Дизельная подводная лодка куда выходят выхлопные газы

Газовые циклы у подводных лодок

Одну из самых интересных технических проблем, связанных с оборотом технических газов, пришлось решать на подводном флоте. Обеспечение работы двигателей внутреннего сгорания (об атомных и иных энергоустановках речь здесь не идет) в замкнутом пространстве стало серьезным вызовом для конструкторов и инженеров. На его преодоление ушли целые десятилетия. При этом говорить об окончательной решенности проблем в данной сфере еще очень далеко.

«Нормальная» схема работы дизель-электрических лодок, как известно, устроена следующим образом. В надводном положении боевой корабль движется благодаря работе дизельного двигателя. Он одновременно и обеспечивает вращение винта, и снабжает энергией все системы судна, и заряжает аккумуляторы. В подводном положении такая схема неприменима, так как для работы подобного двигателя необходим воздух. Поэтому, опустившись на глубину, подводная лодка использует энергию, запасенную в аккумуляторах за время надводного хода.

Описанная выше схема использовалась на протяжении нескольких десятилетий и с технической точки зрения показала довольно высокую надежность. Увы, в определенный момент она перестала удовлетворять требованиям военных по тактическим соображениям.

Главный недостаток дизель-электрического принципа состоит в том, что боевой корабль вынужден значительную часть времени проводить в надводном положении. А это разрушает главное преимущество подводных лодок – высокую скрытность операций и возможность нанесения внезапного удара по гораздо более вооруженному противнику.

До поры до времени с этим мирились. Однако ко времени Второй Мировой войны, когда применение подводных лодок, особенно в Атлантическом океане, приобрело невиданный размах, проблема встала «в полный рост». Не помогало даже то, что немецкие подводники всплывали для зарядки батарей преимущественно ночью. Широкое использование патрульной авиации, а также развитие методов радиолокации делало шедшие на дизельном ходу лодки довольно легкой мишенью. Да и простое обнаружение «волчьих стай» позволяло конвоям союзников планировать свои действия таким образом, чтобы минимизировать потери караванов.

Отчасти данная проблема решалась созданием так называемого шноркеля (в русском языке РДП, что означает «работа двигателя под водой»). Речь шла о выдвижном устройстве-трубе, которое позволяло лодке, движущейся на перископной глубине, использовать для работы дизельного двигателя атмосферный воздух. И заодно отводить выхлопные газы.
Однако всех проблем подводников это устройство не решало. Во-первых, выдвижная труба, хоть и в меньшей степени, но все же оставалась серьезным демаскирующим признаком. А во-вторых, шноркель должен был гарантировать, что через открывающиеся отверстия в лодку не будет поступать забортная вода.

Увы, несмотря на установку соответствующих клапанов, гарантировать их стопроцентную надежность инженерам не удалось. Еще во время войны из-за несовершенства конструкции было потеряно несколько лодок. Да и в последующие годы такие инциденты также случались. Так, одной из основных версий гибели советской дизель-электрической лодки К-129 в 1968 году до сих пор считается «затопление лодки через шахту РДП при зарядке батарей по причине технической неисправности клапана и провал на запредельную глубину».

Да и сама концепция использования на лодке двух различных двигателей – для надводного и подводного хода – представляется не вполне удачной. В надводном положении кораблю приходится «таскать на себе» тяжелые и дорогие аккумуляторные батареи. А под водой – дизель. Это и удорожает, и утяжеляет конструкцию.

Все это предопределило необходимость перехода на новый тип энергоустановки – так называемый единый двигатель. Это агрегат, способный длительное время работать как в нормальной атмосфере, так и без доступа воздуха.

Справедливости ради следует сказать, что мысль о необходимости решения данной проблемы возникла в российском флоте еще в самом начале XX века. Однако в силу невозможности преодоления на том уровне развития науки некоторых технических проблем и в силу недостаточного внимания к ним эти работы не нашли широкого применения.

