Как именно подводная лодка может опускаться под воду и всплывать наверх? Подводная лодка.

Атомные подлодки и прочие суда с ядерными энергоустановками используют радиоактивное топливо - главным образом уран - для превращения воды в пар. Полученный пар вращает турбогенераторы, а те производят электроэнергию для движения судна и питания различного бортового оборудования.

Радиоактивные материалы, подобные урану, выделяют тепловую энергию в процессе ядерного распада, когда неустойчивое ядро атома расщепляется на две части. При этом выделяется огромное количество энергии. На атомной подлодке такой процесс осуществляется в толстостенном реакторе, который непрерывно охлаждается проточной водой, чтобы избежать перегрева, а то и расплавления стенок. Ядерное топливо пользуется особой популярностью у военных на подлодках и авианосцах благодаря своей необычайной эффективности. На одном куске урана размером с мяч для гольфа подлодка может семь раз обогнуть земной шар. Однако ядерная энергия таит в себе опасность не только для экипажа, который может пострадать, если на борту произойдет радиоактивный выброс. В этой энергии заложена потенциальная угроза всей жизни в море, которая может быть отравлена радиоактивными отходами.

Принципиальная схема машинного отсека с ядерным реактором

В типичном двигателе с ядерным реактором (слева) охлажденная вода под давлением попадает внутрь корпуса реактора, содержащего ядерное топливо. Нагретая вода выходит из реактора и используется для превращения другой воды в пар, а затем, остывая, вновь возвращается в реактор. Пар вращает лопасти турбинного двигателя. Редуктор переводит быстрое вращение вала турбины в более медленное вращение вала электродвигателя. Вал электродвигателя при помощи механизма сцепления соединяется с гребным валом. Кроме того, что электродвигатель передает вращение гребному валу, он вырабатывает электроэнергию, которая запасасется в бортовых аккумуляторах.

Ядерная реакция

В полости реактора атомное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, подвергается удару свободного нейтрона (рисунок ниже). От удара ядро расщепляется, и при этом, в частности, освобождаются нейтроны, которые бомбардируют другие атомы. Так возникает цепная реакция деления ядер. При этом освобождается огромное количество тепловой энергии, то есть тепла.

Атомная подлодка курсирует вдоль побережья в надводном положении. Таким кораблям надо пополнять топливо лишь один раз в два-три года.

Группа управления в боевой рубке наблюдает за прилегающей акваторией в перископ. Радиолокатор, гидролокатор, средства радиосвязи и фотокамеры со сканирующей системой также помогают вождению этого судна.

Класс кораблей, способных погружаться на глубину и действовать в подводном положении, называют подводными лодками.

Надводный корабль, благодаря действию выталкивающей силы, находится на поверхности воды. Но подводная лодка кроме надводного положения должна погружаться, идти на глубине и всплывать.

Плавучесть подводной лодки

Одно из основных мореходных качеств подводной лодки – плавучесть, благодаря которому она может находиться в двух положениях: надводном и подводном.

Плавучестью в физике называют способность тела, погружённого в жидкость, оставаться в равновесии, не погружаясь и не выходя из жидкости. А под плавучестью корабля понимают его способность оставаться на плаву при заданной нагрузке.

В надводном положении плавучесть подводной лодки характеризуют запасом плавучести , то есть, процентным отношением водонепроницаемых объёмов ПЛ выше ватерлинии ко всему водонепроницаемому объёму. Чем выше её корпус выступает из воды, тем больше запас плавучести.

W = V н / V o * 100

где V н - водонепроницаемый объём ПЛ выше ватерлинии,

V o – весь водонепроницаемый объём ПЛ.

Чтобы ПЛ полностью погрузилась в воду, запас её плавучести должен стать нулевым, или нейтральным. Это означает, что по закону Архимеда её вес должен равняться весу вытесненной воды. То есть, вес лодки нужно увеличить. Но как это сделать? Очень просто - принять на борт дополнительный груз. Подводники называют его балластом. Им становится забортная вода, которой заполняют балластные цистерны на борту ПЛ.

Но объём балласта должен быть рассчитан очень точно. Ведь если вес принятого груза окажется больше веса полностью погруженной лодки, она не будет плавать в подводном положении, а продолжит погружаться, пока не достигнет грунта, или не разрушится её прочный корпус.

