Особое место во втором поколении занимает ядерная энергетическая установка В-5 , разработанная НИКИЭТ для подводной лодки проекта 661 . Мощность ее реакторов была почти в два раза выше, чем остальных. Пришлось применить кассетную структуру активной зоны, чтобы разместить в ней больше топлива. Это привело к необычно большому температурному эффекту реактивности, и чтобы его уменьшить был применен бериллиевый отражатель. Подводная лодка проекта 661 имела до сих пор непревзойденную скорость 44,7 узла, но в серию не пошла из-за большой шумности.
С конца 1969 года ОКБМ начало проектировать ядерную энергетическую установку для тяжелого ракетного крейсера. Первый крейсер вошел в строй в 1980 году, практически одновременно с первыми подводными лодками III поколения . Реакторная установка не имела наземного стенда-прототипа. Самую высокую мощность среди морских реакторов, самые высокие энергозапасы активных зон, более высокие требования по работоспособности, ресурсу и срокам оборудования удалось обеспечить на основе решений по установкам для подводных лодок III поколения и на основе опыта эксплуатации ледокольных установок II поколения.
Как новые энергетические установки усилят мощь подводных лодок России
Источник: www.famhist.ru
Энергетическая установка подводной лодки это
В статье представлена информация по зарубежным разработкам в области воздухонезависимых энергетических установок для подводных объектов на основе топливных элементов. Приведены основные разработчики Германии и США, а также других странах и характеристики энергетических установок.
воздухонезависимая энергетическая установка; топливный элемент; подводная лодка; необитаемый подводный аппарат
1. Системы борьбы с необитаемыми аппаратами – асимметричный ответ на угрозу XXI века / Р.В. Красильников. Инфо-да, СПб, 2013. 106 с.
2. Karen E. Swider-Lyons, Richard T. Carlin, Robert L. Rosenfeld, Robert J. Nowak Technical issues and opportunities for fuel cell development for autonomous underwater vehicles // Naval Research Laboratory, Washington, DC, 4p
3. Jennie Mariko Moton Investigation of low temperature solid oxide fuel cells for air-independent UUV applications University of Maryland. 2012. 113 p.
4. Sheila Mae C. Ang Model-based design and operation of fuel cell systems Department of Chemical Engineering University College London , 2012. 236 p.
5. Fariborz Haghshenass Iran’s Asymmetric Naval Warfare // Policy Focus #87 | September 2008 P. 40.
6. Илларионов, Г.Ю. Подводные роботы в минной войне: Монография / Г.Ю. Илларионов, К.С. Сиденко, В.В. Сидоренков.
Калининград: ОАО «Янтарный сказ», 2008.
7. Романов А.Д., Чернышов Е.А., Романова Е.А. Сравнительный обзор и оценка эффективности воздухонезависимых энергетических установок различных конструкций // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. С. 67.
8. Чернышов Е.А., Романов А.Д. Высокометаллизированное топливо на основе алюминия и его применение // Технические науки – от теории к практике. 2013. № 24. С. 69-73.
9. Дядик, А.Н. Корабельные воздухонезависимые энергетические установки / А.Н. Дядик, В.В. Замуков, В.А. Дядик. СПб: Судостроение.
2006. 424 с.
11. Alejandro Mendez, Teresa J. Leo, Miguel A. Herreros Current State of Technology of Fuel Cell Power Systems for Autonomous Underwater Vehicles // Energies — 2014. № 7. 18 p. (doi:10.3390/en7074676)
12. Романов А.Д., Романов И.Д., Чернышов Е.А., Романова Е.А. Развитие концепции «единого топлива» в странах НАТО // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 9. С. 34-37.
В настоящее время все большее распространение получают различные топливные элементы как для неатомных подводных лодок (ПЛ), так и для необитаемых подводных аппаратов различного водоизмещении, а также элементов сети необитаемых станций и аппаратов мониторинга обстановки [1 — 5]. Для обеспечения работы которых применяют различные энергетические установки.