Замысел российских инженеров был довольно прост и интуитивно понятен. Наш соотечественник Степан Джевецкий в качестве основных энергоустановок использовал бензиновые двигатели, по тем временам довольно мощные – по 130 лошадиных сил. А для обеспечения их работы в подводном положении использовался подававшийся в машинное отделение сжатый воздух, хранившийся на лодке под давлением в 200 атмосфер. Выхлопные газы при этом выводились через специальную трубу, протянувшуюся внизу корпуса и оснащенную множеством отверстий, чтобы рассеять демаскирующие корабль пузыри.
Решить всех проблем, однако, таким образом не удалось. Пузырьки газа были довольно заметны. А сама конструкция оказалась исключительно сложной, а потому малонадежной. Но все же лодка Джевецкого решила главную задачу: она доказала принципиальную возможность использования двигателей внутреннего сгорания для обеспечения подводного хода лодок. И впоследствии такая идея была воплощена в жизнь.

Более широко работы по совершенствованию концепции «единого двигателя» развернулись после Первой Мировой войны, в 20-е годы прошлого столетия. Их вели как в Советском Союзе, так и в Германии. Первое, к чему пришли изобретатели – это отказ от сжатого воздуха. Совершенно очевидно: гораздо выгоднее хранить на лодке лишь реально необходимый для горения кислород.

Однако попытки хранения жидкого кислорода также сталкивались с многочисленными сложностями, так как уровень технологического развития той поры был еще недостаточен. Сложности вызывало даже изготовление емкостей для хранений окислителя. Так, использовавшиеся первоначально сплавы были признаны негодными. Кроме того, при заполнении цистерн (их разместили на экспериментальной лодке вместо аккумуляторных батарей) произошел ряд инцидентов, связанных с прорывом жидкого кислорода. Это неоднократно приводило к появлению трещин в корпусе лодки, что, очевидно, является для подводного корабля исключительно опасным.

Еще одним источником трудностей стала система подачи окислителя в двигатель. Пока из цистерн поступал скапливавшийся вверху газообразный кислород, система работала вполне исправно. Однако при попадании жидкого кислорода в трубах быстро появлялись ледяные углекислотные пробки. В итоге длительной надежной работы двигателя добиться не удавалось.

Именно поэтому в 30-е годы в СССР развернулась работа над «установкой РЕДО» (регенеративный единый двигатель особого назначения). В ее работе использовались собственные выхлопные газы. По похожей системе был устроен и появившийся чуть позже двигатель «ЕД-ХПИ» (единый двигатель с химическим поглотителем).

В надводном положении двигатель РЕДО работал как любой другой мотор. В подводном же положении выхлопные газы, прошедшие очистку, направлялись обратно к дизелю. При этом к ним добавлялся газообразный кислород, что несколько сближало состав смеси с воздухом. А избыток выхлопных газов, в первую очередь углекислота, сжимался, после чего удалялся с лодки в жидком виде. Это позволяло решить проблему демаскировки.

В Германии к решению той же проблемы подошли с принципиально иной стороны. Инженер Гельмут Вальтер предложил использовать в качестве двигателя турбинную установку, а в качестве окислителя – перекись водорода вместо кислорода.

Первоначально предложенный им агрегат работал по самой простой схеме. Продукты реакции разложения высококонцентрированного раствора перекиси водорода просто подавались в турбину, а газы отводились за борт.

Это, однако, никак не решало вопрос демаскировки. Пузырьки газа, содержащего много кислорода, а потому не очень хорошо растворявшегося в воде, были весьма заметны. Поэтому у изобретателей появилась новая идея: использовать «лишний» кислород для дальнейшей реакции. В продукты разложения перекиси водорода попросту подавалось обычное органическое топливо, которое потом сжигалось.

Предварительные расчеты, проведенные немецкими конструкторами, позволили им сделать вывод, что лодка с подобной двигательной установкой сможет развивать невиданную по тем временам подводную скорость. Когда же опытный экземпляр был создан, действительность превзошла самые смелые ожидания. Скорость была столь высокой (она превысила 28 узлов), что для корабля пришлось создавать принципиально новую геометрию корпуса.

