Почему подводные лодки плавают

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.

Как происходит погружение подводных лодок

Содержание статьи

• Как происходит погружение подводных лодок
• Как плыть на лодке
• Как спуститься в марианскую впадину

Обычное погружение подводной лодки

Под погружением понимают переход подводной лодки из надводного в подводное положение. К этому же типу маневра относится изменение глубины погружения, когда судно уходит на нижние уровни толщи воды. При погружении происходит заполнение специальных цистерн главного балласта водой. Находясь в подводном положении, лодка может изменять глубину погружения с помощью горизонтальных рулей.

Обычное погружение проводится в два этапа и выполняется чаще всего в районах с плохими условиями для маневрирования, в учебных целях, а также по усмотрению командира корабля. При этом вначале заполняются концевые цистерны балласта, а затем средняя группа цистерн. При обычном маневре цистерна, предназначенная для быстрого погружения, остается незаполненной.

Погружению предшествует подготовка: осушаются трюмы, проводится вентилирование отсеков, проверяется состояние аккумуляторной батареи. Точка погружения выбирается заранее. При подходе к ней ход лодки стопорится. Сам процесс ухода под воду предваряет специальная команда, по которой персонал занимает свои места, соответствующие служебному расписанию.

Наблюдение за надводной обстановкой переводится в боевую рубку и осуществляется при помощи радиотехнических средств или посредством перископа. Совершив погружение, лодка переходит в так называемое позиционное положение. Теперь команда проверяет отсеки судна, чтобы установить, насколько качественно соблюдается герметизация корпуса лодки.

Как выполняется срочное погружение

В боевой обстановке бывают случаи, когда лодку требуется перевести в подводное положение максимально быстро. Для этого обычно задействуют всего одну боевую смену. Сигнал к срочному погружению может подать командир корабля или вахтенный офицер. Услышав команду «Все вниз», находящийся на мостике экипаж немедленно спускается в подводную лодку и становится по своим местам, выполняя поступающие команды.

Одновременно происходит отключение дизельных установок и носовых муфт сцепления, задраиваются забортные отверстия и шахты, по которым к дизелям подается воздух. Вахтенный офицер закрывает верхний рубочный отсек. Начинается заполнение цистерн главного балласта, включаются электрические двигатели. Продувается и готовится к совершению маневра цистерна быстрого погружения.

При срочном погружении особое внимание экипаж уделяет постоянной проверке положения корабля. Это необходимо для того, чтобы нарастающий дифферент не превысил допустимый, поскольку в этом случае лодка вполне может потерять плавучесть. Здесь огромную роль играет опытность командира судна, а также четкая и согласованная работа экипажа.

Почему подводные лодки вообще должны всплывать на поверхность? Разве они не могут оставаться под водой бесконечно?

Подводные лодки – это огромные морские машины: они ныряют под воду и остаются там в течение длительных периодов времени, проводя военные операции или другие формы подводных исследований. Самое большое.

Содержание

• Почему дизельные подводные лодки иметь всплыть?
• Перезарядка батарей дизельных подводных лодок
• Трубка
• Связь
• Пайки и припасы
• Обслуживание
• “Человеческий” угол

Подводные лодки – это огромные морские машины: они ныряют под воду и остаются там в течение длительных периодов времени, проводя военные операции или другие формы подводных исследований. Самое большое преимущество, которое они предлагают, особенно в милитаристском контексте, заключается в том, что они могут спрятаться под водой, подальше от подозрительных глаз врага. Фактически, это главная причина, по которой они были впервые использованы в мировых войнах немецким флотом, чтобы нанести ущерб кораблям союзников.

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.

Теперь вы можете вспомнить из школьного урока естествознания, что горение – это просто процесс сжигания чего-либо в присутствии кислорода. «Присутствие кислорода» здесь очень важно, особенно в случае больших металлических судов, работающих под водой, вдали от прямого и свежего источника кислорода.

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.

Атомные подводные лодки, с другой стороны, полагаются на энергию, вырабатываемую ядерным реактором на борту. Реактор вырабатывает мощность, достаточную для работы всех электронных и электрических систем на борту, а также систем жизнеобеспечения экипажа. Следовательно, в отличие от дизельных подлодок, атомные подлодки могут работать дни или даже недели, не всплыв ни разу. Фактически, теоретически ядерный реактор на борту подводной лодки производит достаточно энергии, чтобы управлять подводной лодкой в ​​течение нескольких десятилетий!

