За счет чего всплывает подлодка
Устройство и принцип работы подводной лодки
Первым упоминанием о далеком «предке» современных субмарин считается германское сказание «Салман и Моролф», датированное 1190 годом. Его главный герой – Моролф сумел построить лодку из кожи и скрыться от преследования вражеских кораблей, погрузившись на дно, где он пробыл две недели. Как утверждает автор сказания, все это время Моролф дышал через длинную трубку.
Чертежи подводных аппаратов встречаются у гениального Леонардо да Винчи. Первым судном, способным передвигаться в подводном положении стала подводная лодка из дерева и кожи, построенная по проекту Корнелиуса Ван Дребеля в 1620 году, у которой в качестве передвижения использовался шест – с его помощью можно было отталкиваться от дна.
Принцип работы подводной лодки
Принцип погружения и всплытия
Для погружения под воду специальные цистерны на борту субмарины заполняются балластом (забортной водой). Все в соответствии с законом Архимеда – для полного погружения необходимо уровнять вес лодки с весом вытесненной воды.
При всплытии осуществляется обратный процесс – продув балласта, вследствие чего вода вытесняется из цистерн сжатым воздухом. В подводном положении лодка может менять глубину погружения с помощью рулей.
Ёмкости, заполняемые забортной водой, носят название цистерны главного балласта (ЦГБ). Они разделены на три группы – носовую, среднюю и кормовую. ЦГБ заполняются в зависимости от выполняемого ПЛ маневра. К примеру, при срочном погружении балластом заполняется цистерна быстрого погружения.
Как плавает подводная лодка
Подводная лодка в надводном положении плывет с открытыми кингстонами (клапанами для приема или откачки забортной воды) и аварийными захлопками (клапанами, через которые при заполнении цистерн водой выходит воздух). Вентиляционные клапаны закрыты. Лодка держится на поверхности за счет воздушной подушки в ЦГБ. В подводном положении кингстоны и аварийные захлопки открыты, а клапаны вентиляции закрыты.
Прочность и водонепроницаемость
От этих важнейших характеристик зависит живучесть ПЛ. Их обеспечивает особая конструкция корпуса субмарины, который в свою очередь может состоять из двух корпусов – прочного и легкого или только из прочного. В первом случае речь идет о российских подводных лодках, во втором – об американских.
Прочный корпус принимает на себя давление воды, для чего ему придается специальная оптимальная форма. Внутри прочного корпуса находятся все основные системы и устройства подводной лодки. Для создания прочных корпусов используются в основном высокопрочные легированные стали и титановые сплавы. Толщина обшивки прочного корпуса при диаметре 8-12 м может составлять от 40 до 60 мм и более.
Легкий корпус обеспечивает оптимальное обтекание во время плавания. Для обеспечения радиолокационной невидимости его «одевают» в специальное противорадиолокационное, звукоизолирующее резиновое покрытие. Внутри легкого корпуса размещаются балластные и топливные (для ДЭПЛ) цистерны, рулевые тяги и гидроакустические антенны.
В подводном положении межкорпусное пространство заполняется водой. Так-как давление на легкий корпус снаружи и изнутри уравновешено, нет необходимости делать его прочным. Толщина обшивки легкого корпуса составляет, как правило, от 8 до 16 мм.
Разделение на отсеки обеспечивают подводной лодке дополнительную живучесть. Отсеки отделены друг от друга водонепроницаемыми дверями-переборками с быстродействующими запирающими устройствами.
Примерный перечень отсеков ДЭПЛ: носовой и кормовой торпедные отсеки; отсек главных гребных электродвигателей и электростанция; машинный отсек; жилые помещения команды; центральный пост.
Атомные подводные лодки
Первая в мире атомная подводная лодка – «Nautilus» была принята на вооружение в США в сентябре 1954 года. Спустя почти 5 лет, в январе 1959 года вступила в строй советская АПЛ К-3 проекта 627. По многим характеристикам, в частности, водоизмещению, скорости, числу гребных валов, автономности и численности экипажа они были схожи. И все же советская АПЛ имела на один реактор больше. Она превосходила американскую по мощности более чем в 2 раза и по скорости на 6 узлов.
