Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Воздушно-независимая пропульсивная установка ( AIP ) или воздушно-независимая силовая установка - это любая морская силовая установка, которая позволяет неатомной подводной лодке работать без доступа к атмосферному кислороду (путем всплытия или использования трубки ). AIP может дополнить или заменить дизель-электрическую силовую установку неатомных судов.

Современные неатомные подводные лодки потенциально более малозаметны, чем атомные подводные лодки ; реактор ядерного корабля должен постоянно перекачивать теплоноситель, создавая некоторое количество обнаруживаемого шума . С другой стороны, неатомные подводные лодки, работающие от батарей или AIP, могут быть практически бесшумными. В то время как конструкции с ядерными двигателями по-прежнему преобладают во время погружения и в глубоководных условиях, небольшие высокотехнологичные неядерные ударные подводные лодки очень эффективны в прибрежных операциях и представляют значительную угрозу для менее скрытных и менее маневренных атомных подводных лодок. [1]

AIP обычно реализуется как вспомогательный источник с традиционным дизельным двигателем, управляющим надводным движением. Большинство таких систем вырабатывают электричество, которое, в свою очередь, приводит в движение электродвигатель для движения или подзаряжает батареи лодки . Электрическая система подводной лодки также используется для обеспечения «гостиничных услуг» - вентиляции, освещения, обогрева и т. Д. - хотя это потребляет небольшое количество энергии по сравнению с той, которая требуется для движения.

AIP может быть установлен в существующие корпуса подводных лодок путем установки дополнительной секции корпуса. AIP обычно не обеспечивает выносливости или мощности для замены движущей силы, зависящей от атмосферного давления, но допускает более длительное погружение, чем подводная лодка с традиционным двигателем. Типичная обычная электростанция вырабатывает максимум 3 мегаватта , а источник AIP - около 10% от этого. Мощность силовой установки атомной подводной лодки обычно намного превышает 20 мегаватт.

Военно- морской флот США использует классификационный символ корпуса «SSP» для обозначения лодок с AIP, сохраняя «SSK» для классических дизель-электрических ударных подводных лодок . [а]

История [ править ]

Копия Ictineo II , пионерской подводная лодка Monturiol в, в Барселоне.

При разработке подводной лодки постоянно стояла проблема поиска удовлетворительных форм движения под водой. Самые ранние подводные лодки приводились в движение людьми с винтами с ручным приводом, которые быстро израсходовали воздух внутри; этим судам приходилось большую часть времени перемещаться по поверхности с открытыми люками или использовать какой-либо вид дыхательной трубки, что было опасно по своей природе и приводило к ряду ранних аварий. Позже суда с механическим приводом использовали сжатый воздух, пар или электричество, которые необходимо было заряжать с берега или от бортового аэробного двигателя.

Самая ранняя попытка создать топливо, которое могло бы гореть анаэробно, была предпринята в 1867 году, когда Нарцисо Монтуриоль успешно разработал анаэробный или воздушно-независимый паровой двигатель с химическим приводом. [2] [3]

В 1908 году Императорский российский флот спустил на воду подводную лодку « Почтовый» с бензиновым двигателем, питаемым сжатым воздухом и истощенным под водой.

Эти два подхода, использование топлива, обеспечивающего энергию для системы с открытым циклом, и обеспечение кислородом аэробного двигателя в замкнутом цикле, характеризуют AIP сегодня.

Типы [ править ]

Системы открытого цикла [ править ]

Миниатюрная подводная лодка X-1 на выставке в Библиотеке и музее подводных сил США.

Во время Второй мировой войны немецкая фирма Walter экспериментировала с подводными лодками, которые использовали высокопробный (концентрированный) перекись водорода в качестве источника кислорода под водой. В них использовались паровые турбины , использующие пар, нагретый путем сжигания дизельного топлива в атмосфере пара / кислорода, создаваемой разложением пероксида водорода катализатором на основе перманганата калия .