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

Какой бы прочной и надежной она ни была, подводная лодка, в конце концов, остается просто машиной. Он имеет ряд систем различных типов – электрических, механических, электронных, гидравлических и т. Д., Которые позволяют ему работать под водой. Иногда у некоторых из этих систем возникают проблемы, которые бортовой экипаж не может исправить на ходу. Если какая-либо из этих проблем является критической, капитан обычно приказывает поменять поверхность субмарины, чтобы можно было произвести существенный ремонт.

“Человеческий” угол

Не будем забывать, что подводная лодка – это укомплектованный Судно, то есть им управляют люди. Иногда член экипажа получает травму или заболевает, и ему требуется надлежащая медицинская помощь. Также может быть какая-то чрезвычайная ситуация, связанная с людьми, которая потребует незапланированного восстановления поверхности подлодки.

Кроме того, люди – социальные животные. Oни иметь вести «социальную жизнь», т. е. разговаривать с друзьями, встречаться с людьми, посещать места, есть различную еду, зацикливаться на телепередачах, играть в видеоигры, гулять, долго ездить множество других вещей для поддержания их рассудка.

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.

Почему подводная лодка не тонет

Вряд ли уроженец подмосковного села Покровское плотник Ефим Никонов знал закон Архимеда — не изучали его тогда в приходской школе. Но тем и отличаются люди друг от друга, что одному на голову могут яблоки падать каждый день, а другой окажется Ньютоном, и ему хватит одного, чтобы сделать открытие. Кто из села Покровское не видел, как время от времени падают с телег бочки на переправе? Но интересно, одни тонут сразу, а другие плавают — все зависит от веса того, что в них находится. Значит, можно подобрать такой груз, чтобы бочка либо камнем на дно пошла, либо чтобы плавала на поверхности, либо чтобы плавала полупритопленной.

В отличие от крестьянина Никонова все мы знаем закон Архимеда о том, что на тело, погруженное в жидкость, действует вертикально вверх выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом. Не составляет нам труда и представить этот закон в виде формулы:

F = d _ж V ; одновременно рассмотрим и другую формулу:

P = d _Т V ,

где F — выталкивающая сила; P — вес тела; d — удельный вес жидкости и тела; V — объем тела.

Сравнивая формулы, нетрудно заметить, что если удельный вес тела больше удельного веса воды, то оно пойдет ко дну, а если наоборот, то тело будет плавать. А вот если удельный вес тела окажется равным удельному весу воды, то оно получит нулевую плавучесть. Что это такое? Это значит, что тело будет находиться в толще воды там, куда вы его поместили. Все это легко проверить. Например, бросьте в воду монету, и она утонет, так как удельный вес металла больше удельного веса воды. А теперь бросьте в воду щепку — она будет плавать. Но это все однородные тела, а как быть с подводной лодкой? Здесь надо пользоваться средним удельным весом, то есть взять вес подлодки со всем, что в ней находится, включая людей и их личные вещи, и разделить на ее объем. Теперь, чтобы плавать по поверхности и в толще воды, то есть иметь положительную, отрицательную или нулевую плавучесть, необходимо научиться менять средний удельный вес подлодки. Достигается это приемом или удалением балласта, в качестве которого используется забортная вода.

Схема цистерн подводной лодки «Дельфин»: 1 — носовая цистерна главного балласта; 2 — носовая дифферентная цистерна; 3 — кормовая дифферентная цистерна; 4 — кормовая цистерна главного балласта

На первых подводных лодках, как правило, имелась одна балластная цистерна расположенная внутри прочного корпуса, которая заполнялась самотеком, а удалялась вода из нее ручным насосом. Уже первые опыты выявили две проблемы. Во-первых, если количество принятой воды придавало подлодке отрицательную плавучесть, то она просто падала на дно и никак перемещаться не могла. Именно тогда выяснилось, что для подводного плавания необходимы только положительная и нулевая плавучести, а отрицательная для них так же опасна, как и для надводного корабля. Но как тогда изменять глубину погружения? Во-вторых, оказалось, что невозможно сразу принять заранее определенное количество балласта и придать подлодке нулевую плавучесть. При каждом погружении она всегда будет иметь несколько отличный вес, а значит, и количество балласта каждый раз требуется разное. Кроме этого, вес лодки, а иногда удельный вес забортной воды могли меняться даже в ходе одного плавания. Все это заставляло периодически регулировать объем воды в цистерне. Как выяснилось чуть позже, эти две проблемы оказались взаимосвязанными.