После полного погружения лодка меняет глубину с помощью рулей.

Для всплытия балласт продувается, то есть, вода выдувается из балластных цистерн сжатым воздухом, запасы которого всегда есть на борту. Вес лодки становится меньше. Она приобретает положительную плавучесть и всплывает.

На практике и вес подводной лодки, и плотность воды не остаются постоянными. А любая, даже самая незначительная разница между весом подводной лодки и выталкивающей силой заставляла бы её подниматься на поверхность или опускаться на дно. Для устранения такой ситуации служат горизонтальные рули. Они управляют движением подводной лодки в вертикальной плоскости.

Как устроена подводная лодка

Подводная лодка погружается на большие глубины, где давление воды огромное. Поэтому её корпус должен быть очень прочным.

Современная подводная лодка имеет 2 корпуса: водопроницаемый лёгкий корпус и водонепроницаемый прочный корпус.

Лёгкий корпус предназначен для придания лодке совершенных гидродинамических форм. В подводном положении внутри него находится вода, поэтому ему и не нужно быть прочным.

А прочный корпус, находящийся внутри лёгкого, способен выдержать огромное давление воды на большой глубине. От того, насколько он прочный, зависит глубина погружения лодки. Внутри прочный корпус разделён переборками на отсеки . Это сделано из соображений безопасности. При возникновении нештатной ситуации: пробоины или пожара, отсек герметизируется. Это повышает живучесть корабля.

На ПЛ имеются различные цистерны. В них хранятся запасы питьевой воды, топлива, сжатого воздуха и т.д.

Цистерны, которые заполняются забортной водой, и служат для изменения плавучести, называются цистернами главного балласта (ЦГБ). Они разбиты на 3 группы: носовую, кормовую и среднюю. Они могут заполняться и продуваться одновременно или независимо друг от друга. Их объём постоянен. Однако на практике действительный запас плавучести и расчётный могут отличаться. В теории это называется остаточная плавучесть подводной лодки . Для устранения разницы между объёмом цистерн главного балласта и объёмом воды, которую нужно принять для полного погружения, используют цистерны вспомогательного балласта . Остаточную плавучесть погашают, принимая или откачивая воду в уравнительную цистерну .

Для срочного погружения используют цистерну быстрого погружения . В неё принимают балласт, и лодка быстро погружается. После этого цистерна быстрого погружения немедленно продувается сжатым воздухом для удаления балласта.

После выхода торпед или ракет в торпедные аппараты или ракетные шахты поступает вода. Её сливают в специальные торпедо- и ракетозаместительные цистерны , чтобы сохранить общую нагрузку.

Движение в надводном положении дизель-электрической подводной лодки обеспечивает дизель , который является и двигателем, и приводом генератора. Генератор вырабатывает электрическую энергию. Его энергию запасает аккумуляторная батарея . В подводном положении она её выдаёт.

Источник энергии на атомной подводной лодке – ядерный реактор .

Другим источником энергии на ПЛ служит сжатый воздух . С его помощью заполняются и продуваются цистерны, выстреливаются торпеды. Он служит источником кислорода. При аварийном затоплении отсеков их продувают сжатым воздухом.

Подводный аппарат батискаф

Увеличение веса ПЛ происходит вытеснением воды сжатым воздухом. Но на большой глубине воздух перестаёт быть «сжатым». Он уже не может вытеснить воду из балластных цистерн. А в подводном аппарате батискафе в качестве балласта применяется тяжёлый груз, который позволяет погружаться, и сбрасывается, когда нужно всплывать.

Как и ПЛ, батискаф имеет 2 корпуса – лёгкий и прочный . Лёгкий называют поплавком . В его отсеках находится вещество легче воды. В первых батискафах использовали бензин. Позднее стали применять композитный материал.

Экипаж, приборы и другие системы размещаются в прочном корпусе, который называется гондолой .

Батискафы могут погружаться на гораздо большую глубину, чем лодки. Они способны достичь предельных океанских глубин.

Подводные лодки в современном понимании – это грозное оружие, но когда они стали таковыми? Кто создал первую подводную лодку исключительно для военных целей, какое оружие они на себе несли и как выглядели? На эти вопросы мы попытаемся ответить в данной статье.