Однако к этому моменту началась Вторая Мировая война. Вследствие многочисленных трудностей работы несколько застопорились. Лишь к самому концу войны немцы сумели спустить на воду несколько подводных лодок с такими установками. Проявить себя в боях им не довелось.

Скрыть свои достижения от американцев и англичан немцам не удалось. После войны лодки были доставлены в страны, где идею также попытались воплотить в жизнь. Однако и здесь, пока решались многочисленные технические трудности и строились опытные подлодки, история сделала крутой поворот. На флоте появилась принципиально новая энергетическая установка – ядерный реактор. В итоге США и Великобритания при развитии своих военно-морских сил отдали предпочтение им.

Тем не менее сама идея единого двигателя не умерла. В частности, была осуществлена попытка приспособить для целей подводного флота классическую водородную установку. В результате реакции водорода и кислорода, в ней образуется электрический ток, а в качестве «выбросов» – вода. При этом энергия вырабатывается без механического движения, что принципиально важно с точки зрения снижения другого ключевого демаскирующего фактора подлодок – шумности.

Стоимость водородного топлива военных, конечно, не смутила. Однако достичь необходимых тактико-технических характеристик, особенно в части скорости, таким боевым кораблям так и не удалось. Поэтому, хотя такие установки и используются (например, на современных немецких лодках), на практике их все равно приходится дополнять традиционным дизелем и аккумуляторными батареями.
Есть и другие концепции, призванные решить задачу создания подводной энергетической установки. Например, в Швеции применяется так называемый двигатель Стирлинга. Но это, как говорится, уже совсем другая история, ибо речь идет про двигатель не внутреннего, а внешнего сгорания.

вопросы по дизелям и РДП для подводных лодок

Вы используете Internet Explorer устаревшей и не поддерживаемой более версии. Чтобы не было проблем с отображением сайтов или форумов обновите его до версии 7.0 или более новой. Ещё лучше – поставьте браузер Opera или Mozilla Firefox.

Обсудить и задать вопросы можно в этой теме.

Абстрактные ликбезные, не по конкретным проектам, но примеры приветствуются.

1. Какая примерно температура газов на выходе движка? Есть ли глушитель?
2. Каков смысл в турбонаддуве, кроме получения дополнительной мощи от движка?
3. Какое давление создаёт топливный насос?
4. Будут ли повреждения если дизель хлебнёт воды? Запустится ли сразу после?
5. Почему выхлоп делается в воду, если это съедает 8-10% мощи движка? Почему РДП не выводит газы?

Ну и ещё по ходу борьбы с ликбезом будут появляться. Ещё хочется чертёж РДП/РКП более-менее реальный, или книжку какую.

• 4
• инфо
• инструменты
• Ответить на сообщение

AdmiralHood

втянувшийся

Некоторые параметры дизелей, применявшихся на подводных лодках США во Вторую мировую войну.
Фирма
Тип дизеля
Мощность, л.с.
Давление топлива в инжекторах, фунты на квадратный дюйм (атмосферы)
Максимальная температура выхлопных газов на выходе цилиндра, градусы F (градусы С)
Все данные на полной скорости и полной нагрузке

General Motors
16-278А 1600 л.с. 40-50 psi (2.8-3.5 ат) 550-650 F (288-343 С)
16-248 1600 л.с. 35 psi ( 2.3 ат) 670 F ( 354 С)
8-268 437 л.с. 50-60 psi (3.5-4.2 ат) 650-750 F (343-399 С)

Fairbanks-Morse
38D 8 1/8 1600 л.с. 50 psi (3.5 ат) 770 F (410 С)
38E 5 1/4 430 л.с. 40 psi (2.8 ат) 590 F (310 С)

Глушители ставили и в воздухозаборнике, и перед выхлопной трубой.