Чтобы понять, как устроена атомная подводная лодка, следует уяснить главное ее отличие от обычной: это субмарина с ядерной силовой установкой, что дает ей ряд уникальных преимуществ:
Мощное вооружение современных российских АПЛ – баллистические и крылатые ракеты различных типов многократно повысило боевые возможности подводного флота, сделав его одной из важнейших составляющих ядерной триады.
Почему подводные лодки вообще должны всплывать на поверхность? Разве они не могут оставаться под водой бесконечно?
Содержание
Однако в тот момент, когда подводная лодка всплывает на поверхность, то есть появляется на поверхности воды, она становится гораздо более легкой целью для мощных орудий и пушек атакующих и эсминцев противника. Вот почему часто говорят, что если вы можете успешно заставить подводную лодку всплыть на поверхность, вы уже выиграли половину битвы.
При этом, если появление на поверхности воды настолько опасно для подводной лодки и ее экипажа, зачем ей вообще всплывать на поверхность? Я имею в виду, что мешает подводной лодке оставаться под водой неопределенное время? Разве он не может оставаться под водой на протяжении всей миссии?
Чтобы понять ответ на этот вопрос, полезно знать кое-что о подводных лодках.
Подводные лодки можно разделить на два типа в зависимости от типа двигателя, на котором они работают: дизель-электрический или ядерный.
Подводные лодки, работающие на дизельных электрических двигателях, принято называть дизельными подводными лодками или просто дизельными подводными лодками. Точно так же подводные лодки, которые используют энергию, вырабатываемую ядерным реактором на борту, называются атомными подводными лодками или просто атомными подводными лодками.
Вне зависимости от типа подводные лодки обычно периодически всплывают на поверхность, но причины для этого в обоих случаях разные.
Почему дизельные подводные лодки иметь всплыть?
Дизельные двигатели вырабатывают энергию в процессе внутреннего сгорания (слово «внутреннее» просто означает, что дизельное топливо сгорает. внутри основная часть двигателя). Обратите внимание, что двигатели внутреннего сгорания отличаются от двигателей внешнего сгорания.
Перезарядка батарей дизельных подводных лодок
Как следует из названия, дизельная подводная лодка работает на дизельном двигателе, а это значит, что она должна подниматься на поверхность (или хотя бы на перископную глубину). Высота перископов на подводных лодках может достигать 18 метров (около 60 футов). Когда подводная лодка погружается на глубину, равную высоте перископа, считается, что подводная лодка находится на глубине перископа.
Подводная лодка выходит на поверхность раз в несколько дней (а то и чаще) не только для того, чтобы получить свежий запас атмосферного кислорода над поверхностью воды, но и для утилизации отработанных газов, которые она производит на борту.
Трубка
Существует устройство, известное как шноркель (англичане называют его «фырканьем»), которое позволяет подводным лодкам работать под водой, при этом набирая воздух над поверхностью. Когда подводная лодка выходит на поверхность, ее дизельные двигатели работают и вырабатывают энергию, которая используется для подзарядки батарей, которые в конечном итоге приводят в действие подводную лодку.
Связь
Радиосигналы плохо проходят под водой, особенно на глубинах, на которых подводные лодки обычно работают во время миссии. Следовательно, как атомные, так и дизельные подводные лодки должны всплывать на поверхность, чтобы поддерживать связь со своей базой, получать приказы и / или передавать важную информацию.
Пайки и припасы
Атомная подводная лодка может оставаться и работать под водой в течение пары десятилетий, при условии, что она снабжена достаточным количеством припасов и рационов для экипажа на борту, чтобы продержаться так долго.
Очевидно, это далеко не область возможного, поэтому подводные лодки должны всплывать, чтобы загрузить свежие припасы (с другого судна) и продолжить, особенно если это долгая миссия.
