Двигатель Стирлинга – принцип работы. Низкотемпературный двигатель Стирлинга (фото)

«Зарубежное военное обозрение» № 6. 2004г. (стр.59-63)

Капитан 1 ранга Н. СЕРГЕЕВ,

капитан 1 ранга И. ЯКОВЛЕВ,

капитан 3 ранга С. ИВАНОВ

Подводные лодки с традиционной дизель-электрической энергетической установкой (ЭУ) являются достаточно эффективным средством для решения определенных им задач и имеют ряд преимуществ перед ПЛА, особенно при действиях в прибрежных и мелководных районах моря. К числу таких преимуществ относятся низкий уровень шумности, высокая маневренность на малых скоростях хода и соизмеримая с ПЛА ударная мощь. Кроме того, включение в состав ВМС неатомных ПЛ во многом обусловлено невысокой стоимостью их создания и эксплуатации. В то же время они имеют ряд недостатков, в частности ограниченное время пребывания в подводном положении в связи с небольшим запасом энергии в аккумуляторной батарее (АБ). Для зарядки АБ ПЛ вынуждена всплывать в надводное положение или использовать режим работы дизеля под водой (РДП), в результате чего повышается вероятность ее обнаружения радиолокационными, инфракрасными, оптико-электронными и акустическими средствами. Отношение времени плавания под РДП, необходимого для зарядки аккумуляторов, к периоду разряжания АБ называется «степенью неосторожности».

Существует несколько направлений увеличения дальности плавания под водой, основным из которых являются научно-технические и технологические разработки с целью совершенствования традиционной ЭУ неатомных ПЛ и ее составных элементов. Однако в современных условиях реализация этого направления не может в полной мере обеспечить решение главной задачи. Выход из сложившейся ситуации, по мнению зарубежных специалистов, заключается в использовании на ПЛ воздухонезависимой энергетической установки (ВНЭУ), которая может служить в качестве вспомогательной.

Успешные результаты, полученные в ходе работ по данной тематике, сделали возможным оборудование вспомогательными ВНЭУ вновь строящихся и дооборудование находящихся в эксплуатации дизель-электрических ПЛ. У последних в прочный корпус врезается дополнительный отсек, содержащий саму энергоустановку, емкости для хранения топлива и окислителя, цистерны замещения массы расходуемых реагентов, вспомогательные механизмы и оборудование, а также приборы контроля и управления. В дальнейшем ВНЭУ планируется использовать на ПЛ в качестве основной.

В настоящее время существуют четыре основных типа воздухонезависимых энергетических установок: дизельный двигатель замкнутого цикла (ДЗЦ), двигатель Стирлинга (ДС), топливные элементы или электрохимический генератор (ЭХГ) и паротурбинная установка замкнутого цикла.

К числу основных требований, предъявляемыми к ВНЭУ, относятся следующие: низкий уровень шумности, малое тепловыделение, приемлемые массогабаритные характеристики, простота и безопасность эксплуатации, большой ресурс и невысокая стоимость, возможность использовать существующую береговую инфраструктуру. В наибольшей мере данным требованиям удовлетворяют вспомогательные ЭУ с двигателем Стирлинга, ЭХГ и паротурбинной установкой замкнутого цикла. Поэтому в ВМС ряда стран ведутся активные работы по их практическому применению на неатомных ПЛ.

Энергетическая установка с двигателем Стирлинга. К ее разработке в 1982 году приступила шведская фирма «Кокумс марин АВ» по заказу правительства. Специалисты изначально рассматривали ВНЭУ с двигателем Стирлинга как вспомогательную, работающую совместно с традиционной дизель-электрической ЭУ (ДЭЭУ). Проведенные ими исследования показали, что новая установка, создаваемая как главная (без использования традиционной ДЭЭУ), будет слишком дорогой в производстве и технические требования, предъявляемые к энергоустановке подводной лодки, будет трудно удовлетворить.

Королевские ВМС Швеции выбрали ВНЭУ с двигателем Стирлинга по нескольким причинам: высокая удельная мощность, низкий уровень шумности, отработанность технологий производства ДС, надежность и простота эксплуатации.

Высокая удельная мощность ДС достигается за счет сжигания в камере сгорания дизельного топлива в сочетании с кислородом. На ПЛ необходимый запас кислорода хранится в жидком состоянии, что обеспечивается современными криогенными технологиями.

Двигатель Стирлинга является двигателем внешнего сгорания. Принцип его работы предусматривает использование тепла, вырабатываемого внешним источником, и его подвод к рабочему телу, находящемуся в замкнутом контуре. ДС превращает тепло, производимое внешним источником, в механическую энергию, которая затем преобразуется генератором в постоянный ток. Регенератор, входящий в состав замкнутого рабочего контура двигателя, забирает от рабочего тела тепловую энергию, образующуюся после его расширения, и возвращает ее назад в цикл, когда газ меняет направление.