Было построено несколько экспериментальных лодок, но работа не превратилась в какие-либо жизнеспособные боевые суда. Одним из недостатков была нестабильность и дефицит топлива. Другой заключался в том, что хотя система обеспечивала высокие подводные скорости, она была расточительна с топливом; первой лодке, V-80 , требовалось 28 тонн топлива, чтобы пройти 50 морских миль (93 км), и окончательный дизайн был немного лучше.

После войны одна лодка типа XVII, U-1407 , затопленная в конце Второй мировой войны , была спасена и повторно введена в состав Королевского флота как HMS  Meteorite . В конце 1950-х британцы построили две улучшенные модели: HMS  Explorer и HMS  Excalibur . Метеорит не пользовался популярностью у экипажей, которые считали его опасным и нестабильным; официально она была описана как безопасная на 75%. [ необходима цитата ] Репутация Экскалибура и Исследователябыли немного лучше; Лодки получили прозвища Excruciater и Exploder. [4]

Советский Союз также экспериментировал с технологией и один экспериментальный катер был построен который использовал перекись водорода в двигателе Вальтера .

Соединенные Штаты также получили Тип XVII лодку, U-1406 , и пошли на использование перекиси водорода в экспериментальной сверхмалой подводной лодке , X-1 . Первоначально он питался от перекиси водорода / дизельного двигателя и аккумуляторной системы до взрыва перекиси водорода 20 мая 1957 года. Позже X-1 был преобразован в дизель-электрический. [5]

СССР, Великобритания и США, единственные страны, которые, как известно, экспериментировали с этой технологией в то время, отказались от нее, когда последние разработали ядерный реактор, достаточно малый для движения подводной лодки. Другие страны, включая Германию и Швецию, позже возобновят разработку AIP.

Он был оставлен для запуска торпед в Британии и Советском Союзе, но был поспешно оставлен первыми после трагедии на HMS  Sidon . И это, и потеря российской подводной лодки «  Курск» произошли из-за аварий с торпедами с перекисью водорода.

Дизельные двигатели замкнутого цикла [ править ]

В этой технологии используется подводный дизельный двигатель, который обычно может работать на поверхности, но который также может быть снабжен окислителем , обычно хранящимся в виде жидкого кислорода , когда он погружен в воду. Поскольку металл двигателя будет гореть в чистом кислороде, кислород обычно разбавляют рециркулирующим выхлопным газом . Аргон заменяет выхлопные газы при запуске двигателя.

В конце 1930-х годов Советский Союз экспериментировал с двигателями замкнутого цикла, и ряд небольших судов класса М были построены с использованием системы REDO , но ни одно из них не было построено до немецкого вторжения в 1941 году.

Во время Второй мировой войны немецкая компания Kriegsmarine экспериментировала с такой системой в качестве альтернативы пероксидной системе Вальтера, разрабатывая варианты своей подводной лодки Типа XVII и своей сверхмалой подводной лодки Типа XXVIIB Seehund , Тип XVIIK и Тип XXVIIK соответственно, хотя ни одна из них не была завершена. до конца войны.

После войны в СССР была разработана небольшая 650-тонная подводная лодка класса «Квебек» , тридцать из которых были построены в период с 1953 по 1956 год. Они имели три дизельных двигателя - два обычных и один замкнутого цикла на жидком кислороде.

В советской системе, называемой «одиночной двигательной установкой», кислород добавлялся после того, как выхлопные газы фильтровались через химический абсорбент на основе извести. Подводная лодка также могла управлять своим дизелем с помощью шноркеля. Квебек имел три приводных вала : дизель 32D мощностью 900 л.с. (670 кВт) на центральном валу и два дизеля M-50P мощностью 700 л.с. (520 кВт) на внешних валах. Кроме того, к центральному валу был подсоединен «ползущий» двигатель мощностью 100 л.с. (75 кВт). Лодка могла двигаться на малой скорости, используя только центральный дизель. [6]

Поскольку жидкий кислород нельзя хранить бесконечно, эти лодки не могли работать далеко от базы. Это было опасно; По меньшей мере семь подводных лодок пострадали от взрыва, и одна из них, М-256 , затонула в результате взрыва и пожара. Иногда их называли зажигалками. [7] Последняя подводная лодка, использовавшая эту технологию, была списана в начале 1970-х годов.