Первый топливный элемент был создан в 1838 – 1845 году Кристианом Фридрихом Шенбайном (Christian Friedrich Schoenbein) и Уильямом Робертом Гроувом (William Robert Grove). Примерно с того же времени известен двигатель внутреннего сгорания изобретенный Николаусом Отто (Nikolaus Otto), газовая турбина была изобретена Джоном Барбером (John Barber) еще в 1791 году. Однако до настоящего времени распространение топливных элементов незначительно по сравнению с тепловыми двигателями. Прорыв был достигнут в 50 – 60 годах, когда активно стали развиваться щелочные топливные элементы для использования в космических программах Apollo mission и Space shuttle, для корабля Gemini был разработан топливный элемент на основе протонобменной мембраны. Первым подводным аппаратом на топливных элементах стал созданный в 1974 году «Deep Quest».
В настоящее время серийно ПЛ с воздухонезависимой энергетической установкой (ВНЭУ) на топливных элементах строятся в Германии, кроме того концепция создания необитаемых подводных аппаратов (НПА), базирующихся на атомных подводных лодках, начала разрабатываться в научно-исследовательском центре подводной войны ВМС США (Naval Underwater Warfare Center – NUWS) еще с 1996 года [6].
Водород имеет малый удельный вес и низкую температуру кипения, что сильно затрудняет его хранение на борту подводного средства. При хранении водорода в баллонах высокого давления процент веса водорода в системе, как правило, составляет 2 — 4% от общего веса системы хранения. С развитием материалов баллонов могут быть получены существенные улучшения, и есть сообщения о многослойных баллонах, которые могут запасать до 11%-й по массе водород при давлении 5000 psi. Углеродные нанотрубки являются объектом интенсивных исследований как перспективные материалы для хранения водорода. Криогенное хранение водорода также может применяться в различных системах, однако ограничено технической и экономической обоснованностью [7-9].
Рис. 1. Использование различных энергетических установок в зависимости
от времени работы и развиваемой мощности
Основные параметры наиболее распространенных топливных элементов
Тип элемента Англ./Рус.
H2 + 2OH = 2H2O + 2e-
H2 + O2- = H2O + 2e-
H2 + CO3 2- = H2O + CO2 + 2e-
0,5 O2 + 2H2O + 2e- = 2OH-
0,5 O2 + 2H+ + 2e- = H2O
0,5 O2 + 2H + 2e- = H2O
0,5 O2 + CO2
+ 2e- = CO3 2-
Особо чистый кислород
Особо чистый водород
Газовые смеси содержащие H2 и CO
Газовые смеси
содержащие
H2 и CO
Требования к топливу
Наиболее распространенный вариант хранения водорода на борту — это металлогидридные аккумуляторы и интерметаллидные соединения. Например, при использовании интерметаллидных соединений LaNi5, FeTi, Mg2Ni и ZrV2 количество водорода варьируется в диапазоне от 1-8% массы системы.
Химические источники водорода это также альтернативный вариант обеспечения топливного элемента топливом. Также значительная часть установок на топливных элементах в настоящее время ориентирована на применение в качестве топлива углеводородов.
Кроме того из аммиака при повышенной температуре в присутствии катализатора возможно получить чистый водород, однако данные системы в настоящее время не получили широкого распространения.
Содержание кислорода воды 150 μmole O2/л слишком низко, чтобы сделать эффективную систему получения кислорода непосредственно из воды для обеспечения работы топливного элемента.
Сравнение различных систем хранения водорода и кислорода*
Плотность хранения (Wh/L)
Плотность хранения (Wh/kg)
*данные могут значительно отличаться в разных источниках и даже у одного
Между тем, разработчиков анаэробной энергетической установки продолжали преследовать неудачи. Представители ЦКБ «Рубин», в разные годы давали довольно противоречивые комментарии о продвижении своего проекта, то обещая в самом скором времени продемонстрировать готовый двигатель должной мощности, то жалуясь на полное прекращение финансирования.