Обслуживание
«Человеческий» угол
Чтобы команда не сошла с ума из-за недельного пребывания в металлической трубе, полностью оторванной от семьи, друзей и остального мира, миссии на подводных лодках планируются таким образом, чтобы «вращающийся», означающий, что ни один экипаж не должен нести бремя пребывания под водой «слишком долго». Чтобы это произошло, подводные лодки должны всплыть на поверхность, чтобы существующий экипаж мог высадиться, пока новый экипаж садится на подлодку для следующего этапа текущей миссии.
Устройство подводной лодки: основные технические особенности
Принцип работы подводной лодки заключается в следующем: погружение производится в результате наполнения водой носовых, кормовых и средних цистерн главного балласта (ЦГБ). Всплытие корабля осуществляется за счет продувания указанных емкостей сжатым воздухом. ЦГБ могут заполняться и опустошаться одновременно или по очереди.
Для срочного набора глубины может применяться специальная цистерна быстрого погружения, находящаяся в прочном корпусе. Как плавает подлодка? Корректировка курса и глубины погружения ПЛ производится при помощи специальных рулевых устройств (горизонтальных и вертикальных). Скорость движения подводного корабля регулируется частотой вращения гребного винта.
Корпус и электроэнергетическая система
Для увеличения прочности конструкции ПЛ применяются шпангоуты, стрингеры и другие усиливающие элементы. Отсеки подводной лодки разделяются переборками, увеличивающими выживаемость подводного корабля в случае взрыва, пожара или пробоины. В верхней части прочного корпуса располагается многофункциональная рубка, которая выполняет роль шлюза, спасательной камеры, дополнительного отсека и наблюдательного поста. Данный элемент конструкции увеличивает непотопляемость корабля в надводном положении. Через рубку проходят шахты перескопов, предназначенных для наблюдения за окружающей обстановкой.
Большая часть современных подводных лодок снабжается комплексной электроэнергетической системой, в состав которой входит основной дизель, распределительный щит, гребной двигатель и аккумуляторная батарея. В атомных подводных лодках устанавливается реактор с водяным или жидкометаллическим теплоносителем, который генерирует энергию для работы двигателя АПЛ.
Системы безопасности и жизнеобеспечения
Воздух, необходимый для дыхания, вырабатывается электролитическими установками, которые пропускают электрический ток через морскую воду (в результате химической реакции образуется кислород и водород). Для опреснения воды, необходимой для питья и хозяйственных нужд, применяют автоматические установки с цифровыми контроллерами.
Водоотливная система состоит из центробежных и поршневых помп, а также трубопроводов и арматуры. Скорость откачивания воды составляет более 60 куб. м/ч на рабочей глубине и более 250 куб. м/ч на поверхности.
Как всплывает подводная лодка?
Субмарины являются выдающимися достижениями технологии.
Для того, чтобы подводные лодки или любые корабли могли держаться на плаву, вытесняемость воды должна соответствовать весу корабля. Такое вытеснение воды создает подъемную силу, которую называют выталкивающей силой и которая противоположна силе притяжения, что заставляет подводную лодку опускаться на дно. В отличие от корабля, подводная лодка может регулировать свое надводное положение, что позволяет ей при необходимости погружаться и всплывать на поверхность. Для того, чтобы подводная лодка могла регулировать свое надводное положение, она оснащена балластовыми цистернами и вспомогательными, или дифферентными цистернами, которые поочередно могут заполняться водой или воздухом ( показано на картинке ниже).
Когда подводная лодка находиться на поверхности воды, балластовые цистерны наполняют воздухом и общая плотность субмарины становиться меньше, чем плотность окружающей ее воды. Когда субмарина начинает погружаться, балластовые цистерны наполняются водой, выпуская воздух до тех пор, пока общая плотность лодки не станет больше плотности воды и подводная лодка начинает погружаться (так называемая «отрицательная плавучесть»).
