996-7 годах вошли в состав ВМС Швеции. На них двигатели Стирлинга использовались в качестве двигателей экономхода под водой. Их было по два на каждой лодке, мощностью 204 л.с. В 2016 году первая лодка этого типа "Готланд" подверглась модернизации, срок нахождения под водой увеличился с 14 до 20 суток. Сейчас в Швеции строится головная лодка новой серии типа A26. На ней будут только двигатели Стирлинга, нахождение под водой несколько недель.
Не стоит забывать и о так называемых топливных элементах, где электрическая энергия получается напрямую за счёт электрохимических реакций. Тут вообще ни о каком шуме речи идти не может. По такому пути пошли кораблестроители Германии. Первая такая лодка проекта 212 вступила в строй в 2005 году, сейчас их шесть единиц, разновидность под индексом 214 будет производиться на верфях или самой Германии или национальных для Турции, Греции, Португалии и Южной Кореи.
Без всплытия они смогут находиться под водой до трёх недель. Энергетическая установка состоит из обычных дизелей, серебряно-цинковых аккумуляторных батарей, одного гребного электродвигателя и двух модулей топливных элементов мощностью по 120 квт каждый. Они могут обеспечить скорость хода 2-6 узлов, а дальность при скорости 4 узла порядка 1200 миль. Топливные элементы бывают различных типов, на немецких ПЛ используются протон-обменные, в качестве топлива водород, получаемый из гидрида металла, окислителя - всё тот же кислород, хранимый в жидком виде вне прочного корпуса.
Эти топливные элементы вещь недешёвая, в качестве катализатора может использоваться платина. Но прогресс не стоит на месте и вот уже японцы начали строить новые лодки, первая планируется к вводу в строй в 2020 году , оснащённые литиево-ионными аккумуляторными батареями, которые должны вытеснить двигатели Стирлинга эконом-хода, поскольку обладают достаточной ёмкостью, чтобы обеспечить примерно такую же дальность хода.
Что же у нас? Нашёл я статью о лодке 677 проекта "Лада". Планировалось, что она тоже будет оснащаться топливными элементами, о двигателях Стирлинга речи не шло. "Лада" была спущена на воду в 1997 году. Поскольку требуемые топливные элементы к тому моменту создать не удалось, её временно снабдили обычной дизель-элетрической установкой с аккумуляторными батареми, которые однако запланированную подводную скорость обеспечить не могли. Современнейшая электронная начинка и оружие лодки базируются на энергетике времён Второй мировой войны.
Необходимые топливные элементы до сих пор так и не созданы. Хотя, может, у кого-нибудь есть другие сведения? Лодки этого проекта продолжают строиться с традиционной энергетической установкой. Неоднократно приходится слышать о наших современных дизельных лодках как "Чёрных дырах", неуловимых для вероятного противника. Но как долго они могут оставаться в таком качестве? Несколько суток, пока не потребуется новая зарядка батарей? Остаётся надеяться, что намечающееся отставание удастся наверстать достаточно быстро. Может, стоило бы Чубайсу меньше денег давать, а направить их на более важные дела.
В дополнение к теме:
Подводные лодки, которые называли "зажигалками"
Ещё о перспективной технике:
Авианосцы на воздушной подушке
Как я не оценил прогресс в судостроении или о плавающих утюгах
....................................................................................................................................
Полный каталог статей журнала здесь