В ДС применяются поршни двойного действия. Пространство над поршнем является полостью расширения, а пространство под поршнем - полостью сжатия. Полость сжатия каждого цилиндра внешним каналом через холодильник, регенератор и нагреватель связана с полостью расширения соседнего цилиндра. Необходимое сочетание фаз расширения и сжатия достигается с помощью распределительного механизма на основе кривошипов. Принципиальная схема двигателя Стирлинга приведена на рисунке.

Тепловая энергия, которая требуется для работы ДС, вырабатывается в камере сгорания высокого давления путем сжигания дизельного топлива и жидкого кислорода. Кислород и дизельное топливо в пропорции 4:1 поступают в камеру сгорания, где и происходит их сжигание.

Для того чтобы поддерживать необходимую температуру рабочего процесса и обеспечить достаточную термостойкость материалов, в конструкции ДС применяется специальная система рециркуляции газов (GRC). Эта система предназначена

для разбавления чистого кислорода, поступающего в камеру сгорания, газами, образующимися в процессе горения топливной смеси.

При работе двигателя Стирлинга часть выхлопных газов удаляется за борт, что может привести к образованию следа из пузырей. Это связано с тем, что процесс сгорания в ДС идет с большим избытком неиспользованного кислорода, который не может быть выделен из выхлопных газов. Для уменьшения количества пузырей, образующихся при растворении отработавших газов в забортной воде, применяется абсорбер, в котором происходит смешивание газов и воды. При этом выхлопные газы предварительно охлаждаются в специальном теплообменнике с 800 до 25 °С. Рабочее давление в камере сгорания позволяет удалять выхлопные газы на разных глубинах погружения ПЛ, вплоть до рабочей, что не требует использования для этих целей специального компрессора, обладающего повышенной шумностью.

Так как процесс внешнего подвода тепла неизбежно сопровождается дополнительными тепловыми потерями, КПД ДС меньше, чем у дизельного двигателя. Повышенная коррозия не позволяет использовать в ДС обычное дизельное топливо. Необходимо топливо с низким содержанием серы.

Для шведской программы был принят ДС типа V4-275 фирмы «Юнайтед Стерлинг». Он представляет собой четырехцилиндровый двигатель (рабочий объем каждого цилиндра 275 см3). Цилиндры расположены V-образно с целью снижения шума и вибрации. Рабочее давление в камере сгорания двигателя 2 МПа, благодаря чему обеспечивается его использование на глубинах погружения ПЛ до 200 м. Для работы двигателя на больших глубинах необходима компрессия выхлопных газов, что потребует дополнительного расхода мощности на удаление выхлопных газов и приведет к повышению уровня шумности.

Первой энергоустановкой на базе ДС была оборудована подводная лодка типа «Нэккен», спущенная на воду после модернизации в 1988 году. Двигатель Стирлинга, цистерны для хранения дизельного топлива, жидкого кислорода и вспомогательное оборудование были размещены в дополнительной секции с нулевой плавучестью, врезанной в прочный корпус ПЛ. За счет этого длина лодки увеличилась на 10 проц., что незначительно повлияло на изменение ее маневренных качеств.

Два ДС типа V4-275R работают на генераторы постоянного тока мощностью по 75 кВт. Двигатели размещены в шумоизоляционных модулях на виброизолирующих конструкциях с двухкаскадной амортизацией. Как показали испытания, ДС способен вырабатывать достаточное количество электроэнергии, необходимое для питания бортовых систем ПЛ, обеспечения подзарядки АБ и движения лодки со скоростью до 4 уз. Для достижения более высоких скоростей хода и питания главного гребного электродвигателя предусматривается использование двигателя совместно с АБ.

Благодаря применению комбинированной энергоустановки время плавания в подводном положении увеличилось с 3-5 до 14 сут, а скорость патрулирования - с 3 до 6 уз. В результате этого повысилась скрытность ПЛ.

Как утверждают шведские специалисты, двигатель Стирлинга в корабельных условиях продемонстрировал высокие надежность и ремонтопригодность. Его шумоизлучение не превосходит шума гребного электродвигателя и на 20-25 дБ ниже, чем у эквивалентного по мощности дизельного двигателя.

ВМС Швеции оснащают данной вспомогательной ВНЭУ ПЛ типа «Готланд». Контракт на строительство трех ПЛ этого типа был подписан правительством страны с фирмой «Кокумс» в марте 1990 года. Первая подводная лодка данной серии - «Готланд» - была принята на вооружение в 1996 году, две последующие: «Апланд» и «Халланд» - в 1997-м. В ходе модернизации планируется оборудовать вспомогательными ЭУ данного типа также ПЛ типа «Вэстерготланд».

Как сообщают иностранные источники, шведские подводные лодки, оснащенные ЭУ с ДС, уже на практике показали хорошие результаты. В частности, во время учений было доказано превосходство ПЛ «Халланд» над ПЛ ВМС Испании с традиционной дизель-электрической энергоустановкой, а также продемонстрированы ее улучшенные ТТХ в ходе совместного плавания с атомными подводными лодками ВМС США и Франции.

