По-голямата част от съвременните подводници са оборудвани с дизелово-електрически централи. Такива устройства имат характерни недостатъци, поради което се извършва търсене на удобни и печеливши алтернативи. Както показва практиката, съвременното ниво на технология дава възможност за създаване на ефективни електроцентрали за неядрени подводници и говорим за системи с различна архитектура.
Проблеми и решения
Основният недостатък на дизелово-електрическите подводници е необходимостта от редовно презареждане на батериите с помощта на дизелов генератор. За да направите това, подводницата трябва да изплува на повърхността или да се движи на дълбочина на перископа - което увеличава вероятността от откриване от врага. В същото време продължителността на гмуркане на батерии обикновено не надвишава няколко дни.
Очевидна алтернатива на дизела е атомната електроцентрала, но използването му не винаги е възможно и оправдано поради сложността и високата цена. В тази връзка в продължение на няколко десетилетия се изучава въпросът за създаването на независими от въздуха електроцентрали (VNEU) с желаните характеристики и без недостатъците на дизелово-електрическите системи. Редица нови технологии от този вид са успешно въведени в експлоатация, а въвеждането в експлоатация на други се очаква в близко бъдеще.
Като цяло има няколко подхода към създаването на VNEU. Първият включва възстановяване на дизеловия генератор с помощта на друг двигател, който е по -малко взискателен към входящия въздух. Вторият предлага генерирането на електроенергия, използвайки т.нар. горивни клетки. Третото е да се подобрят батериите, вкл. до отхвърлянето на собственото му поколение.
Алтернативата на Стърлинг
Първата неядрена подводница с пълноправен VNEU, пусната в експлоатация, през 1996 г. е шведският кораб Gotland. Тази подводница имаше дължина 60 м и водоизместимост 1600 тона, а също така носеше 6 торпедни апарати от два калибра. Неговата електроцентрала е построена на базата на стандартен дизел-електрически и допълнена с нови компоненти.
Повърхностният ход и генерирането на енергия се осигуряват от два дизела MTU 16V-396 и чифт генератори Hedemora V12A / 15-Ub. Витлото във всички режими се задвижва от електродвигател. В потопено положение подводницата, вместо дизели, стартира двигател на Стърлинг от типа Kockums v4-275R, използвайки течно гориво и втечнен кислород. Резервът на последния ви позволява да останете под вода до 30 дни, без да е необходимо да се изкачвате. Освен това двигателят на Стърлинг е по -малко шумен и не демаскира и подводницата.
Три нови подводници са построени по проекта Gotland; втората и третата сгради са въведени в експлоатация през 1997 г. В началото на 2000 -те години е реализиран проект с кода на Södermanland. Той предвижда модернизация на две дизелово-електрически подводници от типа Västergötland с инсталирането на VNEU от проекта Gotland. Япония се заинтересува от шведските разработки. По лиценз тя сглобява VNEU за подводници от типа „Сорю“. Поради големите си размери и работен обем, японските подводници носят четири двигателя v4-275R наведнъж.
Подводни турбини
По време на разработването на проекта Scorpène френските корабостроители предложиха своя собствена версия на VNEU, базирана на алтернативен двигател. Такава инсталация, наречена Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), беше предложена на потенциални клиенти за използване на новопостроени подводници.
Проектът MESMA предложи специален двигател с парна турбина, задвижван от етанол и сгъстен въздух. Изгарянето на алкохолно-въздушната смес трябваше да произвежда пара за турбината, задвижваща генератора. Предлага се продуктите от горенето под формата на въглероден диоксид и водни пари под високо налягане да бъдат изхвърляни на борда през целия диапазон на работните дълбочини. Според изчисленията подводницата Scorpène с VNEU MESMA може да остане под вода до 21 дни.
Заводът MESMA беше предложен на различни клиенти. Например, беше планирано да се използва в проекта Scorpène-Kalvari за Индия. Пилотният завод обаче показа недостатъчни резултати и интересът към проекта беше рязко намален. В резултат на това новите френски дизел -електрически подводници все още са оборудвани с дизелови двигатели - въпреки че разработчиците вече обявиха нова модернизация с въвеждането на други обещаващи решения.
През 2019 г. руските корабостроители обявиха разработването на фундаментално нов VNEU, базиран на газотурбинен двигател със затворен цикъл. Той включва резервоари за втечнен кислород: той се изпарява и се подава към двигателя. Отработените газове се предлагат да бъдат замразени и изхвърлени само при изплуване в безопасна зона. Подобен VNEU се разработва в рамките на проекта P-750B.