Германского флота «s бывший Тип 205 подводная лодка U-1 (запущен в 1967) был оснащен экспериментальной 3000 л.с. (2200 кВт) блока.

Паровые турбины замкнутого цикла [ править ]

Французская система MESMA (Module d'Energie Sous-Marin Autonome) предлагается французской верфью DCNS. MESMA доступна для подводных лодок класса Agosta 90B и Scorpène . По сути, это модифицированная версия их ядерной двигательной установки с теплом, выделяемым этанолом и кислородом. В частности, обычная паротурбинная электростанция приводится в действие паром, образующимся при сгорании этанола и хранящемся кислороде под давлением 60 атмосфер . Это сжигание под давлением позволяет выбрасывать углекислый газ за борт на любую глубину без вытяжного компрессора.

Каждая система MESMA стоит около 50–60 миллионов долларов. Установленный на Scorpènes, он требует добавления к подводной лодке секции корпуса длиной 8,3 метра (27 футов) и массой 305 тонн, в результате чего подводная лодка может работать под водой более 21 дня в зависимости от таких переменных, как скорость. [8] [9]

В статье в журнале Undersea Warfare Magazine отмечается, что: «Хотя MESMA может обеспечивать более высокую выходную мощность, чем другие альтернативы, его собственная эффективность является самой низкой из четырех кандидатов AIP, и уровень потребления кислорода, соответственно, выше». [9]

Двигатели цикла Стирлинга [ править ]

HSwMS Готланд в Сан-Диего

Шведский судостроитель Kockums построил три подводные лодки класса Gotland для ВМС Швеции , оснащенные вспомогательным двигателем Стирлинга, который сжигает жидкий кислород и дизельное топливо для приведения в действие электрогенераторов мощностью 75 кВт для силовой установки или зарядки аккумуляторов. Продолжительность полета 1500-тонных лодок составляет около 14 дней на скорости 5  узлов (5,8 миль / ч; 9,3 км / ч).

Компания Kockums также отремонтировала / модернизировала шведские подводные лодки класса Västergötland с помощью секции плагинов Stirling AIP. Два ( Södermanland и Östergötland ) находится в эксплуатации в Швеции в качестве Södermanland класса , а два других находятся в службе в Сингапуре , как Арчер класс ( Archer и Меченосец ).

Kockums также поставляла в Японию двигатели Стирлинга. Десять японских подводных лодок были оснащены двигателями Стирлинга. Первая подводная лодка этого класса, Sōryū , была спущена на воду 5 декабря 2007 года и передана флоту в марте 2009 года. Одиннадцатая подводная лодка класса - первая, оснащенная литий-ионными батареями без двигателя Стирлинга. [10]

Новая шведская подводная лодка класса Blekinge имеет систему Stirling AIP в качестве основного источника энергии. Продолжительность подводного плавания составит более 18 суток на скорости 5 узлов с использованием AIP.

Топливные элементы [ править ]

Подводная лодка Тип 212 с двигателем на топливных элементах ВМС Германии в доке

Компания Siemens разработала блок топливных элементов мощностью 30–50 киловатт , устройство, которое преобразует химическую энергию топлива и окислителя в электричество. Топливные элементы отличаются от батарей тем, что для поддержания химической реакции они требуют постоянного источника топлива (такого как водород) и кислорода, которые переносятся на судне в резервуарах под давлением. Девять из этих единиц входят в состав подводной лодки U-31 мощностью 1830 тонн Howaldtswerke Deutsche Werft AG , головного корабля типа 212A ВМС Германии . Остальные лодки этого класса и экспортные субмарины HDW с AIP ( класс « Дельфин » , мод.и тип 214 ) используют два модуля мощностью 120 кВт (160 л.с.), также от Siemens. [11]

После успеха Howaldtswerke Deutsche Werft AG в своей экспортной деятельности несколько строителей разработали вспомогательные агрегаты на топливных элементах для подводных лодок, но по состоянию на 2008 год ни одна другая верфь не имеет контракта на поставку подводной лодки с таким оборудованием.