В воздухозаборнике – чтобы устранить высокочастотный (свистящий) звук, производимый засасываемым воздухом. Обычно это стальной цилиндр с двойными стенками, между которыми набит войлок.

Глушитель выхлопа по конструкции похож на глушитель автомобиля. Это расширительная ёмкость в виде стального цилиндра с поперечными перфорированнными перегородками. Емкость обеспечивает снижение давления, а перегородки служат демпферами, которые ослабляют скачки давления. В отличие от автомобильного глушителя, глушитель на подводной лодке охлаждается водой. Кроме того, есть глушители двух типов – «сухой» и «мокрый». В «мокром» в дополнение к вышеописанному внутри расширительной ёмкости распыляется вода, создавая аэрозоль, который более эффективно охлаждает выхлопные газы и, кроме того, поглощает дым.

«Хлебнуть воды» дизель никак не может, потому что воздух в дизель засасывается из машинного отделения, а не напрямую через трубу РДП.

Преимущества двигателя с турбокомпрессором:
– меньшие размеры и масса при одинаковой мощности;
– полее полное сгорание топлива и как следствие – более высокий КПД;
– более высокая стабильность работы двигателя;
– турбокомпрессор в какой-то мере служит дополнительным глушителем.

Если говорить не о подводных лодках, а вообще:
– уменьшение токсичности выхлопа за счёт более полного сгорания топлива;
– практически не ухудшаются параметры двигателя при низком атмосферном давлении;
– дополнительная возможность подстройки двигателя к специфическим условиям эксплуатации.

Выхлопные газы, выпущенные непосредственно в атмосферу, чрезвычайно сильно демаскируют подводню лодку. Шлейф дыма может быть с большой дистанции обнаружен надводным кораблём. Поэтому с выхлопными газами прозводят т.н. «барботаж», т.е. распыляют его на мелкие пузырьки, выводимые вводу. Шлейф пузырьков тоже демаскирует лодку, однако гораздо меньше, так как обнаружить его можно только с воздуха.

Видео: Куда под водой уходят выхлопные газы в дизельной подводной лодке

Что связывает Леонардо да Винчи и подводную лодку? Оказывается, он рассматривал ее создание, и даже нарисовал соответствующий чертеж. Однако создать субмарину ему так и не удалось. Знаете почему? Из-за страха, что люди начнут вести военные действия на глубине. Но сегодня речь пойдет не о создании, а об одной особенности подводных лодок. Не забудьте посмотреть видеоролик в конце нашей статьи.

Строительство субмарин началось в 1620 году, когда впервые была создана весельная подлодка. Позже они создавались на основе бензиновых или керосиновых двигателей. Во время Первой мировой войны уже имелись подводные суда с дизельным двигателем для хода на поверхности и с электрическим — для движения под водой. Но чтобы проплыть на глубине всего лишь пару-тройку часов, необходимо было зарядить аккумуляторы и пополнить запасы воздуха, а делать это приходилось на поверхности.

Кто бы мог подумать, что приблизительно за 25 лет развития создания подводных лодок у ведущих морских держав их будет уже почти 700 штук, и это еще не предел. Каждый год их число лишь увеличивалось. Но и тогда они не могли работать под водой достаточно долго, и все из-за недостаточного количества воздуха. О судьбе одной из подводных лодок можно узнать из этой статьи.
Смысла в надводном плавании не было, ведь лодка сразу становилась беззащитной мишенью для противника. Стоило решить, как справиться с запуском дизельного двигателя для зарядки аккумулятора без всплытия на поверхность. Было принято решение использовать шноркель — устройство для забора воздуха. Данный прибор был похож на трубу с воздухозаборником и клапаном, который не позволял воде попасть внутрь.

Получается, что субмарине стоило лишь приблизиться к поверхности воды метров на 15, выдвинуть трубу, которая поднимется над уровнем воды, и вопрос с подачей воздуха был решен. У шноркеля есть и еще одно преимущество — вторая труба, которая выпускает выхлопные газы. Кстати, они также могут выходить и благодаря специальному рассеивателю, который разбивает большие пузырьки на более мелкие. Это позволяло подводной лодке оставаться незамеченной.