Первым изобретателем и создателем первой военной подводной лодки принято считать французского инженера Дени Папена, создавшего свою лодку в 1691 году в Германии. Его изобретение представляло собой цельнометаллическое подводное судно в форме прямоугольника, имеющего длину 1,68 м, высоту 1,76 м и ширину 76 см. Данное изобретение, описанное создателем в 1695 году в альманахе «Собрание различных рассуждений, касающихся некоторых машин», было оснащено каркасом из стальных прутьев, люком, закрывающимся на несколько болтов, и отверстиями для весел, которые, по заверению автора, можно было использовать для атаки на вражеский корабль. Таким образом, можно смело утверждать, что Папен был не только создателем первого металлического подводного судна, но и первой военной подводной лодки.

Лодка Папена

В то же время подобная идея родилась и в умах русских изобретателей. Так, в 1718 году к императору Петру I приходит рабочий верфи Иван Никонов и предлагает построить для императора подводное судно. Петр как истинный энтузиаст сразу же загорается идеей создания подводной лодки, и уже в августе 1720 года на галерном дворе Санкт-Петербурга закладывается первая подводная лодка Никонова, сошедшая с верфи в 1721 году. Эта лодка прошла ряд успешных испытаний, по результату которых было принято решение создать новую подводную лодку. Второй проект Никонова, получивший название «огненное судно», был спущен на воду осенью 1724 года, однако при этом лодка была повреждена. К сожалению, лодки не сохранились, как и их чертежи, однако предполагается, что обе они были выполнены в виде бочек, имеющих весельную тягу.

Подводная лодка Никонова (реконструкция первого образца)

Существовала и третья лодка, созданная Никоновым. Ее изобретатель создавал уже по приказу Екатерины I. Возможно, это была отремонтированная и усовершенствованная вторая лодка. Новое судно было успешно спущено на воду в 1726 году. В проект данного судна Никонов добавил такое вооружение, как мелкокалиберные пушки, трубку для метания сосудов с зажигательной смесью и механические приспособления для уничтожения кораблей (предположительно бур). Удивительным фактом является предположение, по которому водолаз, находившийся на борту, мог выйти из лодки, находившейся под водой. Для этого Никонов создал специальную рубку-капсулу, которую можно считать прообразом современных шлюзовых камер. Данный проект дорого стоил государству и, по мнению чиновников, не окупал себя. В результате этого изобретателя сослали в глухой астраханский порт.

Несмотря на эти разработки, самой известной «ранней» подводной лодкой является изобретение Дэвида Башнела, построенное 1773 году в США. Лодка Башнела представляла собой дубовую бочку, стянутую стальными обручами, на которой располагался медный колпак с иллюминаторами и герметично закрывающейся крышкой. Также колпак был оснащен двумя трубками с клапанами для подачи свежего и выведения использованного воздуха. Погружалась лодка при заполнении водой бака, расположенного на дне лодки. Для всплытия было необходимо выкачать из него воду, используя для этого помпу. Для экстренного же всплытия командир лодки мог отсоединить свинцовые грузила, крепившиеся также ко дну судна. Движение лодки осуществлялось при помощи двух винтов на мышечной тяге. Лодка Башнела, получившая имя «Turtle», весила около 2 тонн и имела длину по корпусу в 2,3 метра, а ширину в 1,8 метра. Данная лодка могла находиться под водой до 30 минут, что было достаточно для использования ее единственного оружия – мины. Это оружие крепилось к буру, расположенному на колпаке лодки, и представляло собой пороховую бочку весом в 45 кг с часовым механизмом. По задумке автора командир лодки должен был подплыть ко дну судна, пробурить его и, отсоединив бур, запустить часовой механизм.

Подводная лодка Башнела

Известно, что эта лодка принимала участие в Войне за независимость США. В 1776 году лодка Башнела, которой управлял сержант Эзра Ли, попыталась атаковать один из британских кораблей, заблокировавших порт Бостона. Однако дно британского фрегата «Еagle» , который пытался атаковать Ли, было обшито металлом, и атака провалилась.

Изобретение Башнела, пожалуй, было первой и последней военной подводной лодкой на ручной тяге. После нее уже появлялись судна на паровых двигателях и на двигателях внутреннего сгорания.