Ситуация с ВНЭУ остается неопределенной и сегодня. Судя по всему, подводные лодки серии 677 так и не получат этой принципиально новой силовой установки. Во всяком случае, её не имеет уже спущенный на воду «Кронштадт», не появится она и на строящейся субмарине «Великие Луки». В соответствии с заявленными планами КБ «Рубин», воздухонезависимыми двигателями будут оснащаться подводные лодки проекта «Калина», однако если это и произойдет, то в довольно далекой перспективе.
Приходится признать, что программа по созданию подводных лодок проекта 677 оказалась явно неудачной. В своем нынешнем виде и «Санкт-Петербург», и «Кронштадт», и «Великие Луки» представляют собой субмарины не четвертого, а третьего поколения, не имеющие ощутимых преимуществ перед старыми «Варшавянками».
Отставание от иностранных конструкторов было еще в «нулевые» годы до такой степени очевидным, что встал вопрос о закупке для нужд ВМФ немецких подводных лодок проекта 212А.
Сегодня подобных планов уже нет, однако ситуация остается неопределенной. Если доводка ВНЭУ в ближайшее время не будет завершена, российские создатели неатомных подводных лодок рискуют отстать от своих зарубежных конкурентов не на несколько лет, а навсегда.
Роль дизель-электрических подлодок в ВМФ России
Появление атомных субмарин в свое время рассматривалось многими специалистами как закат эры прежних дизель-электрических лодок. В США их строительство прекратилось еще в конце 50-х годов. Это вполне понятно – ведь американский флот в основном океанский, а не морской. Атомные субмарины как нельзя лучше подходят для длительных подводных переходов – им не нужно «выныривать» и обнаруживать себя.
Между тем для советского, а затем и для российского флота огромное значение имеют действия на ближних и прибрежных коммуникациях, особенно на Балтийском и Черном морях. Для этих условий больше подходят дизель-электрические многоцелевые подлодки России. Они менее шумные, чем атомные, значительно меньше по своим размерам и намного дешевле.
Кроме того, развитие электронного оборудования и ракетного оружия позволяет с успехом применять современные дизель-электрические подводные лодки для уничтожения наземных целей. В частности, как субмарины проекта 677, так и разработанные еще в СССР «Варшавянки» могут осуществлять запуск крылатых ракет большой дальности «Калибр», что заметно повышает их ударный потенциал.
Новые подлодки с воздухонезависимыми двигателями могут в значительной мере превзойти своих атомных соперников даже на океанских коммуникациях, поскольку им уже не требуется «выныривание». Перспективность этого направления неоднократно доказывалась на военно-морских учениях, когда дизель-электрические субмарины успешно «топили» более крупные и шумные лодки с ядерными реакторами на борту.
Особенности конструкции
Одним из главных отличий проекта 677 от подводных лодок «Палтус» и «Варшавянка» стала полуторакорпусная конструкция. При этом лёгкий корпус настолько мал, что иногда «Ладу» называют и однокорпусной. Такое решение привело к уменьшению размеров субмарины и её водоизмещения. При этом удалось дополнительно снизить уровень шума, создаваемого при движении подводной лодки, и её стало намного труднее обнаружить.
Корпус и его компоновка
Прочный корпус подводных лодок проекта 677 изготавливается из специальной стали АБ-2. Его форма близка к цилиндрической, а диаметр почти не изменяется по всей длине. На носу и корме имеются полусферические оконцовки. На рубке установлены передние рули глубины, а на корме – задние, образующие вместе с рулем поворота своеобразный «крест». В целом управляющие поверхности размещены таким образом, чтобы не мешать работе гидроакустического комплекса.
Корпус разделен на отдельные помещения поперечными переборками и продольными платформами.