Энергетическая установка с ЭХГ. Электрохимический генератор - это установка, в которой химическая энергия топлива непосредственно превращается в электрическую. Основой ЭХГ являются топливные элементы (ТЭ), в которых и происходит процесс генерирования электроэнергии, возникающей при взаимодействии топлива и окислителя, непрерывно и раздельно подводимых к ТЭ. В принципе топливный элемент - разновидность гальванического. В отличие от последнего ТЭ не расходуется, так как активные компоненты подводятся непрерывно (топливо и окислитель).

В ходе исследований проводились испытания различных типов топлива и окислителей. Наилучших результатов удалось добиться при использовании реакции между кислородом и водородом, в результате взаимодействия которых вырабатываются электрическая энергия и вода.

Генерирование постоянного тока посредством холодного сгорания водорода и кислорода было известно давно и успешно использовалось для получения электроэнергии на подводных аппаратах. Этот принцип получения электроэнергии был использован на ПЛ только в 1980-е годы. В ПА кислород и водород хранились раздельно в прочных резервуарах под высоким давлением. Хотя электрохимические генераторы более эффективны, чем аккумуляторные батареи, их применение на ПЛ было затруднено тем, что запас топливных реагентов, хранящихся в газообразном состоянии, не позволял обеспечивать требуемую продолжительность подводного плавания.

Наиболее оптимальный способ хранения кислорода - в жидком состоянии (в криогенной форме - при температуре 180 °С), водорода - в форме металлгидрида.

К середине 1980-х годов немецкий консорциум GSC (German Submarine Consortium), включающий фирмы IKL (Ingenieurkontor Lubeck), HDW (Howaldtswerke Deutsche Werft AG) и FS (Ferrostaal), разработал и создал опытную береговую установку ЭХГ с топливными элементами фирмы «Сименс» для проверки совместной работы ее компонентов - топливных элементов, систем хранения водорода и кислорода, трубопроводов, системы управления, а также взаимодействия работы с традиционной ЭУ

ПЛ. Опытный образец ЭХГ был конструктивно выполнен с таким расчетом, чтобы по завершении испытаний он мог быть установлен на действующей ПЛ без доработок. Результаты береговых испытаний показали, что ЭУ с ЭХГ может быть эффективно использована на ПЛ.

В 1989 году в интересах ВМС ФРГ успешно закончилась девятимесячная серия морских испытаний ПЛ U-1 проекта 205, оборудованной вспомогательной ВНЭУ с ЭХГ на верфи HDW. В результате руководство этого вида ВС отказалось от дальнейшего строительства ПЛ только с дизель-электрической ЭУ и приняло решение использовать «гибридные» (ДЭЭУ как основная и вспомогательная ЭУ с ЭХГ). Дальнейшие исследования направлены на разработку таких установок с ЭХГ в качестве главной.

Конструктивно ЭХГ представляет собой электрохимические модули с полимерными мембранами (РЕМ). Все модули устанавливаются на единой раме и могут быть соединены как последовательно, так и параллельно.

Вспомогательными в ЭУ с ЭХГ являются система охлаждения с использованием забортной воды и система остаточных газов. Последняя обеспечивает дожигание остаточного водорода в системе вентиляции АБ и использование остаточного кислорода для бортовых нужд. Система управления ЭУ интегрирована с системой контроля безопасности, мониторы которой находятся в центральном посту.

Преобразование энергии в топливных элементах происходит бесшумно. В составе ЭУ отсутствуют узлы, совершающие вращательные или колебательные движения. Она имеет малое тепловыделение, вследствие чего не оказывает значительного влияния на формирование физических полей. Единственная вспомогательная система с вращающимися частями - система охлаждения, но она не настолько шумная, чтобы сильно повлиять на уровень акустического поля ПЛ.

Первоначальная активизация реакций в топливных элементах не требует много электроэнергии, для того чтобы металл-гидрид, хранящийся в баллонах, расположенных в междубортном пространстве, стал выделять водород и начал испаряться кислород, хранящийся в жидком состоянии в ударозащищенных криогенных цистернах, выполненных из маломагнитной стали.

Этот тип ЭУ достаточно эффективен, он имеет высокий КПД - до 70 проц., и по этому показателю значительно превосходит другие воздухонезависимые энергоустановки. Сравнительные данные зависимости КПД разных типов ВНЭУ от относительного уровня выходной мощности показаны на графике. Процесс преобразования энергии происходит при низкой рабочей температуре (60-90 °С). Для поддержания первоначально инициированного электрохимического процесса требуется небольшое количество тепла, выделяемого системой в процессе работы. Часть тепла, вырабатываемого ЭУ, может использоваться для бытовых нужд, таких как обогрев. Количество тепла, которое необходимо отводить от установки, невелико, поэтому принудительное охлаждение ЭУ забортной водой не требует длительного времени (до суток ее работы). Воду, производимую в ходе реакции, после соответствующей обработки можно использовать для питья.

Комбинация компактных топливных, последовательно соединенных элементов позволяет получить любое требуемое напряжение. Регулировка напряжения достигается изменением числа пластин в агрегатах с топливными элементами. Наибольшая мощность может быть достигнута посредством последовательного соединения этих элементов.