Схема подводной лодки turtle

Большая дизель-электрическая подводная лодка Б-396 «Новосибирский комсомолец» проекта 641Б (шифр «Сом», по классификации НАТО – Tango) относится к лодкам 2−го поколения, спроектирована в ЦКБ-18, ныне ЦКБ МТ «Рубин», главный конструктор проекта – З.А. Дерибин, с 1974 года – Ю.Н. Кормилицын.
Подводная лодка была заложена в 1979 году в Нижнем Новгороде (в то время – г. Горький) на заводе «Красное Сормово».

С 1980 года по 1998 год подводная лодка несла боевую службу в составе эскадры Северного Флота, выполняла задачи в Атлантическом океане у западного побережья Африки, в Средиземном море, осуществляла боевое патрулирование по охране государственной границы в Баренцевом море.
В 1998 году подводная лодка Б-396 была списана и выведена из состава ВМФ России. 20 октября 2000 года из г. Полярный она была доставлена в г. Северодвинск на Северное машиностроительное предприятие, в апреле 2001 года поднята на слип и затем переведена в цех для переоборудование в музей.
4 июля 2003 года в торжественной обстановке состоялся спуск подводной лодки-музея на воду. В конце августа корабль отправился в свой последний переход по маршруту Северодвинск-Москва. Пройдя Белое море, Беломорско-Балтийский канал, Онежское озеро, Волго-Балтийский канал, Рыбинское водохранилище, Канал имени Москвы, подводная лодка прибыла в Москву.
Теперь местом её постоянной стоянки стал Музейно-мемориальный комплекс истории ВМФ России, расположенный на Химкинском водохранилище в парке «Северное Тушино».
Вход в подводную лодку в музейном варианте осуществляется с правого борта через специально оборудованный тамбур.

До переоборудования вход экипажа осуществлялся через люк.

В первом отсеке расположены носовые торпедные аппараты калибра 533 мм. Справа виден винт торпеды, слева – торпеды до загрузки в торпедный аппарат.

В случае необходимости экипаж мог покинуть подводную лодку через торпедные аппараты, выполнявшие функцию шлюзовых камер. Для выполнения работ за бортом или аварийного всплытия на её борту имелись комплекты снаряжения подводника ССП-К1, состоящие из изолирующего дыхательного аппарата (ребризера) ИДА-59 и гидрокомбинезона СГП-К, дополнительно, для обеспечения всплытия с больших глубин (до 220 м) в комплект входил баллон ДГБ с гелием (в составе дыхательных смесей для глубоководных погружений воздух заменяется гелий-кислородной смесью, что даёт возможность избежать азотной интоксикации и снизить риск возникновения кессонной болезни).

В интерьере подводной лодки есть изменения, в частности, оборудованы проемы в герметичных переборках между отсеками лодки для беспрепятственного перемещения посетителей. В период несения боевой службы члены экипажа перемещались между отсеками через люки.

Офицерская каюта.

Каюта командира подводной лодки.

Каюта врача.

Изолятор.

Центральный пост.

Штурманская рубка.

Радиорубка.

Камбуз. Советским подводникам в море полагалось трёхразовое питание: завтрак (именуемый также утренним чаем), обед и ужин. Первый в сутки приём пищи был наиболее лёгким из всех. Обязательными элементами завтрака был чай с сахаром и белый хлеб со сливочным маслом. Самым обильным был второй в сутки приём пищи. Традиционным первым блюдом был флотский борщ со свежей капустой, готовились также супы – фасолевый, картофельный и рисовый. Вторые блюда представляли собой различные мясные консервы с гарниром из риса, гречневой каши, фасоли или картофельного пюре. Третьим блюдом был флотский компот, который иногда заменялся какао или киселём. В автономном плавании к обеду в обязательном порядке подавалось сухое красное вино, как правило, из сорта винограда «Каберне-совиньон» по 50 мл на каждого члена экипажа. На ужин, как правило, был отварной или жареный картофель, гречневая каша, фасоль с маринованной сельдью, рыбными или мясными консервами, какао с печеньем.

Кубрик оборудован в кормовом отсеке. В свободное время матросы могли посмотреть кинофильм.

Подводная лодка установлена на подводное гидротехническое основание, корабль приподнят на 4 метра, что сделало открытым для обозрения винто-рулевой комплекс.