Знаете ли вы, что нашли на разгромленной немецкой субмарине U-250? Об этом у нас есть отдельное видео.

Загадка К-129. Ушли, чтобы не вернуться

24 февраля 1968 года из своей камчатской базы (ныне город Вилючинск) вышла в океан на боевое дежурство дизель-электрическая подводная лодка К-129 под командой капитана I ранга Владимира Кобзаря. Это ПЛ, построенная в 1958 году по проекту 629А была хорошо известна нашим, как теперь принято называть их, коллегам из НАТО. У «коллег» проект 629А, обозначался как « Гольф-II»).

К-129 по тем временам требовала уважительного отношения к себе: помимо традиционного торпедного вооружения на её борту в расположенных позади рубки в общем с ней ограждении шахтах разместились три баллистические ракеты Р-21 с ядерными боеголовками большой мощности. Плюс к этому в торпедном отсеке разместились две торпеды, оснащённые ядерными зарядами.

Февральский поход был для К-129 внеплановым: ПЛ недавно вернулась из автономки и не успела ещё пройти полномасштабной подготовки к следующему выходу в океан. Но «холодная» война была в разгаре, и руководство Союза считало, что объекты потенциального противника надо непрестанно держать под прицелом. Для К-129 таковым объектом служила база Тихоокеанского флота США на Гавайских островах. Здесь неподалёку от Пёрл-Харбора в бункере глубоко под землёй находится СИНСПАК – Главное командование вооруженными силами США на Тихом океане.

Хорошо усвоившие преподанный им японцами в декабре 1941 года урок американцы окружили Гавайи многоярусной эшелонированной системой наблюдения и контроля, от внимания которой не ускользал ни один корабль или самолет. Водное и воздушное пространство круглосуточно контролируется спутниками и самолетами-разведчиками. В глубинах океана скрытно размещены тысячи «морских пауков» – гидрофонов, прослушивающих любые шумы океана, в том числе производимые кораблями и подводными лодками.

Передовой рубеж системы проходит вблизи советских (ныне российских) Тихоокеанских портов. Денно и нощно сидящие за мониторами в гавайском бункере операторы – профессионалы высокого класса умеют уверенно отличить шумы искусственного происхождения от шумов, вызываемых косяками рыб, или стаями дельфинов. Любой вызывающий сомнение звук тщательно анализируется. Советские корабли, выходившие со своих тихоокеанских баз, сразу же попадают в сети американской системы наблюдения. Не было это исключением и для К-129.

Привет, «Гольф»!

«Алоха, Гольф» («добро пожаловать, Гольф» на древнем гавайском языке) – так мысленно поприветствовал продвигающуюся в его направлении К-129 американский дежурный оператор, тут же взявший ПЛ на контроль. Спецификой дизель-электрических подводных лодок (ДЭПЛ), чьи гребные винты приводятся в движение электромоторами, является необходимость периодической подзарядки аккумуляторов. Осуществляется эта операция с помощью дизель-генераторов. Для этого необходим запуск дизелей, требующих для работы подвода атмосферного воздуха. Всплытие для этого ПЛ на поверхность полностью её демаскирует.

Альтернативой служит использование для запуска дизелей системы РДП («работа дизеля под водой»). В состав РДП входит шноркель – телескопическая двухканальная труба для забора воздуха и вывода выхлопных газов. Она выдвигается над поверхностью воды, когда ПЛ находится на перископной глубине (порядка 15 м). Операция эта непростая, особенно в условиях морского волнения – в случае ошибки есть опасность проникновения воды через шноркель в отсеки ПЛ и внутрь дизелей.

Поход К-129, судя по всему, поначалу протекал нормально. Но 8 марта лодка не вышла на плановый сеанс связи. И именно в этот день американский спутник, якобы, зафиксировал в океане примерно в 700 милях северо-западнее Гавайев яркую вспышку, похожую на взрыв.