Работа ЭУ с ЭХГ не зависит от глубины погружения ПЛ. Электроэнергия, генерируемая такой энергоустановкой, поступает прямо на главный распределительный щит лодки. 65 проц. ее расходуется на движение и корабельные нужды, 30 проц. - на систему охлаждения и систему остаточных газов ЭУ, 5 проц. - на дополнительное оборудование ЭУ. Вспомогательная ЭУ может работать как параллельно с АБ, обеспечивая электродвижение ПЛ и питание других потребителей, так и для подзарядки АБ.

Планируется оснастить вспомогательной ЭУ с ЭХГ четыре и две ПЛ типа 212А, строящихся для ВМС ФРГ и Италии соответственно, а также экспортный вариант лодки типа 214 для ВМС Греции и Республики Корея.

Две ПЛ из первой подсерии лодок типа 212А для ВМС ФРГ оборудованы вспомогательной ЭУ с ЭХГ номинальной мощностью около 300 кВт с девятью топливными элементами по 34 кВт. Лодки второй подсерии планируется оснастить двумя топливными элементами по 120 кВт. Они будут иметь практически те же массогабаритные характеристики, что и топливные элементы мощностью 34 кВт, но при этом их эффективность увеличится в 4 раза. ПЛ типа 212А будет способна находиться в подводном положении в течение примерно двух недель. Номинальная мощность данной установки позволит развивать скорость хода до 8 уз без использования АБ.

Модульная конструкция ЭУ на основе топливных элементов не только облегчает их установку на строящихся ПЛ, но и позволяет оборудовать ими ранее построенные, даже те, которые были построены по лицензиям на верфях стран - импортеров немецких ПЛ.

Кроме того, такая ЭУ, как утверждают немецкие специалисты, отличается высокой ремонтопригодностью и более продолжительным сроком службы.

Паротурбинная установка (ПТУ) замкнутого цикла. ПТУ MESMA (Module d"Energie Sous-Marin Autonome), работающая по замкнутому циклу Ренкина, была разработана управлением кораблестроения ВМС Франции DCN для продажи на экспорт. В ее производстве участвуют французские фирмы «Текникатом», «Термодайн», «Эр ликвид», «Бертин», а также судоверфь «Эмпреса насьональ Базан» (Испания).

MESMA является двухконтурной установкой. В первом контуре в результате сгорания этанола в кислороде образуется теплоноситель (парогаз), который проходит через тракт парогенератора и отдает тепло воде, циркулирующей во втором контуре. Вода превращается в пар высокого давления, вращающий паровую турбину, соединенную с генератором. Кислород хранится на борту ПЛ в специальных емкостях в жидком состоянии. Продуктами реакции горения являются вода и отработанные газы, отводимые за борт. Это может привести к увеличению заметности ПЛ.

Горение в камере сгорания происходит под давлением 6 МПа, вследствие чего установка может работать на глубинах до 600 м, поэтому для удаления за борт продуктов горения не надо задействовать компрессор.

КПД энергоустановки с ПТУ MESMA составляет 20 проц., что обусловлено большими потерями при многократном преобразовании энергии - сжигание топлива, получение перегретого пара, генерация трехфазного тока и последующее его преобразование в постоянный.

Вся установка в целом отличается достаточной компактностью и монтируется в секции прочного корпуса длиной 10 м и шириной 7,8 м. Кислород хранится в сжиженном состоянии в баллонах, смонтированных на специальных амортизационных креплениях внутри прочного корпуса ПЛ в вертикальном положении.

В сентябре 1998 года завершились стендовые испытания опытного образца ЭУ MESMA. В апреле 2000 года на судоверфи в г. Шербур была изготовлена первая корабельная энергоустановка, размещенная в секции прочного корпуса. После завершения сдаточных испытаний модуль с ЭУ должен был быть отправлен в Пакистан для оснащения строящейся там по французской лицензии ПЛ «Гази» типа «Агоста 90В». Это первая ПЛ данного типа, на которой вспомогательная воздухонезависимая ЭУ будет установлена в процессе строительства. Две другие ПЛ, построенные ранее, намечается дооборудовать ими позже - в процессе модернизации и ремонта.

Применение вспомогательных воздухонезависимых энергетических установок на неатомных ПЛ позволило улучшить их ТТХ по продолжительности подводного плавания, что повысило скрытность лодок и расширило их боевые возможности. Помимо строящихся ПЛ вспомогательными ВНЭУ можно оборудовать имеющиеся дизельные подводные лодки в процессе их модернизации. Дальнейшее развитие технологий и получение на этой основе качественно новых характеристик ВНЭУ, вероятнее всего, позволит неатомным ПЛ решать задачи, свойственные атомным.

Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

1

В статье представлены варианты созданных и разрабатываемых воздухонезависимых энергетических установок (airindependentpower /AIP) подводных лодок. Показаны ориентировочные границы использования и примеры реализации воздухонезависимых энергетических установок подводных лодок на основе тепловых двигателей (двигателей внутреннего сгорания, двигателей с внешним подводом теплоты, паротурбинные и газотурбинные энергетические установки), прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую (Polymer Electrolyte (or Proton Exchange Membrane) Fuel cells, Solid Oxide Fuel Cells, реформинг углеводородного топлива с получением водорода), аккумуляторных батарей высокой емкости, высокометаллизированного топлива и «термитных смесей». Указаны примеры реализации различных технологий в подводном кораблестроении и компании, проводящие научно-исследовательские работы по созданию данных технологий. Приведены основные особенности работы энергоустановок, их достоинства и недостатки.

виды топлива

энергетическая установка

подводная лодка

воздухонезависимая энергетическая установка (ВНЭУ)

1. Васильев В.А., Чернышов Е.А., Романов И.Д., Романова Е.А., Романов А.Д. История развития подводных лодок с воздухонезависимыми энергоустановками в России и СССР // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2012. – № 4. – С. 192-202.

2. Генкин А.Л. и др. Анаэробный источник теплоты на безгазовом топливе для аварийного обогрева водолазов // Судостроение. 2010. – № 2. – С. 36-38.

3. Дядик А.Н., Замуков В.В., Дядик В.А. Корабельные воздухонезависимые энергетические установки. – СПб.: Судостроение, 2006. – 424 с.

4. Замуков В. В., Сидоренко Д. В. Выбор воздухонезависимой энергоустановки неатомных подводных лодок // Судостроение. – 2012. – № 4. – С. 29-33.

5. Замуков В.В., Сидоренко Д.В., Петров С.А. Состояние и перспективы развития воздухонезависимых энергоустановок подводных лодок // Судостроение. – 2007. – № 5. – С. 39-42.

6. Захаров И.Г. Концептуальный анализ в военном кораблестроении. – СПб.: Судостроение, 2001. – 264 с.

7. Никифоров Б.В. и др. Литий-ионные аккумуляторные батареи в качестве основных источников электроэнергии дизель-электрических подводных лодок // Судостроение. – 2010. – № 2. – С. 25-28.

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. Ястребов В.С. Системы и элементы глубоководной техники подводных исследований. –Л.: Судостроение.

10. Dr Carlo Kopp. Air Independent Propulsion – now a necessity // Defence Today. – 12/2010.

Энергетическая установка неатомной подводной лодки (ПЛ) представляет собой тяжелую, до 30 % массы, и объемную, до 50 % от водоизмещения, конструкцию. Однако классическая дизель-электрическая установка работает не эффективно, в подводном положении не используется дизельная установка и запас углеводородного топлива, в надводном, если не реализован режим полного электродвижения, становятся «не нужными» аккумуляторные батареи. Поэтому с момента первого появления подводных лодок предлагались различные типы тепловых «единых двигателей», они развивались по следующим направлениям :

• Аккумулирования теплоты (уксусно-кислый натрий, жидкий металл).
• Паротурбинные установки замкнутого и открытого цикла: горение металлов или углеводородного топлива с применением в качестве окислителя перекиси водорода (цикл Вальтера).
• Двигатели внутреннего сгорания: открытого цикла («Y», «Почтовый», ЕД-ВВД, Kreislauf), замкнутого цикла (применение водорода и кислорода, РЕДО, ЕД-ИВР, ЕД-ХПИ), с применением в качестве окислителя перекиси водорода (Х-1, ПВК), с применением твердого источника кислорода (надперекись натрия).

На рис. 1 и 2 Приведены ориентировочные границы применимости энергетических установок и примеры реализации с указанием проекта ПЛ.

Рис. 1. Диапазон применения различных энергетических установок на ПЛ

* - ПЛ без установленного вооружения.

** - экспериментальная ПЛ лаборатория.

Рис. 2. Диаграммы мощности и продолжительности работы различных источников тока

Знаком * отмечен диапазон, рассмотренный в отдельно.

Из рис. 1 видно, что фактически самые крупные ПЛ с аккумуляторными батареями крупнее ПЛ, оснащенных ядерной энергетической установкой. Однако это не мешает развиваться ПЛ с другими типами ЭУ. Можно привести пример торпед, все они при сравнимых габаритах оснащены различными типами ЭУ.

В настоящее время разрабатываются и внедряются энергоустановки на основе:

• Тепловых двигателей: двигатели с внешним подводом теплоты (Стирлинга), дизель по замкнутому циклу, паровые турбины замкнутого цикла, газотурбинных установок замкнутого цикла с использованием различных комбинаций высокометаллизированного топлива и окислителя.
• Прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую (топливные элементы), включая конверсию/реформинг углеводородного топлива и гидротермальное окисление металла, с получением водорода, использующегося в ЭХГ.
• Аккумуляторных батарей высокой емкости, без подзарядки в море.
• Малогабаритных атомных энергоустановок, включая вспомогательные.

Практически для всех энергетических установок принят универсальный окислитель - кислород. Это связано с относительной простотой его получения, из воздуха, и обработанностью систем его хранения, в большинстве случаев - криогенное хранение.

Рассмотрим особенности различных воздухонезависимых энергетических установок.