Горивна клетка
До края на деветдесетте години Германия създаде своя собствена версия на VNEU. През 1998 г. започва строителството на главната подводница на новия проект тип 212, оборудвана с подобна система. Германският проект включваше използването на системата SINAVY на Siemens, която комбинира електрически двигател и водородни горивни клетки. За движение по повърхността е запазен дизелов генератор.
Комплексът SINAVY включва протонови горивни клетки на Siemens PEM на базата на метален хидрид от резервоар за втечнен кислород. За допълнителна безопасност металните хидридни и кислородни контейнери са разположени в пространството между здравите и леки корпуси. По време на работата на VNEU, водородът, получен от металния хидрид, заедно с кислорода, се подава към специални мембрани и електроди, където се генерира ток.
Автономността на подводницата "212" достига 30 дни. Важно предимство на VNEU SINAVY е почти пълното отсъствие на шум по време на работа при достатъчно висока производителност. В същото време е трудно да се произвежда и експлоатира, а има и други недостатъци.
Шест 212 подводници са построени за германския флот. През 2006-2017 г. четири от тези кораби влязоха в експлоатация в испанския флот. На базата на „212“е създаден проект „214“, който предвижда запазването на съществуващия ВНЕУ. Такива подводници са много популярни на международния пазар. Поръчки, получени от четири държави за повече от 20 лодки. 15 кораба вече са построени и доставени на клиентите.
Трябва да се отбележи, че VNEU на базата на горивни клетки се разработва не само в Германия. Паралелно с проекта MESMA във Франция е разработен вариант на подводницата Scorpène с използване на горивни клетки. Именно тези подводници бяха продадени на Индия. Сега се създават елементи от ново поколение. По -рано беше съобщено, че неговите горивни клетки се разработват в Русия. ВНЕУ от този тип вече е преминал щандови изпитания и в бъдеще ще бъде изпитан на експериментален кораб.
Подводна лодка с батерии
Появата на фундаментално нови двигатели и средства за генериране не изключва необходимостта от по -нататъшно развитие на съществуващите технологии и агрегати. По този начин акумулаторните батерии от вече познати и усвоени типове запазват висока стойност. В обещаващи проекти те дори се считат за единствения източник на енергия за всички системи.
Любопитни процеси се наблюдават в японското корабостроене. Япония беше една от първите страни, които овладяха VNEU със двигател на Стърлинг, но през 2015 и 2017 г. две подводници от модифицирания проект Soryu бяха поставени без такива системи. Място за стандартни батерии и VNEU единици беше предоставено за съвременните литиево-йонни батерии. Поради това продължителността на гмуркане е удвоена в сравнение с батериите от предишното поколение.
От 2018 г.строителството на подводници по новия проект Taigei, първоначално разработен с помощта на дизелово-електрическа инсталация и литиево-йонни батерии, е в ход. Водещият кораб на новия проект вече е изстрелян, а от миналата година се строят още два корпуса. Общо се планира изграждането на седем подводници с приемане на въоръжение от 2022 г.
Има много проекти на свръхмалки подводници, оборудвани само с батерии. В бъдеще тази архитектура може да намери приложение в "големи" проекти. Наскоро френските корабостроители представиха концептуалния проект SMX31E, който съчетава много от най -смелите решения. По -специално, подводницата получи само батерии с поставянето им във всички налични обеми, вкл. между здрави и леки тела. Батериите трябва да се заредят в основата, преди да отидете на море.
Смята се, че при пълно зареждане SMX31E ще може да остане потопен за 30-60 дни, в зависимост от скоростта на движение и общия разход на енергия. В същото време се планира да се осигури пълна работоспособност на всички стандартни и допълнителни устройства, комплекси и т.н.
В процеса на еволюция
Така през последните десетилетия се наблюдава значителен напредък в областта на VNEU за неядрени подводници. Разработени са различни варианти на такива системи с определени характеристики и предимства, тествани, въведени в проекти и въведени в експлоатация. Въпреки това, дори най-новите инсталации, независими от въздуха, имат определени недостатъци. Те остават сложни и скъпи, както за производство, така и за експлоатация.
Въпреки предимствата в тактико-техническите характеристики, неподводниците с VNEU все още не могат да изместят дизелово-електрическите подводници с „традиционна“архитектура. Освен това последните се развиват и използват също най -съвременните технологии и компоненти. Ярък пример за такава конкуренция между различните класове е развитието на японския подводен флот, който се върна към дизелово-електрическата схема на ново техническо ниво.
Очевидно конкуренцията между въздушно независими и дизелово-електрически инсталации ще продължи в обозримо бъдеще-и все още няма ясен фаворит. В същото време е очевидно, че флотите на света са победители. Те получават възможност да изберат най -добрия вариант за електроцентралата, който най -добре отговаря на всички изисквания.
