Гибридные лодки

bigdrum — 22.09.2021

Тут товарищи офицеры окончательно охренели. Дергали мне вчера свет, не давали в танки играть. Ничего, я это им запомню... :)

Придурки - они и есть придурки.

Материалл спровоцирован (естественно) американо-британо-австралийско-французским скандалом, и вопросами по поводу возможности существования чисто электрических лодок. Ну так давайте разбираться.

Во-первых, нужно сказать, что каждая подводная лодка - это классический гибрид. Даже АПЛ несет аккумуляторы, а некоторые - даже дизеля. Почему? Потому что у подводной лодки очень разные режимы работы - надводный, подводный, экономический, полный ход, и не все источники энергии одинаково хорошо соответствуют всем требованиям. Вопросы только в том, как именно используются источники энергии на борту, и какой стиль, какой образ "поведения" лодки они задают.

Во-вторых, нужно сказать о надежности. Из техники известно, что каждая система может сломаться, и чем больше систем - тем выше шанс неисправностей. Условно говоря, лодка с тремя источниками энергии - атомным, дизельным и аккумуляторной батареей - менее безопасна, чем лодка с одним. Естественно, моряки пожмут плечами, но я же написал - "условно". Причина - в "обычной" лодке каждый из источников используется отдельно, и в один момент времени лодка получает энергию из одного источника. Так что у нас вероятности неисправностей не складываются (если конечно условия эксплуатации не диктуют обратное).

Теперь о возможности создания лодки, которая весь выход в море работает от аккумуляторной батареи.



Начнем с Варшавянки. Автономность Варшавянки - 45 суток. То есть, больше эта лодка не может находиться в море - экипаж устанет, продукты закончатся, горючка тоже закончится, и вообще ну вас нафиг с такими выходами в море... Возьмем цифру 45 дней как порог, предельное значение. Для подлодок класса "Акула" (проект 941) автономность составляет 180 суток - но там есть баня, и бассейн, и туда много хавчика загрузить можно. Я хочу предложить вам некую максиму.

Как только длительность похода (автономность) "аккумуляторной" лодки становится близка к автономности обычной - аккумуляторная подлодка становится ничем не хуже.

Французы заявили 40 дней автономности. Каким образом это достигается?

1. На лодке нет дизеля либо реактора, и вся освобожденная масса отдается под аккумуляторную батарею.
2. Вместо свинцово-кислотных используются литий-ионные батареи, что дает кратное повышение емкости.
3. Экипаж находится в капсуле, он сокращен до минимального (15 человек) количества, а значит - ему требуется меньше продуктов, кислорода, жилого пространства.
4. Вся навигация происходит в подводном положении.

Почему пункт 4 - это важно? А вот почему:

1. Скрытность.
2. Отсутствие волнового сопротивления движению.
3. Отсутствие кучи дополнительного оборудования (например, поста в ограждении рубки и самого ограждения).
4. Предельная оптимизация обводов под подводный ход.

Можно ли зарядить такую "батарейку" быстро? Да, можно, потребуется корабль с газотурбинным электрогенератором в трюме, который будет исполнять роль плавучей электростанции. Такой корабль подходит к лодке, стыкуется с ней кабелями, включает ГТУ на все ее мегаватты - и через несколько часов наша субмарина залита энергией "под пробочку".

Модульная конструкция корпуса допускает спасение экипажа отделением обитаемого отсека. Торпедные аппараты и ракетные шахты являются неперезагружаемыми в походе. Да, это сокращает количество возимых торпед, однако делает торпедный и ракетный отсек необслуживаемыми. Аккумуляторы изолированы от обитаемого объема... Короче - были в советском флоте такие лодки, проект Лира - французы просто довели заложенные в советские лодки Альфа принципы до упора.



Естественно, большие необслуживаемые объемы - это сложнейшая задача для конструкторов и промышленности. Однако, экипаж из 15 человек - все мичманского и офицерского состава - того стоит. Естественно, задача БЗЖ сильно усложняется, но в общем и целом, тенденция на необслуживание оборудования в современной армии проявлена сильно.

В сумме у нас получается весьма интересная подлодка прикрытия баз, либо для операций на театрах, где свой флот доминирует, и можно производить смену экипажа и зарядку прямо в море, не удаляясь далеко от места действия.

Можно ли повышать автономность такой подлодки? Думаю, да. Помимо заправки/зарядки в море с корабля снабжения, можно добавить дополнительный источник энергии, например атомный реактор, превращая лодку в более полноценную единицу.

И вот здесь вот у нас начинается интересное.

На современных АПЛ реактор несет основную нагрузку, а аккумуляторы включаются только при необходимости. Например, при совсем малом ходе, когда использование реактора нецелесообразно (не дросселируется он до такой степени). Кстати, фишка с необходимостью держать реактор на малых оборотах была одной из проблем Лиры. Кроме того, реактор имеет определенную задержку на переход из режима в режим, а частые переходы недопустимы. Потому реакторы используются с превышением тепловой мощности, а избыточное тепло просто сбрасывается за борт.