1. ЭУ на основе тепловых двигателей

Все эти принципиально разные по конструкции установки объединяет применяемое топливо (жидкие углеводороды) и механическое преобразование химической энергии топлива в механическую, а затем в электрическую. К тому же жидкое углеводородное топливо имеет преимущество по хранению, транспортировке. Применение топливно-балластных цистерн и возможность дозаправки в море значительно увеличивают возможный радиус действия. Данные конструкции могут использовать в качестве окислителя атмосферный воздух в режиме «работа двигателей под водой» (РДП / Schnorchel).

1.1. ЭУ на основе дизелей по замкнутому циклу (ДЗЦ, closed-cyclediesel, CCD)

Данные системы наиболее распространены, некоторые ДЗЦ базируются на опыте эксплуатации дизельных двигателей. Первыми проектами стали ПЛ Бертена и Джевецкого, после второй мировой войны в СССР серийно строились ПЛ с ДЗЦ (А615). Их технологическим преимуществом является использование «стандартных» дизельных двигателей, то есть меньшая стоимость и упрощение обучения экипажа. Однако сложно устранимая высокая шумность дизельного двигателя ограничивает развитие данной технологии. ЭУ на основе дизель по замкнутому циклу отличаются между собой конструктивно, но принцип действия аналогичен: из продуктов сгорания / выхлопных газов удаляется СО2, при сгорании 1 кг дизельного топлива образуется 3,19 кг СО2, нуждающегося в утилизации, например: растворением в морской воде (Argo / ЕД-ИВР), поглощением твердыми продуктами (ЕД-ХПИ, надперекись натрия, хлорид натрия) или вымораживанием, затем газовая смесь обогащается кислородом и направляется в цилиндры.

В настоящее время компания RDM (Голландия) предлагает энергетическую установку SPECTRE (Submarine Power for Extended Continuous Trialand Range Enhancement) на основе дизеля, работающего по замкнутому циклу. Аналогичные работы выполнены компаниями COSMOS (Италия), CDSS (Великобритания) и TNSW (Германия). Однако серийно ПЛ с данными ЭУ не строятся, за исключением малых ПЛ .

1.2. ЭУ на основе двигателя с внешним подводом тепла (Стирлинга)

От всех известных преобразователей энергии прямого цикла, которые могут использоваться в составе анаэробных установок, двигатели Стирлинга выгодно отличаются рядом качеств, которые обуславливают перспективу их применения на неатомных ПЛ: малошумность в работе из-за отсутствия взрывных процессов и достаточно плавного протекания рабочего цикла, что влияет на акустическую скрытность ПЛ; высокий к.п.д., высокое давление продуктов сгорания, позволяющее удалять продукты горения за борт на глубинах до 200 м без компрессора, возможность использования различных типов углеводородного топлива.

Недостатками являются: высокая стоимость; сложность, высокая технологическая емкость конструкции; низкое значение агрегатной мощности реализовано 75 кВт, вероятно, наиболее достигнутая 600 кВт. Примерами реализации данной ЭУ являются проекты А-17, А-19, Imp. Oyashio, возможно Type 041 и 043.

1.3. Паровая турбина ЭУ замкнутого цикла

В настоящее время паровые турбины замкнутого цикла MESMA (Moduled’EnergieSous-MarineAutonome) внедряются на ПЛ проекта Agosta90B и Scorpene. По данным концерна «DCN», выходная мощность ЭУ ”MESMA” составляет 200 кВт. Установка производит тепловую энергию путем сжигания газообразной смеси этилового спирта и кислорода в первичном контуре теплообменника. Вторичный контур представляет собой паровую турбину, которая приводит в действие высокоскоростной турбогенератор. В настоящее время в Бразилии в г. Итагуаи идет строительство верфи для производства подводных лодок (MetalStructuresManufacturingUnit). Данная верфь обладает всем необходимым для производства корпусных секций в рамках программы кораблестроения PROSUB. Головная ПЛ должна приступить к испытаниями в 2016 году.

Аналогом данной разработки в России можно назвать исследования ОАО «СПМБМ Малахит» и НПВП «Турбокон».

1.4. Газотурбинная установка ЭУ замкнутого цикла

Разрабатываются различные варианты оснащения ПЛ газотурбинной установкой замкнутого цикла. Газотурбинный двигатель (ГТД) - это уравновешенная тепловая машина, обладающая меньшими по сравнению с ДВС вибрационными характеристиками, шумность - слабое место ГТД, однако акустические возмущения имеют высокую частоту, что возможно снизить за счет шумоизоляции. В России НПО «Сатурн» имеет задел по малогабаритным ГТД для современных летательных аппаратов военного назначения. На сегодняшний день ОАО СПМБМ «Малахит», совместно с НПО «Сатурн» и НПО «Гелиймаш», выполнили расчетные исследования созданию ВНЭУ с ГТД .

2. ЭУ на основе топливных элементов

Топливный элемент - электрохимическое устройство, которое преобразовывает химическую энергию топлива и окислителя в электрическую. Топливные элементы могут использовать ископаемое топливо (главным образом, природный газ или бензин) или непосредственно водород (в случае топливных элементов PEM).