Перечень отсеков таков:
- Носовой (торпедный отсек). В нем находятся торпедные аппараты, запасной боекомплект и система бесшумного перезаряжания;
- Второй отсек. Главное помещение – центральный пост, из которого осуществляется управление подводной лодкой. На нижних ярусах находится часть аккумуляторов и вспомогательные механизмы;
- Третий (жилой) отсек. Здесь имеется кают-компания, камбуз, медицинский блок, а также каюты для всех членов экипажа;
- Четвёртый отсек. Предназначен для размещения дизель-генераторов;
- Пятый отсек. Здесь находится электомотор, приводящий в движение винты подводной лодки.
Благодаря довольно большой кают-компании и наличию спальных мест для каждого из членов экипажа, подводные лодки проекта 677 «Лада» стали наиболее комфортабельными из всех, построенных для советского и российского флота.
На корпусе субмарины устанавливается противогидроакустическое покрытие, слой которого достигает сорока миллиметров в толщину. Благодаря этому уменьшается собственная шумность, и поглощаются сигналы активных гидроакустических станций противника.
Силовая установка
Подводная лодка приводится в движение главным гребным электрическим двигателем СЭД-1. Мощность его составляет 4100 лошадиных сил. В качестве источника тока могут использоваться аккумуляторные батареи (в погруженном положении), или же генераторы 28ДГ, вырабатывающие постоянный ток совокупной мощностью в 2000 киловатт и подключенные к дизельным двигателям Д-49 (V-образные моторы с восемью цилиндрами).
Кроме того, на борту имеются два вспомогательных электродвигателя ПГ-102М. Каждый из них развивает по 140 лошадиных сил. Предназначены эти моторы для винтовых выносных колонок, при помощи которых осуществляется подруливание.
К сожалению, воздухонезависимая энергетическая установка на подводных лодках проекта 677 в настоящее время не применяется. Параметры её неизвестны, хотя ранее представители КБ «Рубин» утверждали, что созданный ими анаэробный двигатель позволит субмарине, находящейся в погруженном состоянии, двигаться со скоростью до 10 узлов.
Целевое оборудование
Главным инструментом для поиска целей на подводных лодках проекта 677 является гидроакустический комплекс «Лира». В его состав входят следующие элементы:
- Шумопеленгаторные антенны. Главная из них, Л-01, размещена на носу субмарины. Две других находятся также в передней части лодки, но по бортам;
- Гидроакустическая станция с буксируемой антенной;
- Активная ГАС для осуществления связи под водой, измерения дистанции и поиска мин.
Обработка данных осуществляется боевой информационно-управляющей системой «Литий». В надводном положении может использоваться радиолокационная система КРМ-66.
Вооружение подлодок проекта 677
В носовом отсеке ДЭПЛ «Лада» находятся шесть торпедных аппаратов калибра 533. С их помощью осуществляется применение следующих средств поражения:
- Торпеды УСЭТ-80К. Дальность – до 18 км, скорость движения – 45 узлов;
- Торпеды (подводные ракеты) «Шквал». Дальность – до 13 км, скорость – 300 км/ч;
- Крылатые ракеты П-800 «Оникс». Предназначены для уничтожения надводных кораблей всех классов. Дальность запуска – до 600 км, скорость – 2М при полете над морем;
- Крылатые ракеты «Калибр».
Первоначально предполагалось вооружить подлодку торпедами ТЭ-2, однако они оказались не готовыми к эксплуатации на момент спуска на воду головного «Санкт Петербурга». Если верить последним сообщениям, возможно использование как противокорабельных «Калибров», так и другого варианта этой ракеты, предназначенного для уничтожения наземных целей на дистанции в полторы тысячи километров и более.
В боекомплект подводной лодки входит до 18 торпед или ракет. Вместо них можно загрузить также 44 морские мины для выполнения скрытных постановок.
В некоторых публикациях утверждалось, что субмарины «Лада» оборудованы специальными вертикальными шахтами для залпового пуска ракет. Такой проект действительно существует. Он был разработан в качестве особой, экспортной, модификации и получил особое название «Амур-950». Одной из его особенностей, наряду с ракетными шахтами, стало сокращение количества торпедных аппаратов до четырёх.