Когда подводная лодка всплывает на поверхность, сжатый воздух с воздушных резервуаров перетекает в балластные цистерны; удаление воды происходит до тех пор, пока общая плотность не станет меньше плотности воды (положительная плавучесть) и начнется всплытие подводной лодки. Глиссера установлены под углом, поэтому вода двигается вверх по корме и таким образом сама корма наклоняется вниз, и субмарина начинает всплытие. В случае опасности, балластные цистерны могут быстро наполниться высоким давлением и сразу же поднять лодку на поверхность.
Сжатый воздух, необходимый для дыхания и использования в балластных цистернах, поставляют на подводную лодку в воздушных резервуарах. Помимо этого, на корме субмарины находится подвижный комплект коротких «крыльев». называемых глиссерами, которые помогают регулировать угол погружения. Глиссера с воздушным винтом установлены под определенным углом, так чтобы вода проходила над кормой, что заставляет корму подниматься вверх. За счет этого подводная лодка опускается вниз.
Для того, чтобы удерживать подводную лодку на определенном уровне глубины, необходимо поддерживать баланс воздуха и воды в дифферентных цистернах — ее общая плотность должна быть равна плотности воды ( так называемая «нейтральная плавучесть»). Когда подводная лодка опускается до необходимой глубины, глиссера устанавливают на определенном уровне, чтобы субмарина могла плыть сквозь воду. Для поддержания субуровня вода также проходит между дифферентными цистернами носовой части и кормы. Управлять субмариной под водой можно за счет хвостового руля ( для поворота направо или налево) и глиссера, который регулирует продольный угол лодки. Помимо этого, многие субмарины оснащены мощным электродвигателем вспомогательной гребной установки, который может развернуть лодку на 360 градусов.
Управление подводной лодкой при всплытии в надводное положение
Под всплытием подводной лодки понимается процесс перехода из подводного положения в надводное или перемещение в вертикальной плоскости с большей глубины на меньшую.
Различают два вида всплытия: нормальное и аварийное, которые могут производиться как на ходу, так и без хода. Без хода, как правило, подводная лодка всплывает в надводное noложение в районе возможного нахождения льда и в других случаях по решению командира подводной лодки.
Если подводная лодка находится на глубине, большей безопасной, то нормальное всплытие ее в крейсерское положение включает в себя, как правило, пять последовательных этапов:
всплытие (погружение) на глубину наибольшей дальности слышимости надводных кораблей (судов) по гидроакустическим условиям (но не меньшей безопасной и не большей, чем рабочая); — всплытие на безопасную глубину;
всплытие на перископную глубину;
всплытие в позиционное положение;
всплытие в крейсерское положение.
На глубине, обеспечивающей максимальную дальность обнаружения целей, производится прослушивание водной среды техническими средствами в режиме шумопеленгования на малошумной скорости для оценки надводной и подводной обстановки, определяются параметры движения обнаруженных целей и принимается решение на расхождение с ними.
Только после уяснения обстановки командир подводной лодки оценивает возможность всплытия под перископ, назначает курс безопасного всплытия и объявляет учебную тревогу.
Командир отдает приказание на всплытие, если он уверен в безопасности и его уверенность основана на точных расчетах условий расхождения с целями.
Всплывать на перископную глубину следует с дифферентом 2-4° на корму на скорости хода не более 9 узлов. При этом всплывающая подводная лодка должна быть готова в любой момент прекратить всплытие и срочно погрузиться, для чего цистерна быстрого погружения готовится к заполнению. При всплытии на перископную глубину необходимо утяжелить подводную лодку для предотвращения выбрасывания ее на поверхность в свежую и штормовую погоду. Для этого на безопасной глубине погружения замеряют высоту волны с помощью эхоледомера и принимают соответствующее количество воды в цистерны вспомогательного балласта для обеспечения необходимой отрицательной плавучести.