Сначала для изменения глубины погружения использовали винт, вращающийся в горизонтальной плоскости. Он хорошо виден на схеме подлодки Бушнелля. Позже повсеместно стали применять горизонтальные рули, вначале только кормовые, а затем и носовые. Малая скорость первых подлодок делала рули малоэффективными, но вскоре выяснилось, что маневру по глубине можно способствовать искусственно созданным дифферентом: при погружении — на нос, а при всплытии — на корму. Все это потребовало разделить цистерну главного балласта на несколько и распределить их по длине корабля. К тому времени для осушения цистерн стал применяться сжатый воздух, но для дифферентовки еще какое-то время пользовались ручными насосами, а точнее, цилиндрами большого сечения с поршнем. Чуть позже появились специальные дифферентные цистерны.

Расположение цистерн на подводной лодке «Акула»: 1 — концевые цистерны главного балласта; 2 — дифферентные цистерны; 3 — палубные цистерны; 4 — средние цистерны

Расположение цистерн хорошо видно на схеме подлодки «Дельфин». Однако если дифферентные цистерны у нее находились внутри прочного корпуса, то цистерны главного балласта — вне. Дело в том, что уже в конце XIX в. сложилось понимание того, что наиболее рациональная форма корпуса подводной лодки с точки зрения сопротивляемости давлению забортной воды — это цилиндр. Но с точки зрения мореходности в надводном положении кормовая, а особенно носовая оконечности должны иметь довольно сложные обводы, близкие к надводному кораблю. Делать их из столь же толстого и сложного для обработки металла, как и основной корпус, было технологически сложно, а учитывая, что основной объем оконечностей занимают цистерны, — еще и бессмысленно. Поэтому на основной корпус подводной лодки, заканчивающийся плоскими, а позднее сферическими переборками, стали как бы надевать носовую и кормовую оконечности с мореходными обводами. Их делали из более тонкого металла, не рассчитанного на давление предельных глубин погружения. Расположенные в оконечностях цистерны и так в подводном положении заполнялись водой, то есть имели забортное давление. Дифферентные цистерны могли быть не заполнены полностью водой и поэтому располагались внутри основного корпуса. Пространство между цистернами и внешними мореходными обводами сделали просто проницаемым для воды.

Именно необходимость улучшить надводную мореходность привела к тому, что уже на «Касатке» изначально спроектировали легкую проницаемую надстройку, которая как бы одевалась сверху на основной корпус и представляла из себя обычную верхнюю палубу. Позже, уже в ходе модернизации, на подлодках этого типа появилась боевая рубка. Это во многом связано с оснащением подлодок перископами. Дело в том, что перископная глубина определялась не только длиной самого перископа, но и тем, насколько он выходил из корпуса подлодки. Ход перископа равен расстоянию от трюма, где находился окуляр перископа в опущенном состоянии, до уровня глаза наблюдателя в поднятом состоянии. Естественно, если человек стоял не на палубе внутри корпуса, а в боевой рубке, то такой ход оказывался на несколько метров больше, а значит, на столько же увеличивалась перископная глубина. Непроницаемую боевую рубку, имевшую форму бочонка, для снижения сопротивления воды сверху закрывали обтекаемым проницаемым ограждением. Оно же прикрывало трубы перископов, позже и других выдвижных устройств, а также ходовой мостик. Его стали оборудовать на боевой рубке для управления подлодкой в надводном положении.