Подводная лодка несёт гюйс Военно-морского флота России.

Схема подводной локи проекта 641Б

1 – основная антенна ГАК «Рубикон»,
2 – антенны ГАК «Рубикон»,
3 – 533-мм ТА,
4 – носовой горизонтальный руль с механизмом заваливания и приводами,
5 – носовой аварийный буй,
6 – баллоны системы ВВД,
7 – носовой отсек (торпедный),
8 – запасные торпеды с устройством быстрого заряжания,
9 – торпедопогрузочный и носовой люки,
10 – агрегатная выгородка ГАК «Рубикон»,
11- второй (носовой жилой и аккумуляторный) отсек,
12 – жилые помещения,
13 – носовая (первая и вторая) группа АБ;
14 – выгородка батарейных автоматов,
15 – ходовой мостик,
16 – репитер гирокомпаса,
17 – перископ атаки,
18 – перископ ПЗНГ-8М,
19 – ПМУ устройства РДП,
20 – ПМУ антенны РЛК «Каскад»,
21 – ПМУ антенны радиопеленгатора «Рамка»,
22 – ПМУ антенны СОРС МРП-25,
23 – ПМУ антенны «Тополь»,
24 – боевая рубка,
25 – третий (центрального поста) отсек,
26 – центральный пост,
27 – агрегатные выгородки РЭВ,
28 – выгородки вспомогательного оборудования и общесудовых систем (трюмных насосов, насосов общесудовой системы гидравлики, преобразователи и кондиционеры),
29 – четвертый (кормовой жилой и аккумуляторный) отсек,
30 – жилые помещения,
31 – кормовая (третья и четвертая) группа АБ,
32 – пятый (дизельный) отсек,
33 – вспомогательные механизмы,
34 – ДД,
35 – топливные и топливно-балластные цистерны,
36 – шестой (электромоторный) отсек,
37 – электрощиты,
38 – ГГЭД средней линии вала,
39 – кормовой якорный шпиль,
40 – седьмой (кормовой) отсек,
41 – кормовой люк,
42 – ГЭД экономического хода,
43 – средняя линия вала,
44 – кормовой аварийный буй,
45 – приводы кормовых рулей.

Бесшумные «хищники» морских глубин всегда наводили ужас на неприятеля, причем как в военное, так и в мирное время. С подлодками связано бесчисленное количество мифов, что, впрочем, неудивительно, если учесть, что их создают в условиях особой секретности. Но сегодня мы знаем достаточно об общей компоновке субмарин – в том числе атомных подлодок (АПЛ) российского флота.

Принцип действия субмарины

Система погружения и всплытия подводной лодки включает в себя балластные и вспомогательные цистерны, а также соединительные трубопроводы и арматуру. Основной элемент здесь – это цистерны главного балласта, за счет заполнения водой которых погашается основной запас плавучести ПЛ. Все цистерны входят в носовую, кормовую и среднюю группы. Их можно заполнять и продувать по очереди или одновременно.

У подлодки есть дифферентные цистерны, необходимые для компенсации продольного смещения грузов. Балласт между дифферентными цистернами передувается при помощи сжатого воздуха или же перекачивается с помощью специальных помп. Дифферентовка – именно так называется прием, целью которого является «уравновешивание» погруженной ПЛ.

Атомные подлодки делят на поколения. Для первого (50-е) характерна относительно высокая шумность и несовершенство гидроакустических систем. Второе поколение строили в 60-е – 70-е годы: форма корпуса была оптимизирована, чтобы увечить скорость. Лодки третьего больше, на них также появилось оборудование для радиоэлектронной борьбы. Для АПЛ четвертого поколения характерны беспрецедентно малый уровень шума и продвинутая электроника. Облик лодок пятого поколения прорабатывается в наши дни.

Важный компонент любой субмарины – воздушная система. Погружение, всплытие, удаление отходов – все это делается при помощи сжатого воздуха. Последний хранят под высоким давлением на борту ПЛ: так он занимает меньше места и позволяет аккумулировать больше энергии. Воздух высокого давления находится в специальных баллонах: как правило, за его количеством следит старший механик. Пополняются запасы сжатого воздуха при всплытии. Это долгая и трудоемкая процедура, требующая особого внимания. Чтобы экипажу лодки было чем дышать, на борту субмарины размещены установки регенерации воздуха, позволяющие получать кислород из забортной воды.