Основные направления развития топливных элементов: Polymer Electrolyte (or Proton Exchange Membrane) Fuel cells PEM/PEMFC, Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cells (MCFC), Solid Oxide Fuel Cells (SOFC).

2.1. ЭУ на основе Proton Exchange Membrane (PEM)

Низкотемпературные ЭХГ имеют удельную мощность порядка 65 Вт/кг, ресурс порядка 5000 ч. При этом удельный расход водорода от 0,045 - 0,048кг/кВт*ч, расход кислорода 0,36 - 0,38 кг/кВт*ч. Топливные элементы BZM120 имеют мощность 120 кВт каждый и весят 900 кг с объема 500 литров. Композиция топлива водород + кислород с продуктами реакции вода являются теоретически лучшей композицией по энерговыделению на 1 г продуктов реакции и простоты утилизации продуктов реакции на ПЛ. Однако масса систем хранения водорода значительна, запас при криогенном хранении водорода не превышает 5 % от массы систем хранения, при газообразном около 3 % в адсорбированном виде в интерметаллидных соединениях. Высокая стоимость создания ЭУ и береговой инфраструктуры, технологические проблемы с хранением топлива, невозможность организации базирования ПЛ в недостаточно оборудованных пунктах существенно снижают мобильность и боевую устойчивость, так как уничтожение базы фактически сделает невозможным применение ПЛ. Поэтому разрабатываются альтернативные варианты хранения водород содержащего топлива (NH3, гидриды металлов, гидрореагирующее топливо) и вариантов получения водорода из него.

2.1. ЭУ на основе реформера метанола и PEM

Метанол имеет меньшую теплоту сгорания, чем дизельное топливо, и более токсичен, однако его чистота позволяет применять его для реформеров. HDW разработала концепцию дизель-элек-трической подводной лодки, предна-значенной для решения широкого круга задач в удаленных океанских (морских) зонах, пр. 216. Аналогичный проект разработан DCNS для пр. S-80A. Повышение скрытности и увеличение продолжительности автономных действий ПЛ намечается достигнуть благодаря при-менению комбинированной электроэнерге-тической установки, включающей четыре дизель-генератора, литий-ионные аккуму-ляторные батареи и электрохимические генераторы фирмы. В целях обе-спечения работы последних планируется использовать бортовой генератор водорода с метанол-паровым риформером. Принцип действия генератора заключа-ется в следующем: метанол смешивается с водой, испаряется и затем подается в реак-тор. Смесь метанол - вода преобразуется в насыщенную водородом газовую смесь, которая поступает в мембранный блок очистки. Основная часть водорода проходит через мембрану и далее в то-пливный элемент. Схема имеет преимущества перед PEM в части применяемого топлива, обеспечении большей дальности, за счет вспомогательного дизель-генератора и снижением уязвимости береговой инфраструктуры. Однако требует дополнительные системы на борту ПЛ - реформинга и утилизации СО2.

2.3. ЭУ на основе Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)

Solid Oxide Fuel Cell принадлежат группе высокотемпературных топливных элементов. Они работают при температурах до 1000 °C и могут использовать разнообразное топливо: газообразный водород или углеводороды (бензин, дизель, керосин), природный газ. Причем их особенностью является возможность применения топлива с меньшей степенью очистки, в частности по сере, в отличие от низкотемпературных топливных элементов где сера и CO отравляют катализатор. Другое преимущество состоит в том, что SOFC при работе выделяет СО2 при высокой температуре. Что позволяет использоваться для повышения КПД микро газовую турбину, для производства электрической энергии или других вспомогательных нужд. Данные ЭУ разрабатываются различными компаниями, например, Wärtsilä.

Однако подобная система также требует утилизацию СО2.

3. ЭУ на основе аккумуляторной батареи без системы дозарядки в море

В настоящее время одним из конкурентов тепловым двигателям (ЭУ) являются оснащение ПЛ только аккумуляторной батарей большой емкости. Аналогичные конструкции применяются на подводных аппаратах. Теоретически наиболее простой тип энергетической установки, однако современные батареи имеют недостаточную емкость для обеспечения нахождения под водой продолжительное время (более 14 дней) при сравнительно высоком энергопотреблении (более 50 кВт*ч). Традиционная свинцово-кислотная батарея (и др.) не удовлетворяет требованиям для этих целей, однако с появлением альтернативных технологий, таких как батареи Зебры Роллс-ройса или литий-ионный аккумулятор, это стало выполнимо, кроме того, разрабатываются другие типы АБ: серно-натриевые, натриево-серебрянные, натрий-никельхлоридные, литиево-хлорные, литиево-серебрянные, литий-полимерные, никель-металгидридные и др. . Ориентировочная удельная емкость батарей представлена в таблице 1.

Таблица 1. Удельная массовая энергия различных типов аккумуляторных батарей

Тип батареи	Удельная емкость, Вт*ч/кг
Свинцово-кислотная
Никель-кадмиевая
Серебряно-цинковая
Sodium Sulphide(NaS)

Причем удельная энергоемкость батареи зависит от режима разрядки и может отличаться для свинцово-кислотных от 22 Вт*ч/кг при часовом режиме разрядки до 55 Вт*ч/кг при 1000 часовом режиме.