Дальше проекта дело пока не пошло, поскольку зарубежные заказчики не проявили к «Амуру-950» практически никакого интереса. Связано это, скорее всего, всё с тем же, что и у «Лад», отсутствием воздухонезависимой силовой установки, без которой субмарина неконкурентоспособна.
Кроме того, несколько раз сообщалось о том, что подводные лодки проекта 677 предполагается оснастить гиперзвуковыми противокорабельными ракетами «Циркон», однако, по наиболее свежей информации, это перспективное оружие на «Ладе» устанавливаться всё же не будет.
Технические характеристики
| Водоизмещение | 1765 тонн надводное, 2650 тонн подводное |
| Длина подводной лодки | 66,8 м |
| Ширина | 7,1 м |
| Осадка | 6,7 м |
| Скорость надводная | 10 узлов |
| Скорость подводная | До 21 узла |
| Запас хода в надводном положении экономическим ходом | До 16 000 миль |
| Запас хода при движении со шноркелем (РДП) | До 6500 миль |
| Запас хода в подводном положении | 650 миль |
| Рабочая глубина | 240-260 м |
| Предельная глубина | 300 м |
| Автономность | 45 суток |
| Численность экипажа | 35 человек |
Воздухонезависимые двигатели, если они всё же появятся на «Ладах», в значительной степени улучшат характеристики этих подводных лодок.
Боевое и учебное применение
До сих пор в составе флота находилась лишь одна субмарина проекта 677 – «Санкт-Петербург». Использование её было исключительно опытным – проводилась отработка различных бортовых систем и оборудования. При этом было обнаружено огромное количество самых разных недоработок. Достаточно сказать, что после передачи подводной лодки заказчику выяснилось, что на борту полностью отсутствует гидроакустический комплекс – установлены только внешние антенны.
Мореходность корабля из-за плохо работающей силовой установки не позволяла осуществлять выходы из порта в условиях шторма и значительного волнения. Нарекания вызывали и многие другие узлы и агрегаты. В течение последующих лет большинство из обнаруженных дефектов были устранены, но и сегодня репутация у «Санкт-Петербурга» не блестящая.
В апреле эта субмарина выполнила испытательный запуск крылатой ракеты – почему-то непосредственно из базы. Несмотря на успешное поражение цели, состояние подводной лодки и степень её боеготовности по-прежнему под вопросом.
Следующий корабль в этой серии, «Кронштадт», спущен на воду и проходит цикл испытаний. В июле 2020 года эта подводная лодка принимала участие в военно-морском параде в Петербурге.
Достоинства и недостатки
К сожалению, субмарины проекта 677 пока что трудно признать удачными. Несмотря на то, что в публикациях их называют подводными лодками четвертого поколения, фактически они относятся к третьему. Их наиболее значительными плюсами считаются:
- Акустическая малозаметность. Как утверждают конструкторы, им удалось добиться снижения уровня шумности на 50% по сравнению с «Варшавянками»;
- Улучшенные характеристики гидроакустического комплекса. Точные значения тут не называются;
- Способность к применению наиболее передовых систем вооружения;
- Отличные условия пребывания на борту для экипажа.
Главный недостаток лодки очевиден – она не получила запланированной в соответствии с проектом силовой установки. В силу этого субмарины проекта 677 – такие же «ныряющие», как и их предшественницы, никакого развития в этом направлении не произошло. Кроме того, до сих пор нет детальной информации о том, удалось ли добиться полноценной работы гидроакустического комплекса.
Заявленная изготовителем способность залпового запуска пока никак не оценивалась. Скорее всего, этой характеристикой должны были обладать подводные лодки «Амур-950», но они всё ещё не построены.
В целом же можно предположить, что субмарины проекта 677 не вытеснят, а скорее дополнят дизельные подлодки «Палтус» и «Варшавянка», уже имеющиеся в составе ВМФ России. Уменьшенное водоизмещение позволит применять новые лодки в первую очередь близ морского побережья.
Источник: militaryarms.ru