На «Акуле» окончательно сформировалась система расположения цистерн, которая сохранилась на всех подводных лодках отечественной постройки вплоть до Октябрьской революции. Здесь следует отметить несколько моментов. Во-первых, дифферентные цистерны вынесли из основного корпуса, но зато теперь они были рассчитаны на предельную глубину погружения. Во-вторых, появились палубные цистерны, которые предназначались для удержания подлодки в позиционном положении. Если они оставались сухими при заполненных цистернах главного балласта, то над поверхностью возвышалась только рубка. В-третьих, появились средние цистерны, так называемые отрывочные. При выходе в море они всегда были заполнены водой. Если при продувании всех цистерн главного балласта лежащая на дне подлодка не могла всплыть (боевые повреждения или «присос» грунта), то тогда как последнее средство продували отрывную цистерну. На некоторых подлодках, в частности на той же «Акуле», для этих же целей имелся свинцовый киль, который в аварийной ситуации можно было отдать из корпуса. На «Морже» дополнительно появилась уравнительная цистерна, а на «Барсе» — заместительная. Первая предназначалась для погашения остаточной плавучести, то есть для приведения среднего удельного веса подлодки к удельному весу забортной воды, а вторая для компенсации веса израсходованных запасов. На подводных лодках отечественных проектов цистерны главного балласта заполнялись с помощью центробежных электронасосов (помп), а удалялась вода либо теми же помпами, либо сжатым воздухом.

Как уже говорилось, отечественные подводные лодки кроме основного корпуса, который впоследствии стали называть прочным, имели относительно легкие водопроницаемые носовую и кормовую оконечности, а также такую же палубу. В 1886г. испанец Н. Монтуриоль, а затем в 1898г. француз М. Лобеф полностью «одели» свои подлодки во второй, так называемый легкий корпус. В межкорпусном пространстве и разместились цистерны главного балласта. Теперь их можно было разделить на три группы, не занимая ими драгоценный объем прочного корпуса: к уже известным нам носовой и кормовой добавилась средняя цистерна. Такие подводные лодки, в отличие от русских типа «Барс», стали называть двухкорпусными.

Первыми представителями двухкорпусных подлодок в отечественном флоте стали американские проекта «Голланд-31А» или отнесенные к типу «Нарвал». Эти корабли имели еще несколько отличительных черт, которые наши конструкторы переняли лишь после Октябрьской революции. Во-первых, на них цистерны главного балласта заполнялись самотеком. Для этого они имели в нижней части кингстоны, а в верхней — клапаны вентиляции. При закрытых клапанах вентиляции и открытых кингстонах вода свободно попадала в цистерны, но образовавшиеся там воздушные подушки все равно удерживали подлодку в надводном положении. А вот если открывались клапаны вентиляции, то воздух стравливался и подлодка погружалась. Для всплытия требовалось закрыть клапаны вентиляции и начать подавать в цистерну воздух высокого давления, который, вытеснив воду через открытые кингстоны, вновь образует воздушные подушки в цистернах. Естественно, процесс приема балласта пошел значительно быстрее и время погружения сократилось.

Во-вторых, американские подлодки имели водонепроницаемые переборки которые делили прочный корпус на семь отсеков у «Нарвала» и на четыре — у более поздних лодок типа АГ. Это являлось огромным шагом вперед в отношении повышения живучести корабля и улучшения условий обитаемости. В-третьих, у этих подлодок носовые горизонтальные рули «заваливались» в специальные прорези надстройки, что предотвращало их повреждения в надводном положении, например во время швартовки.

Плавучесть Корабля

В общем случае под плавучестью понимают способность корабля плавать с заданной осадкой, неся на себе все грузы, необходимые для выполнения боевых задач, свойственных данному классу. Она достигается равенством сил гидростатического давления (сила плавучести или сила поддержания) и силы тяжести корабля, действие которых противоположны по направлению. Точки приложения этих сил лежат в одной вертикали. Если точки приложения сил сместятся относительно друг друга, то корабль получит крен (наклон относительно продольной оси) или дифферент (наклон в продольной плоскости).

Меняя плавучесть, подводная лодка может иметь три основных положения: крейсерское — это надводное положение; подводное; позиционное — это полупогруженное положение, при котором над поверхностью находится только рубка.

В подводном положении запас плавучести равен нулю, а в надводном — суммарному объему цистерн главного балласта. Запас плавучести измеряется в кубических метрах или в процентах от надводного водоизмещения. С его ростом улучшаются непотопляемость подводной лодки, ее мореходные качества в надводном положении, но ухудшаются маневренные качества в подводном положении, а главное — увеличивается время погружения.

Дифферентовка подводной лодки заключается в совмещении точек приложения сил гидростатического давления и тяжести корабля, то есть в ликвидации постоянного дифферента из-за особенностей размещения, например корабельных запасов, а также в приведении к нулю остаточной плавучести. Дифферентовка проводится на основании расчетов и проверяется пробным погружением.