AIP реализован на классе S-80 от ВМС Испании основан на биоэтанол-процессоре (предоставляется Hynergreen от Abengoa , SA) , состоящий из реакционной камеры и нескольких промежуточных реакторов Coprox, что преобразование BioEtOH в высокую степени чистоты водорода. Выход питает серию топливных элементов от Collins Aerospace (которая также поставляла топливные элементы для Space Shuttle ).

В риформинг-установку подают биоэтанол в качестве топлива и кислород (хранящийся в виде жидкости в криогенном резервуаре высокого давления), в результате чего в качестве побочного продукта выделяется водород. Произведенный водород и кислород поступают в топливные элементы . [12]

Научно - исследовательская лаборатория ВМС Материалов индийских оборонных исследований и развитие организации разработала систему AIP , основанную на Фосфорной кислоту Fuel Cell (ФАП) к власти последних двух Kalvari -класса подводных лодок , которые основаны на Scorpene конструкции. [13] [14]

Подводные лодки класса Tridente ВМС Португалии также оснащены топливными элементами.

Ядерная энергия [ править ]

Основные статьи: Атомная подводная лодка и ядерная морская двигательная установка

Термин «воздушно-независимая силовая установка» обычно используется в контексте улучшения характеристик подводных лодок с традиционным двигателем. Однако в качестве вспомогательного источника энергии ядерная энергия подпадает под техническое определение AIP. Например, предложение использовать небольшой 200-киловаттный реактор для вспомогательной энергии - названный AECL « ядерной батареей » - могло бы улучшить подледные возможности канадских подводных лодок. [15] [16]

Ядерные реакторы используются с 1950-х годов для питания подводных лодок. Первой такой подводной лодкой был USS Nautilus, введенный в строй в 1954 году. Сегодня Китай , Франция , Индия , Россия , Великобритания и США - единственные страны, которые успешно построили и эксплуатируют подводные лодки с атомными двигателями.

Неядерные подводные лодки AIP [ править ]

По состоянию на 2017 год около 10 стран строят подводные лодки AIP, и почти 20 стран используют подводные лодки на базе AIP:

СтранаТип AIPСтроителиПодводные лодки с АИПОператорыНомера с AIP и примечания
 ГерманияТопливная ячейкаСименс - ТиссенКруппКласс дельфинов Израиль5 активно / 1 в стадии строительства [17] [18]
Тип 209-1400мод Южная Корея

 Греция Египет
 

1 подтверждено дооснащение AIP, [19] возможно до 9 дополнительных устройств класса Chang Bogo . [20] [21] [22] [23]
Тип 212 Германия Италия Норвегия (планируется)
 
 		10 активных / еще 8 запланировано [24] [25]

К 2025 году Норвегия планирует закупить четыре подводные лодки на базе Type 212 [26].

Тип 214 Южная Корея Греция Португалия Турция
 
 
 		13 активно / 2 в стадии строительства / еще 8 запланировано [27] [28]

3 турецких заказа строятся на Gölcük Naval Shipyard . Планируется еще 3.

Тип 218 Сингапур2 в стадии строительства / еще 2 запланированы, первая поставка ожидается в 2020 году. [29] [30] [31]
 ШвецияСтирлинг AIPKockumsГотланд класс Швеция3 активных [32]
Класс лучника Сингапур2 активных (модернизация класса Вестергётланд ) [33]
Сёдерманланд класс Швеция2 активных (модернизация класса Вестергётланд )
Подводная лодка класса Блекинге Швеция2 запланированных
 ЯпонияСтирлинг AIPКавасаки - KockumsКласс харушио Япония1 дооснащение: Asashio. [34]
Сурю класс Япония10 действующих (из 11 завершенных) / 3 в стадии строительства / еще 3 запланированных [35]
 Франция
МЕСМАВоенно-морская группаАгоста 90Б Пакистан3 в эксплуатации
Скорпена Чили Бразилия (планируется)
 		6 действующих (из 7 завершенных) / 4 в стадии строительства / еще 3 запланированных
 ИспанияТопливная ячейкаНавантияС-80 класс Испания4 в стадии строительства / 4 планируется
 ИндияТопливная ячейкаОрганизация оборонных исследований и разработокКальвари класс ИндияВсе шесть классов Kalvari будут оснащены AIP во время их первого обновления [36]
 РоссияТопливная ячейкаКонструкторское бюро Рубина
НИИСЭТ Крылова		Проект 677 Лада (Lada) РоссияСтатус по слухам: нет подтверждения того, что системы работают на каких-либо российских подводных лодках
Проект 1650 Амур (Амур)Никто
 Китайская Народная РеспубликаСтирлинг AIP711 Научно-исследовательский институт-CSHGCТип 041 (класс Юань) Китайская Народная Республика15 завершено и 5 в стадии строительства
Тип 032 (класс Цин) Китайская Народная РеспубликаЭкспериментальная подводная лодка