АПЛ: какие они бывают

Атомная лодка имеет ядерную силовую установку (откуда, собственно, и пошло название). В наше время многие страны также эксплуатируют дизель-электрические подлодки (ПЛ). Уровень автономности атомных субмарин намного выше, и они могут выполнять более широкий круг задач. Американцы и англичане вообще прекратили использовать неатомные подлодки, российский же подводный флот имеет смешанный состав. Вообще, только пять стран имеют атомные подлодки. Кроме США и РФ в «клуб избранных» входят Франция, Англия и Китай. Остальные морские державы используют дизель-электрические субмарины.

Будущее российского подводного флота связано с двумя новыми атомными субмаринами. Речь идет о многоцелевых лодках проекта 885 «Ясень» и ракетных подводных крейсерах стратегического назначения 955 «Борей». Лодок проекта 885 построят восемь единиц, а число «Бореев» достигнет семи. Российский подводный флот нельзя будет сравнить с американским (США будут иметь десятки новых субмарин), но он будет занимать вторую строчку мирового рейтинга.

Русские и американские лодки отличаются по своей архитектуре. США делают свои АПЛ однокорпусными (корпус и противостоит давлению, и имеет обтекаемую форму), а Россия – двухкорпусными: в этом случае есть внутренний грубый прочный корпус и внешний обтекаемый легкий. На атомных подлодках проекта 949А «Антей», к числу которых относился и печально известный «Курск», расстояние между корпусами составляет 3,5 м. Считается, что двухкорпусные лодки более живучи, в то время как однокорпусные при прочих равных имеют меньший вес. У однокорпусных лодок цистерны главного балласта, обеспечивающие всплытие и погружение, находятся внутри прочного корпуса, а у двухкорпусных – внутри легкого внешнего. Каждая отечественная субмарина должна выжить, если любой отсек будет полностью затоплен водой – это одно из главных требований для подлодок.

В целом, наблюдается тенденция к переходу на однокорпусные АПЛ, так как новейшая сталь, из которой выполнены корпуса американских лодок, позволяет выдерживать колоссальные нагрузки на глубине и обеспечивает субмарине высокий уровень живучести. Речь, в частности, идет о высокопрочной стали марки HY-80/100 с пределом текучести 56-84 кгс/мм. Очевидно, в будущем применят еще более совершенные материалы.

Существуют также лодки с корпусом смешанного типа (когда легкий корпус перекрывает основной лишь частично) и многокорпусные (несколько прочных корпусов внутри легкого). К последним относится отечественный подводный ракетный крейсер проекта 941 – самая большая атомная подлодка в мире. Внутри ее легкого корпуса находятся пять прочных корпусов, два из которых являются основными. Для изготовления прочных корпусов использовали титановые сплавы, а для легкого – стальной. Его покрывает нерезонансное противолокационное звукоизолирующее резиновое покрытие, весящее 800 тонн. Одно это покрытие весит больше, чем американская атомная подлодка NR-1. Проект 941 – воистину гигантская субмарина. Длина ее составляет 172, а ширина – 23 м. На борту несут службу 160 человек.

Можно видеть, насколько различаются атомные подлодки и сколь отличным является их «содержание». Теперь рассмотрим более наглядно несколько отечественных ПЛ: лодки проекта 971, 949А и 955. Всё это – мощные и современные субмарины, несущие службу на флоте РФ. Лодки принадлежат к трем разным типам АПЛ, о которых мы говорили выше:

Атомные подлодки делят по назначению:

· РПКСН (Ракетный подводный крейсер стратегического назначения). Будучи элементом ядерной триады, эти субмарины несут на борту баллистические ракеты с ядерными боеголовками. Главные цели таких кораблей – военные базы и города противника. В число РПКСН входит новая российская АПЛ 955 «Борей». В Америке этот тип субмарин называют SSBN (Ship Submarine Ballistic Nuclear): сюда относится самая мощная из таких ПЛ – лодка типа «Огайо». Чтобы вместить на борту весь смертоносный арсенал, РПКСН проектируют с учетом требований большого внутреннего объема. Их длина часто превышает 170 м – это заметно больше длины многоцелевых подлодок.