Особенно внимательно осматривают воздух, темную часть горизонта, районы у береговой черты и направление в сторону солнца. Если имеются участки горизонта, закрытые другими выдвижными устройствами, необходимо изменить курс, чтобы осмотреть весь горизонт. В темное время суток и в ограниченную видимость горизонт обследуется радиолокационной станцией. Все результаты осмотра горизонта и воздуха в перископ, поисковой и радиолокационной станцией записываются в вахтенный журнал. По необходимости использования поднимаются другие выдвижные устройства, антенны.
В случае обнаружения сигнала работающей радиолокационной станции или целей в перископ всплытие подводной лодки в зависимости от обстановки может быть прервано.
Если при осмотре водной поверхности обнаружено опасное сближение с судном на ходу или лежащем в дрейфе, подводная лодка уклоняется от него срочным погружением с заполнением цистерны быстрого погружения, опустив выдвижные устройства и переложив горизонтальные рули параллельно на погружение. С приходом на безопасную глубину производится расхождение с целью, после чего подводная лодка повторно всплывает на перископную глубину в готовности к немедленному погружению.
При всплытии на перископную глубину в районах фарватеров и больших грузопотоков коммерческих судов курсы всплытия необходимо располагать параллельно направлениям фарватеров. Одной из главных мер безопасности при всплытии подводной лодки вблизи работающего с ней обеспечивающего корабля (подводной лодки) является всплытие на параллельных курсах и равных скоростях подводной лодки и обеспечителя при нахождении последнего на кормовых курсовых углах и безопасной дистанции.
В штормовую погоду подводная лодка лучше держит перископную глубину, находясь лагом к волне. При нaличии волнения удержание подводной лодки на перископной глубине производится совместно носовыми (средними, рубочными) и кормовыми горизонтальными рулями за счет увеличения скорости хода, приема воды в уравнительную цистерну для утяжеления подводной лодки, перегонки воды из носовой дифферентной цистерны в кормовую и отвода дифферента к нулю.
Всплытие в позиционное положение возможно только после тщательного осмотра горизонта и воздуха и при четком представлении об обстановке в районе всплытия.
При наличии в районе всплытия надводных целей запрещается всплывать впереди по курсу надводного корабля (судна) в дистанции менее 60 каб и менее 30 каб на кормовых курсовых углах судна.
На перископной глубине командир подводной лодки приказывает: «По местам стоять к всплытию. Приготовить правый (левый) дизель на продувание главного балласта». Всплытие производится по команде «Всплывать» после доклада о готовности к продуванию ЦГБ. Рулевой перекладывает горизонтальные рули на всплытие и докладывает об изменении глубины через 0,5 метра. На глубине 5 метров носовые (средние) рули следует поставить в плоскость рамы и завалить.
После доклада рулевого «Лодка больше не всплывает» продувается средняя группа цистерн главного балласта и отдраивается нижний рубочный люк. В позиционном положении большие кормовые горизонтальные рули перекладываются на 15 град на всплытие. При необходимости даются „пузыри“ в концевые цистерны главного балласта. Только после этого отдраивается верхний рубочный люк. Верхний рубочный люк отдраивает лично командир подводной лодки после уточнения избыточного давления. Он первым выходит на мостик и оценивает обстановку.
Для всплытия из позиционного положения в крейсерское продуваются концевые группы цистерн главного балласта воздухом высокого или низкого давления. На дизельных подводных лодках цистерны главного балласта могут продуваться выхлопными газами дизеля, работающего одновременно на винт. При работе дизеля только на продувание подводная лодка осуществляет движение под главными гребными электродвигателями. На большинстве проектов подводных лодок ЦГБ продуваются только воздухом высокого давления.
Всплытие в крейсерское положение в штормовых условиях, на большой волне производится на курсах, как правило, против волны или под углом к ней 15…30°. В этом случае отдраивание верхнего рубочного люка и выход на мостик производится после продувания всего балласта.
Всплытие подводной лодки в надводное положение в ограниченную видимость обеспечивается надежным использованием радиотехнических средств и четкой работой БИП. После всплытия в надводное положение и выхода командира на мостик в условиях ограниченной видимости подаются звуковые „туманные“ сигналы согласно МППСС-72, включаются ходовые огни.