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Подводные лодки завтрашнего дня: безъядерный вариант» . DefenseWatch . Проверено 2 июля 2012 года .
  2. Перейти ↑ Cargill Hall, R. (1986). История ракетной техники и космонавтики: материалы третьего - шестого исторических симпозиумов Международной академии астронавтики, Том 1 . Публикация конференции НАСА. Американское астронавтическое общество, Univelt, стр. 85. ISBN 0-87703-260-2 
  3. ^ Паровой подлодки: Ictíneo низкотехнологичное Magazine, 24 августа 2008
  4. ^ Миллер, Дэвид (2002). «Эксплорер-класс». Иллюстрированный справочник подводных лодок мира . Сент-Пол, Миннесота: MBI Publishing. С. 326–327. ISBN 0760313458.
  5. ^ "SS X-1" . Ассоциация исторических военно-морских кораблей. Архивировано из оригинального 18 августа 2013 года . Проверено 24 февраля 2014 года .
  6. ^ Престон, Энтони (1998). Подводная война . Коричневые книги. п. 100. ISBN 1-897884-41-9.
  7. ^ Подводные лодки холодной войны: Дизайн и строительство американских и советских подводных лодок Норманом Полмаром, Кеннетом Дж. Муром стр. 44
  8. ^ "DCNS Group" (PDF) . Группа DCNS . Архивировано из оригинального (PDF) 15 ноября 2008 года . Проверено 26 июля 2015 года .
  9. ^ a b «Индия собирается модифицировать подводные лодки Scorpene с помощью двигателя MESMA AIP» . Ежедневник оборонной промышленности . 1 марта 2006 . Проверено 26 июля 2015 года .
  10. ^ "Японские подводные лодки меняют двигатели Стирлинга на литий-ионные батареи" . SWZ | Морской .
  11. ^ "Подводные лодки U212 / U214 - Военно-морские технологии" . Проверено 26 июля 2015 года .
  12. ^ Флот, испанский. "Armada Española - Ministerio de Defensa - Gobierno de España" . armada.defensa.gob.es .
  13. ^ "Построенный в Индии Scorpene для перевозки критически важной системы DRDO" . Индус . 3 ноября 2014 . Проверено 22 октября 2015 года .
  14. ^ "Подводные лодки Scorpene, чтобы иметь систему, чтобы оставаться под водой дольше" . Таймс оф Индия . 19 ноября 2014 . Проверено 28 ноября 2014 .
  15. ↑ Джули Х. Фергюсон (10 марта 2014 г.). Через канадский перископ: история канадской подводной службы . Дандурн. п. 363. ISBN. 978-1-4597-1056-6.
  16. ^ Kozier, KS; Розингер, HE (1988). «Ядерная батарея: твердотельный реактор с пассивным охлаждением для производства электроэнергии и / или высококачественного парового тепла» (PDF) . Пинава, Манитоба: Учреждение ядерных исследований Whiteshell, Atomic Energy of Canada Limited.
  17. ^ Eshel, Тамир (6 мая 2011). «Израиль получит третью усовершенствованную подводную лодку« Дельфин »» . Обновление защиты . Архивировано из оригинала 2 июля 2011 года . Проверено 25 июля 2011 года .
  18. ^ «Шестая подводная лодка:« Контракт продолжается » » . israeldefense.com. 31 октября 2011 года Архивировано из оригинала 21 октября 2013 года . Проверено 25 декабря 2014 .
  19. Перейти ↑ Odyssey: U-214 Submarine Order Греции » . Ежедневник оборонной промышленности . 8 октября 2014 . Проверено 19 декабря 2014 .
  20. ^ ARG. "Патрульная подводная лодка класса Чанг Бого - Military-Today.com" . www.m military-today.com .
  21. ^ "Оборона и безопасность, разведка и анализ: IHS Джейн - IHS" . article.janes.com .