Давайте посмотрим опять на лодку Варшавянка. Два дизель-генератора по 1000 КВт. Это - чтобы в надводном положении забить аккумуляторную батарею максимально быстро. Главный электродвигатель 5500 л.с. - это больше, чем дают генераторы. НО. Этот двигатель дает МАКСИМАЛЬНУЮ скорость под водой. То есть - он работает ОТ БАТАРЕИ, расходуя накопленный запас, так как только от генераторов он работать не сможет - не дадут они столько энергии.

Однако лодка на полном ходу сильно шумит, и фактически в подводной войне полный ход - если ваша лодка не Лира - это самоубийство.

С Лирой иначе - она такую скорость развивала, что ее ни одна торпеда того времени догнать не могла.

А вот для патрулирования в районе Варшавянка использует специальный двигатель экономического хода, мощностью аж... 190 лошадиных сил! Этот двигатель дает ей 3 узла хода. Когда ее не видно, не слышно, и когда она сама все слышит и сохраняет управляемость...

А теперь представим себе вот что. Реактор малой мощности, например, 3МВт (тепловых). Работающий ПОСТОЯННО В ОДНОМ РЕЖИМЕ. И дающий 1000 КВт ПОСТОЯННО энергии. Такой реактор не сможет разогнать лодку до полного хода, и он не сможет быстро набить аккумуляторную батарею. Однако он сможет другое. Он сможет постоянно подзаряжать АКБ высокой емкости на малых скоростях хода, являющихся для Варшавянки основными.

Если добавить к аккумуляторной подлодке реактор малой мощности, который будет покрывать потребности лодки на работу оборудования и иметь избыточную генерацию для зарядки АКБ, то в режиме экономного хода лодка будет накапливать энергию, которую затем сможет использовать в случае необходимости.

Давайте составим требования к такому реактору.

1. Он должен быть необслуживаемым. В принципе необслуживаемым. Он должен работать по принципу "включил-выключил". Естественно, требования к надежности и безопасности...
2. Он не должен иметь высокую мощность - но должен иметь малые размеры, низкий уровень собственных шумов и широкий диапазон эксплуатационных условий.

Яйцо Доллежаля.

В 1985 году одна из лодок этого проекта была переработана по проекту 651Э, разработанному ещё в 1977 году. В рамках модернизации ПЛ была оборудована компактной ЯЭУ малой мощности, разработанной в «Научно-исследовательском и конструкторском институте энерготехники» («НИКИЭТ») – в настоящее время «Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н.А. Доллежаля». В рамках проекта 651Э ЯЭУ малой мощности была размещена в нижней кормовой части ПЛ вне прочного корпуса. Использовался одноконтурный реактор кипящего типа. Впрочем, ПЛ проекта 651Э также не вышла из стадии опытного образца.

Высокая стоимость решения и недостаточное техническое совершенство ТОГДА стали препятствием. Однако времена меняются...

Ключевой принцип заключается в том, что основным источником энергии при такой компоновке должен быть не реактор - а аккумуляторная батарея.

Фактически речь идет о гибридной лодке, в которой, благодаря неравномерности расходования энергии, создаются ее запасы в АКБ. А поскольку АКБ является ОСНОВНЫМ источником энергии - у нас появляется возможность моментальной реакции, мы потребляем ровно столько, сколько надо, и так далее. А когда необходимость в резких движениях проходит, и лодка спокойно идет экономичным ходом, реактор добивает энергией аккумуляторы. Все точно так же, как в гибридном автомобиле...

Иными словами, переход на питание лодки преимущественно от аккумуляторной батареи, при постоянно используемом первичном источнике энергии, позволяет не только повысить длительность подводного хода, но также и изменить саму идеологию. Перейти от сложных обслуживаемых реакторов переменной мощности, как основного источника, к необслуживаемым реакторам малой мощности, как к устройству подпитки АКБ.

Очень любопытным с данной точки зрения может быть использование изотопных источников. Сейчас изотопы используются мало, они дорогие, и неуправляемое выделение тепла, в сумме с радиацией - представляется неудобным. Кроме того, использующиеся совместно с ними термоэлектрические генераторы имеют низкий КПД. Однако сами по себе тепловыделяющие капсулы имеют большую тепловую мощность, и использование их совместно с необслуживаемыми преобразователями (например, по циклу Стирлинга) дает возможность создания постоянных первичных источников. Кроме того, возможно использование опыта создания необслуживаемых реакторов, разрабатываемых в рамках космических программ.

Важным для лодок-гибридов является то, что уже сформулировали французские инженеры. То есть - необслуживаемое оборудование, модульная композиция лодки с изоляцией отсеков, управление по принципу включил/выключил, преимущественное использование АКБ как "энергетического узла" корабля, переход к подводному ходу как основному режиму работы лодки, сокращение численности экипажа (достигаемое необслуживаемостью оборудования в том числе). Опять же, возможность быстрой зарядки от внешних источников (судно-электростанция) сохраняется. В отличие от современных лодок, где практически ко всему оборудованию экипаж имеет доступ, так как оно находится в одном объеме с экипажем, что подвергает опасности жизни экипажа при неисправностях, такие субмарины будут более безопасными.

Все упирается в технологии и в конструкторские решения. Создание необслуживаемых изолированных отсеков высокой надежности - это та еще задачка. Однако рано или поздно принципы, заложенные в SMX-31, найдут свое место в ряду подводных систем, потому что к этому нас толкает все развитие технологий подводного кораблестроения.

.

Оставить комментарий

Популярные посты: