Подводные лодки с двигателями внутреннего сгорания замкнутого цикла

Наука и техникаHi-Tech

Подводные лодки с воздухонезависимыми силовыми установками в российском и советском флоте

Часть 1. Подводные лодки с двигателями внутреннего сгорания замкнутого цикла

Митрофанов Александр

С момента появления первых подводных лодок делались попытки превратить их в настоящие подводные корабли, в первую очередь за счет обеспечения работы их силовых установок без доступа атмосферного воздуха. Применение аккумуляторных батарей для подводной работы гребных электродвигателей только частично решало эту проблему. До появления атомных силовых установок, сделавших время пребывания лодок под водой практически неограниченным, предлагалось множество различных, часто довольно экзотических, а то и просто фантастических проектов. Только немногие из них оказались осуществленными. Однако в последнее время внимание специалистов к неатомным анаэробным силовым установкам для подводных лодок с использованием последних достижений науки и техники снова оживилось.

Примером этого могут являться немецкие подводные лодки с электрохимическими генераторами типа U212, шведские ПЛ с двигателями Стирлинга, французские проекты лодок типа «Agosta-90» и «Scorpene» с установкой «MESMA» и другие. Хотя в России и СССР так же успешно велись и ведутся в настоящее время работы в этой области, об этом известно немного.

Первым в России (и в мире) осуществленным проектом подводной лодки с единым двигателем внутреннего сгорания стала вошедшая в 1908 году в состав ВМФ лодка «Почтовый». В начале ХХ века в России в связи с возможной войной с Японией велось активное строительство боевых кораблей, в том числе и на добровольные пожертвования населения. Санкт-Петербургский Металлический завод заказал известному инженеру и ученому С.К. Джевецкому проект подводной лодки, пригодной для перевозки по железной дороге, и обратился к председателю Особого комитета по усилению военного флота на добровольные пожертвования с предложением построить ее.

Подводная лодка «Почтовый». Источник: архив автора

В марте 1904 года Особый комитет одобрил проект лодки и выделил на ее строительство 400 тыс. рублей, полученных от пожертвований почтовых работников (поэтому она получила название «Почтовый»). В 1905 году после утверждения проекта Морским техническим комитетом лодка была заложена на стапеле Металлического завода. В середине октября 1906 года завод уведомил Морское министерство о готовности ее к началу испытаний.

Новая лодка имела однокорпусную конструкцию со следующими тактико-техническими характеристиками: водоизмещение надводное – 134 т, подводное – 148,7 т, запас плавучести – 9%, длина – 36 м, ширина – 3,2 м, осадка – 2,85 м, рабочая глубина погружения – 30 м. Вооружение состояло из четырех палубных решетчатых торпедных аппаратов конструкции С.К. Джевецкого. Время погружения составляло от 7 до 20 мин., всплытия – около 2 мин. Экипаж лодки состоял из 14 человек.

Отличительной особенностью «Почтового» являлась силовая установка – единая для надводного и подводного плавания. Она состояла из двух главных четырехцилиндровых четырехтактных бензиновых двигателей фирмы «Панар энд Левассер» мощностью по 130 л.с. при 800 об/мин, работавших через фрикционные муфты и цепные передачи на один гребной вал. Для работы на задний ход служила реверсивная муфта.

Четырехтактный двухцилиндровый бензиновый двигатель «Панар энд Левассер» мощностью 5 л.с. при 800 об/мин служил для привода динамо-машины (30 А, 115 В), питавшей системы освещения, зарядки аккумуляторной батареи (6 элементов общей емкостью 24 Ампер·час), катушек зажигания главных двигателей и электрокипятильника для воды.

Аналогичный бензомотор приводил в действие рулевую машинку (так называемый механический штурвал) при надводном ходе лодки. Под водой вертикальным рулем управляли только вручную.

Схема действия энергетической установки «Почтового» в подводном положении. Источник: В.А. Баданин. Подводные лодки с единым двигателем

Схема работы силовой установки подводного миноносца Джевецкого при подводном ходе.

1 – динамо-машина; 2– бензиновый мотор – привод динамо-машины; 3– двухступенчатый подогреватель; 4 – подкильная труба для откачки за борт отработанных газов; 5 – газовый насос; 6 – воздушный двигатель; 7 – муфта воздшного двигателя; 8 – промежуточный вал с передачей; 9 – главный бензиновый мотор; 10 – муфта бензинового мотора; 11 – промежуточный вал; 12 – глушитель; 13 – цепная передача на гребной вал

Запас воздуха (10 м³) хранился под давлением 200 кг/см² в 45 баллонах и пополнялся в надводном положении от двух компрессоров с приводом от бензинового двигателя «Панар энд Левассер» мощностью 60 л.с. при 800 об/мин. Воздух из баллонов, понизив свое давление в детандере до 18 кг/см², подогревался выхлопными газами главного двигателя и поступал к пятицилиндровому пневматическому двигателю мощностью 60 л.с. при 500 об/мин, приводившему в действие газовый компрессор производительностью 15 м³/мин при давлении 1,2 кг/см², откачивавшему за борт отработанные газы двигателей при подводном плавании. Это означало, что максимальная глубина, на которой могли работать двигатели, не превышала 12 м. Отработанный воздух пневмодвигателя поступал в машинное отделение и засасывался работающими бензомоторами.

В подводном положении работали только левый главный двигатель, развивающий мощность 80–90 л.с., и мотор динамо-машины, так как газовый компрессор не обеспечивал удаление большего объема отработанных газов, а воздуха, подаваемого пневмодвигателем, не хватало для работы двух главных моторов. Выхлопные газы в подводном положении отводились в расположенный в надстройке глушитель объемом 10 м³, откуда забирались компрессором и удалялись за борт через проходившие под килем две трубы с множеством отверстий.

Силовая установка «Почтового» имела ряд недостатков: при ходе лодки под водой на поверхности оставался след из пузырьков выхлопных газов и масла, при изменении глубины погружения соответственно менялся режим работы газового компрессора и масса потребляемого пневмодвигателем воздуха, что приводило к колебаниям давления внутри лодки, отрицательно сказываясь на самочувствии членов экипажа.

Приемные испытания лодки начались в сентябре 1907 года в Финском заливе и часто прерывались из-за различных неполадок. Долго не удавалось достичь проектной подводной скорости (6 узлов) и продолжительности подводного плавания (2,5 часа).

Схема РЕДО подводной лодки Р-1. Источник: В.А. Баданин. Подводные лодки с единым двигателем

Лодка была принята приемной комиссией только осенью 1908 года. В ходе испытаний удалось достичь дальности надводного плавания 340 миль при скорости 11,6 узла, подводной – 27 миль при скорости 6,16 узла. В 1909 году «Почтовый» вошел в состав Учебного отряда подводного плавания.

Конструктивные недостатки лодки и критический износ части ее механизмов привели к тому, что в августе 1913 года было принято решение об исключении ее из состава флота. Cледует отметить интересный проект модернизации силовой установки «Почтового», разработанный в 1912 году мичманом М.Н. Никольским. Он предложил применить для работы двигателей чистый кислород вместо воздуха, что позволило бы резко увеличить дальность подводного плавания (в 5–6 раз, по его расчетам). Предложение заключалось в том, что выхлопные газы двигателя охлаждались, очищались от водяных паров и других примесей, обогащались кислородом и вновь подавались на всасывание двигателя. Избыток газов периодически откачивался за борт компрессором.

Работавшие по этому принципу опытные установки с бензиновым двигателем и дизелем были испытаны на стенде и показали удовлетворительные результаты. Однако в связи с началом первой мировой войны дальнейшие работы были прекращены.

Осенью 1914 года «Почтовому» выпала довольно неожиданная служба: на нем проверялось действие подводных взрывов на подводные лодки. В середине 20-х годов лодку разобрали на металл.

К идее единого двигателя для подводных лодок вновь вернулись в 30-х годах, при этом наиболее приемлемым считался дизель, работающий в подводном положении с использованием чистого кислорода. Длительное время решением этой проблемы занимался конструктор С.А. Базилевский. В 1935 году он предложил проект единой энергетической установки подводной лодки РЕДО (регенеративный единый двигатель особого назначения), которая обеспечивала работу теплового двигателя в подводном положении по замкнутому газокислородному циклу. Базилевский впервые выдвинул идею о возможности использования для этого жидкого кислорода.

Схема установки ЕД-ВВД подводной лодки М-92. Источник: В.А. Баданин. Подводные лодки с единым двигателем

Принцип РЕДО состоял в том, что в подводном положении выхлопные газы поступали в газовый охладитель, в котором происходило их охлаждение и отделение конденсата и механических примесей. После добавления к газу необходимого количества кислорода смесь поступала во всасывающий коллектор дизеля. Азот, составляющий основную часть воздуха и являющийся балластом в рабочем процессе двигателя, постепенно заменялся углекислым газом, излишки которого удалялись из системы.

Предложение Базилевского было принято, и в 1936–1938 годах были проведены стендовые испытания дизелей, работающих по схеме РЕДО, на заводе № 196. В общей сложности установка РЕДО на стенде отработала 35 часов.

После получения положительных результатов испытаний Народный комиссариат обороны принял решение о строительстве трех опытных подводных лодок с едиными энергетическими установками, в том числе одной оборудованной по системе РЕДО. Ожидалось, что может быть достигнута подводная продолжительность плавания 15 часов при скорости 10 узлов. Под эту установку выделили малую подводную лодку ХII серии со строительным номером С-92 (в 1940 году она получила наименование Р-1) из числа строившихся на заводе № 196. Одновременно началось формирование ее экипажа. Нормальное надводное водоизмещение однокорпусной шестиотсечной цельносварной одновальной лодки составляло 209 т, подводное – 260 т, запас плавучести – 24%, длина – 44,5 м, ширина – 3,3 м, осадка – 2,85 м. Надводная максимальная скорость – 13 узлов, подводная – 9,75 узла. Подводная дальность плавания при скорости 9,75 узла достигала 115 миль, при 4-х узлах – 315 миль. Время непрерывного пребывания под водой – 80 часов. Навигационное оборудование, вооружение и средства связи не отличались от других лодок XII серии. Экипаж состоял из 16 человек.

В качестве главной силовой установки был установлен дизель 28-КРНС-8 мощностью 800 л.с., созданный Коломенским машиностроительным заводом на основе серийного лодочного дизеля 38-К-8, работавший на винт регулируемого шага. С целью снижения шумности двигатель был установлен на плавающую раму с резиновыми амортизаторами и соединялся с гребным валом при помощи эластичной муфты. Гребной электродвигатель и стандартная лодочная аккумуляторная батарея на С-92 отсутствовали. Снабжение электроэнергией на ходу осуществлялось от генератора мощностью 40 кВт, который приводился от гребного вала через ременную передачу, а на стоянке от небольшой аккумуляторной батареи.

Две цистерны для хранения жидкого кислорода емкостью по 4 т размещались во 2-м и 4-м отсеках вместо аккумуляторной батареи. При их изготовлении много времени ушло на подбор стойкого к низким температурам (–183 ºС) материала, обладающего необходимой прочностью и большим коэффициентом линейного расширения. Для пополнения запасов жидкого кислорода была установлена кислородная станция системы «Линдэ» производительностью 40 кг в час.

Схема установки ЕД-ХПИ М-401. Источник: В.А. Баданин. Подводные лодки с единым двигателем

Отбор избытка отработанных газов осуществлялся приводившимся от главного двигателя компрессором с максимальным давлением нагнетания 225 кг/см², служившим также для пополнения запаса воздуха высокого давления. Для исключения появления пузырькового следа от выхлопных газов на поверхности воды предусматривалось сжижать содержащийся в них углекислый газ под давлением 60–110 кг/см² и хранить его в 78 баллонах емкостью по 68 л. Периодически углекислота из баллонов сбрасывалась за борт.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Квантовое превосходство Квантовое превосходство

«Квантовый компьютер – атомная бомба XX века»

ТехИнсайдер
Все фильмы ужасов «Пила» от худшего до самого убойного Все фильмы ужасов «Пила» от худшего до самого убойного

Почему некоторые ленты о Пиле прекрасны, а другие хочется распилить и сжечь

Maxim
ТВС-2ДТС. Композитный кукурузник, который не смог ТВС-2ДТС. Композитный кукурузник, который не смог

О несостоявшейся рабочей лошадке малой авиации в России – ТВС-2ДТС

Наука и техника
Владимир Владимирцев: Во всем мире камни делят на цветные и бриллианты, но не в России Владимир Владимирцев: Во всем мире камни делят на цветные и бриллианты, но не в России

В чем тонкости русской огранки, как сочетать творчество и законы физики

СНОБ
Спортивный интерес Спортивный интерес

Как банки улучшают привилегии для своих премиальных клиентов

Деньги
Китайский закон о сидячем образе жизни повысил физическую активность детей Китайский закон о сидячем образе жизни повысил физическую активность детей

Ученые оценили влияние закона, регулирующего время доступа детей к онлайн-играм

N+1
Мембрана для извлечения водорода Мембрана для извлечения водорода

Мембрана из ванадиевого сплава — залог прогресс в водородной энергетике

ТехИнсайдер
Путешествие + лечение Путешествие + лечение

Что такое медицинский туризм и какие маршруты стали самыми популярными?

Новый очаг
По тундре, по железной дороге По тундре, по железной дороге

Где и зачем протянутся новые стальные магистрали?

Монокль
Муж-садист: какими были отношения Салтанат Нукеновой с Куандыком Бишимбаевым Муж-садист: какими были отношения Салтанат Нукеновой с Куандыком Бишимбаевым

Дело Салтанат: почему жертва домашнего насилия так и не ушла от мужа?

Psychologies
Восстанавливаем водный баланс: как заставить себя пить больше воды Восстанавливаем водный баланс: как заставить себя пить больше воды

Что делать, если пить 8 стаканов в день не получается?

ТехИнсайдер
Машина для большой семьи, которая вызывает ностальгию: обзор кросс-вэна Suzuki Ertiga Машина для большой семьи, которая вызывает ностальгию: обзор кросс-вэна Suzuki Ertiga

Олдскульный семиместный кросс-вэн Suzuki Ertiga

ТехИнсайдер
Ученые: намного важнее откуда поступает сахар, чем его количество в пище Ученые: намного важнее откуда поступает сахар, чем его количество в пище

Не весь сахар вреден для здоровья! Все зависит от того, откуда он поступает

ТехИнсайдер
Досадная ошибка в душе: как правильно мыться, чтобы не лишить себя оргазма Досадная ошибка в душе: как правильно мыться, чтобы не лишить себя оргазма

Неправильный прием душа может привести к «срастанию» интимных частей тела

Psychologies
«Здоровые границы — это главное условие». О чем новая книга Анны Бабич «Здоровые границы — это главное условие». О чем новая книга Анны Бабич

Анны Бабич: почему самооценка — краеугольный камень благополучной жизни

РБК
Как вы можете бороться с климатическим кризисом? Узнайте простые советы эксперта! Как вы можете бороться с климатическим кризисом? Узнайте простые советы эксперта!

Может ли простой человек повлиять на глобальное потепление?

ТехИнсайдер
Зеленые технологии спасут мир: как GreenTech помогает избавить планету от мусора Зеленые технологии спасут мир: как GreenTech помогает избавить планету от мусора

GreenTech – не новомодное слово, а отрасль, которая сегодня спасает природу

ТехИнсайдер
Как узнать свою группу крови: какие бывают, совместимость Как узнать свою группу крови: какие бывают, совместимость

Что такое группа крови, как ее узнать и чем важен резус-фактор?

РБК
«Грохот», «Триллер», «Война» и «Резня»: величайшие противостояния в истории бокса «Грохот», «Триллер», «Война» и «Резня»: величайшие противостояния в истории бокса

Самые значимые бои в истории мирового бокса

Forbes
Jeep Avenger. Маленький бриллиант в короне Jeep Jeep Avenger. Маленький бриллиант в короне Jeep

У Jeep всегда были проблемы с компактными моделями. Изменит ли ситуацию Avenger?

4x4 Club
5 загадочных смертей великих русских писателей и поэтов 5 загадочных смертей великих русских писателей и поэтов

Истории из мира литературы, которые остаются неразгаданными и полными тайн

Maxim
Синдром Дон Жуана: какая детская травма скрыта за образом мачо Синдром Дон Жуана: какая детская травма скрыта за образом мачо

Что такое синдром Дон Жуана, как с ним живут мужчины?

Psychologies
Себе — все, другим — ничего: почему эгоизм на самом деле полезен Себе — все, другим — ничего: почему эгоизм на самом деле полезен

Действительно ли эгоизм столь плохое качество, от которого стоит избавиться?

Psychologies
Какие популярные игры были запрещены в разных странах Какие популярные игры были запрещены в разных странах

Собрали 8 известных игр, которые были запрещены в ряде стран

Maxim
Все на себе. Когда в семье все упрекают друг друга Все на себе. Когда в семье все упрекают друг друга

Как быть, если в семье все недовольны друг другом? Как реагировать на обиды?

СНОБ
Ресторатор Александр Сысоев — о пьянстве в барах и том, как с ним бороться Ресторатор Александр Сысоев — о пьянстве в барах и том, как с ним бороться

Почему люди в барах напиваются и пристают к гостям и как этого избежать

СНОБ
Галина и Евгений Киндиновы: «Коля долго не женился. Конечно же, романы у него были, но не с актрисами» Галина и Евгений Киндиновы: «Коля долго не женился. Конечно же, романы у него были, но не с актрисами»

Близкие друзья откровенно о Николае Караченцове

Коллекция. Караван историй
Даниил Воробьев: «Женщина — это та драгоценная среда, в которой может проявляться мужчина» Даниил Воробьев: «Женщина — это та драгоценная среда, в которой может проявляться мужчина»

История-турбулентность Даниила Воробьева о взрослении и принятии себя

Maxim
На полюс из стратосферы На полюс из стратосферы

Каково это — десантироваться с парашютом на Северный полюс с высоты 10,5 км?

ТехИнсайдер
Приятель Гая Ричи, партнер Кортни Кокс и враг Дэдпула: все фильмы Дэвида Бекхэма Приятель Гая Ричи, партнер Кортни Кокс и враг Дэдпула: все фильмы Дэвида Бекхэма

Актерская карьера экс-футболиста Дэвида Бекхэма

Forbes
Открыть в приложении