  22. Перейти ↑ Kim, Duk-Ki (2000). Военно-морская стратегия в Северо-Восточной Азии: геостратегические цели, политика и перспективы . Рутледж. п. 30. ISBN 0-7146-4966-X.
  23. ^ Меконис, Чарльз; Уоллес (2000). Приобретение военно-морского вооружения в Восточной Азии в 1990-е годы: причины, последствия и ответные меры . Praeger. п. 229. ISBN 0-275-96251-2.
  24. ^ "Страница Classe Todaro на сайте Marina Militare" . Проверено 27 апреля 2010 года .
  25. ^ Хольгер Нааф: Die Brennstoffzelle auf U 212 A (PDF, немецкий). Bundesanstalt für Wasserbau, Wehrtechnische Dienststelle für Schiffe und Marinewaffen Eckernförde, 23 сентября 2008 г.
  26. ^ "Немецкий TKMS будет строить подводные лодки Норвегии" . navaltoday.com . 3 февраля 2017 . Дата обращения 5 мая 2017 .
  27. ↑ Д-р Альберт Э. Хаммершмидт (Siemens AG, Эрланген), Двигательная установка подводных лодок на топливных элементах (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 16 июля 2011 г.
  28. ^ Нового типа Submarine (AIP) Проект архивация 22 июля 2011 в Wayback Machine , Подсекретариат для оборонной промышленности Республики Турции
  29. ^ "Министерство обороны Сингапура подписывает контракт с TKMS на две новые подводные лодки Тип 218SG" .
  30. ^ «Сингапурский Type-218SG - предшественник нового класса подводных лодок? - Обновление обороны:» . Defense-update.com .
  31. ^ От редакции, Reuters. «ОБНОВЛЕНИЕ 1-ThyssenKrupp получает заказ на подводную лодку от Сингапура» .
  32. ^ "Подводная лодка класса Gotland - затопила несколько недель" . Kockums . Проверено 6 апреля 2008 года .
  33. ^ "Kockums получает Сингапур заказ на две подводные лодки" . Kockums . Проверено 19 Ноябрь 2005 .
  34. ^ Саттон. «Мировой обзор подводных лодок AIP» . HISutton.com . Проверено 22 ноября +2016 .
  35. ^ "SS-501 Soryu / 16SS / SS 2900-тонный класс" . Глобальная безопасность . Проверено 22 ноября +2016 .
  36. ^ "Программа подводных лодок Scorpene прогрессирует" . Индус . Проверено 2 февраля 2018 .

Примечания [ править ]

  1. ^ Глоссарий терминов военно-морских судов ВМС США (GNST). Иногда используется SSI, но SSP был объявлен USN предпочтительным термином. SSK (ASW Submarine) в качестве обозначения для классических дизель-электрических подводных лодок был снят с вооружения USN в 1950-х годах, но продолжает использоваться в разговорной речи USN и формально военно-морскими силами Британского Содружества и корпорациями, такими как Jane's Information Group.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Торнтон, LCDR Грант Б. (1994). Инструмент проектирования для оценки независимой от атмосферы силовой установки на подводных лодках (PDF) (диссертация MS по морской архитектуре и морской инженерии и MS по машиностроению). Массачусетский Институт Технологий.
  • Уитмен, Эдвард С. (осень 2001 г.), «Воздушно-независимая силовая установка: технология AIP создает новую подводную угрозу» , Undersea Warfare , ВМС США (13), архивировано с оригинала 8 декабря 2007 г.
  • Роговей, Тайлер (23 октября 2014 г.). «У Швеции есть такая смертоносная подводная лодка, которую наняли ВМС США, чтобы сыграть плохого парня» . Фокстрот Альфа . Проверено 17 января 2017 года .