За счет чего погружается и всплывает подводная лодка

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.

В XVIII – XIX веках предпринимались попытки создания подводных аппаратов в Англии, Франции, США и России. К началу ХХ века сложились основные концептуальные особенности подводных лодок, что положило начало разработке тактики применения субмарин в боевой обстановке на морских театрах военных действий.

Принцип работы подводной лодки

Для нормального функционирования подводной лодки она должна:

• выдерживать давление воды в подводном положении;
• обеспечивать управляемость при погружении, всплытии и смене глубины;
• иметь оптимальную обтекаемую форму;
• сохранять работоспособность в соответствии с ее ТТХ.

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:

1. Ядерная энергия дает возможность АПЛ значительно увеличить время нахождения под водой – от 80 до 99 % всего ходового времени.
2. Ядерное топливо – это гарантия неограниченной дальности плавания и независимости от береговых баз снабжения.
3. Атомные энергетические установки обеспечивают субмарине скорость, соизмеримую со скоростью надводных кораблей.
4. Помимо главной турбины, атомный реактор обеспечивает энергией многочисленные механизмы, системы и электронную аппаратуру.

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.

Устройство подводной лодки: основные технические особенности

Отдельный класс подводных кораблей используется в следующих сферах:

• Военная. Нанесение стратегических ядерных ударов, ведение разведки, высадка диверсионных групп. На современных атомных подводных крейсерах установлено минное, торпедное, ракетное и радиоэлектронное вооружение. Для защиты ПЛ, находящейся в надводном положении, применяются переносные зенитно-ракетные комплексы. В мирное время АПЛ могут применяться для запуска искусственных спутников Земли на низкие орбиты.
• Научная. Исследование геомагнитного поля, а также изучение подводной флоры и фауны.
• Туристические. Экскурсии и осмотр подводного мира на глубинах до 100 м. Туристические подлодки оснащаются широкими иллюминаторами из акрила.
• Криминальная. Небольшие подводные корабли используются колумбийскими преступными группировками для перевозки наркотиков и иных запрещенных предметов.

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 погружзается и всплывает подводная лодка

При обычном погружении заполняются сначала концевые цистерны главного балласта, затем средней группы при незаполненной цистерне быстрого погружения.

Погружение предваряется командой командира пл «Все вниз. По местам стоять, к погружению». Личный состав занимает места согласно расписанию по погружению, закрывает забортные отверстия и готовит системы пл для плавания под водой. Главный командный пункт переводится с мостика в центральный пост или в боевую рубку. Затем заполняются цистерны главного балласта носовой и кормовой (концевых) групп, причем вентиляция кормовой группы открывается на 1 – 2 секунды раньше носовой, и подводная лодка переходит в позиционное положение.

В позиционном положении проверяется заполнение водой осушительной магистрали и незаряженных торпедных аппаратов, осматриваются отсеки для установления качества герметизации прочного корпуса. Крен и дифферент подводной лодки приводятся к нулю.

После выполнения перечисленных действий заполняются цистерны главного балласта средней группы. Клапаны вентиляции этих цистерн закрываются на глубине 5 – 7 м.

При срочном погружении средняя группа цистерн заполняется после задраивания рубочного люка.

В начальный период погружения подводной лодки носовые горизонтальные рули следует положить на погружение, а кормовые — на всплытие. В этом случае обе пары горизонтальных рулей создают топящие силы. Кормовые горизонтальные рули, создающие дифферентующий момент на корму, способствуют удержанию лодки на ровном киле, уравновешивая дифферентующий момент, появляющийся с заполнением цистерны быстрого погружения.
http://flot.com/publications/books/shelf/conning/14.htm

Всплытие подводной лодки в надводное положение, как и погружение, может осуществляться в два приема или срочно.

Всплытие в два приема осуществляется в таком порядке. Подводная лодка всплывает на безопасную глубину с помощью горизонтальных рулей и хода.Один из дизелей готовится на продувание главного балласта с ходом или без хода.

Всплытие на перископную глубину производится по боевой тревоге за минимальное время. Это достигается созданием соответствующего дифферента на корму и дачей, как правило, среднего хода. Перед приходом на перископную глубину ход уменьшается до малого, дифферент отводится к нулю и поднимается перископ, в который командир быстро осматривает горизонт и воздух.

По достижении подводной лодкой перископной глубины командир, оценив обстановку, принимает решение на всплытие в надводное положение. Для всплытия в позиционное положение создается небольшой дифферент на корму. Когда лодка достигнет глубины, равной половине перископной, воздухом высокого давления продувается средняя группа цистерн главного балласта, после чего закрываются их кингстоны.

В случае сильного волнения рекомендуется дать пузырь в носовую цистерну главного балласта и переложить кормовые горизонтальные рули на всплытие.

В дальнейшем по команде «Продувать балласт» пускается приготовленный дизель, выхлопные газы которого направляются в цистерны главного балласта и продувают их. С началом продувания заполняется цистерна быстрого погружения. Подводная лодка готова к срочному погружению.

По окончании продувания балласта старший помощник командира пл объявляет номер боевой готовности и смены, заступающей на вахту. Команда «От мест по всплытию отойти» подается после заступления на вахту назначенной смены.

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.