По дипломатическим каналам в СССР было направлено сообщение, сопровождаемое запросом, не было ли в указанный период в данном районе океана чрезвычайных происшествий с советскими кораблями. Советское руководство от всего открестилось. Однако 12 марта без огласки (хотя скрыть подобное можно было только от собственного народа) на поиск пропавшей ПЛ вышли десятки советских кораблей и самолётов. Однако 70-дневный поиск не дал результатов. К-119 была признана погибшей.

Среди возможных причин её гибели рассматривались: взрыв водорода, выделяющегося аккумуляторами в процессе подзарядки, затопление лодки в результате проникновения в неё через шнорхель забортной воды, самопроизвольное включение двигателей одной из ракет в закрытой шахте, и, наконец, столкновение с американской АПЛ «Суордфиш», осуществляющей слежение за К-129.

К последней версии склоняла информация о том, что «Суордфиш» 11 марта заходила в один из японских портов для небольшого ремонта. К тому же уже был известен ряд столкновений под водой советских и американских ПЛ. В частности, та же «Суордфиш» уже сталкивалась однажды с советской С-176.

Позже, 1 мая 1974 года, одна из советских стратегических ракетных АПЛ проекта 667А, выполняя учебную задачу в акватории Камчатского морского полигона, столкнулась с американской АПЛ «Пинтадо». Никто из экипажей обеих лодок не пострадал, но «залечивать раны» пришлось обоим кораблям. Автору статьи довелось наблюдать возвращение на базу нашего участника «подводного ДТП». Выглядела лодка не лучшим образом. Не раз подобное случалась и в других уголках мирового океана, иногда с серьёзными последствиями (большей частью для американских лодок).

Поэтому версия о столкновении К-129 с «Суордфиш» не казалась неправдоподобной.

Если не ищут свои, найдут чужие

Т.к. Советский Союз официально не признал гобель своей ПЛ, а по морским законом любой корабль, о гибели которого не было заявлено, считается ничейным, то за поиск К-129 взялись США.

Была использована систем гидроакустического обнаружения – «СОСУС». Все записи ее датчиков в районе возможного нахождения лодки были тщательно изучены, но никаких признаков взрыва обнаружено не было, как и характерных звуков, сопровождающих гибель раздавливаемой давлением субмарины.

Лишь в одном месте был зафиксирован слабый сигнал, который навёл на мысль, что К-129 перед падением на дно была уже полностью затоплена водой. Если так, то субмарина покоится в полной целости, и это только повышает интерес к ней.

Для проверки такого предположения было решено пожертвовать дизельной ПЛ времен Второй мировой войны, которую следовало затопить, обеспечив предварительно свободный доступ воды внутрь её прочного корпуса. В ходе этого эксперимента все звуки были записаны гидрофонами, и – о чудо! – сигналы практически полностью совпали с полученным ранее «подозрительным» шумом в районе поиска. После этого круг поисков сузился – американцы уже приблизительно знали, где искать могилу К-129.

К поиску советской ПЛ была привлечена лодка специального назначения «Хэллибат». Эта субмарина была снабжена новейшей акустической, электронной, фото- и видеоаппаратурой, а также мощнейшим компьютером. Кроме того она располагала телеуправляемым глубоководным аппаратом, способным из глубины передавать по кабелю на «Хэллибат » фотографии морского дна. С помощью манипулятора аппарат мог также захватывать на глубине различные небольшие предметы.

И вот, в августе 1968 года перед глазами американских подводников предстала лежащая на глубине более 5000 м. советская субмарина. Соблазн познакомиться с её вооружением, системой мгновенной связи, используемой советским ВМФ, а также с наверняка хранящимися в командирском сейфе кодами и шифрами, был для американцев велик. Дело оставалось за «пустяком» – поднять К-129 с этой чудовищной глубины. В мировой практике подобного ещё не было. С этой целью была проведена уникальная операция. Однако это тема уже другой статьи.