Для питания средств навигационной обстановки созданы батареи, которые имеют длительный период разряда, например, щелочной марганцево-цинковой электрохимической системы, но они имеют малую мощность.

4. ЭУ на основе высокометаллизированного топлива

В основном ведутся только научно-исследовательские работы по данному направлению. Достоинствами данной схемы является: высокая калорийность продуктов, взрыво/пожаробезопасность, возможность совместного или раздельного хранения продуктов без изменения их физико-химических свойств, продукты горения находятся в твердом состоянии, что облегчает систему утилизации. Существуют проекты с различными вариантами топлива и окислителя: Al + О2 ,Mg + CO2, Al + CrO3/S/Fe2O3, Li + CrO3, Li + SF6, причем топливо и окислитель могут находиться как в твердом, так и в жидком / газообразном состоянии . Проекты значительно конструктивно отличаются. Камеры сгорания могут быть: прямоточными, циклонными, слоевыми, барботажными/погружными, поверхностное горение. Преобразование тепловой энергии может производиться в ГТУ ЗЦ, ПТУ ЗЦ, на основе двигателя с внешним подводом тепла.

В работе указывается, что ЭУ на основе безгазового топлива может быть размещена в габаритах отсека существующих ПЛ, причем сравнительные оценки показали превосходство над базовым вариантом дизельной ПЛ. Однако практическое внедрение прошли только малые энергоустановки, например, в Advanced Lightweight Torpedo, данная ЭУ оснащена двигателем с циклом Ренкина и забортной водой в качестве теплоносителя, топливом является металлический литий, окислителем газообразный гексафторид серы.

5. ЭУ на основе «термитных смесей»

В основном разрабатываются малые и сверхмалые ЭУ, часть из которых применяется только для генерации тепла . Данные ЭУ могут оснащаться аккумуляторами тепла, то есть время работы ЭУ значительно превышает время горения термитного заряда. В зарядах используют «окислители второго рода», эти соединения требуют так много тепла для выделения из них кислорода, что смеси их с органическими веществами не способны к горению. Следует отметить, что интерес представляет не общее количество кислорода, содержащееся в окислителе, а то количество его, которое расходуется на окисление горючего. Количество кислорода, отдаваемого используемыми твердыми окислителями, составляет не более 52 % от веса соединения.

Сравнительный анализ производится на основе системы показателей качества и критериев эффективности . Оценка эффективности ЭУ представляет собой многокритериальную задачу с нелинейными целевыми функциями и ограничениями, решаемые методами нелинейного программирования. В целом оценку эффективности внедрения той или иной технологии можно делать только на основе корректных исходных данных. Кроме выбора критериев сравнения, необходимо выбирать весовые характеристики критериев. Причем, кроме характеристик самой ЭУ (энергетические, надежности, экономические, уровни полей, например, интенсивность шумоизлучения, напряженности электромагнитного поля, концентраций отработанных веществ, выделяемых в атмосферу при работ, ремонтопригодность установки . Важно также учитывать стоимость создания и эксплуатации береговой инфраструктуры.

Рецензенты:

Лоскутов А.Б., д.т.н., профессор, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород.

Гущин В.Н., д.т.н., профессор, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород.

Библиографическая ссылка

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.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=10994 (дата обращения: 29.07.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

С появлением новой русской подводной лодки «Лада» в прошлое уйдёт целая эпоха американского «господства на море», Вашингтон фактически потеряет главный инструмент «проецирования силы» на удалённые регионы и рискует окончательно утратить свою глобальную геополитическую роль.

Многие действительно важные новости, имеющие прямое отношение к изменению военно-стратегического баланса сил в Евразии, проходят мимо внимания массового читателя.

Вот одна из таких новостей.

13 октября 2014 года информагентство «РИА Новости» со ссылкой на источник в оборонно-промышленном комплексе РФ сообщило: «В России принято решение о серийном производстве воздухонезависимых энергетических установок (ВНЭУ) для оснащения будущих подводных лодок проекта 677 «Лада». Испытания опытного макета ВНЭУ на стенде завершились успешно. Следующие испытания будут проводиться уже непосредственно на лодке».

Это сообщение прошло практически незамеченным, даже среди военных обозревателей никто не обратил на него особого внимания. А зря! Ибо это решение знаменует собой настоящую революцию в области военного подводного кораблестроения.

Достоинства и недостатки подводных охотников

Сегодня все подводные лодки по типу энергетических установок делятся на два вида: ПЛ с ядерной энергетической установкой (атомным реактором) и дизель-электрические подводные лодки (ДЭПЛ), двигающиеся в надводном положении при помощи дизеля, а в подводном - используя электромоторы, черпающие энергию от аккумуляторных батарей.

Атомные ПЛ обладают целым рядом выдающихся достоинств: практически неограниченным временем пребывания под водой, высокой скоростью подводного хода и большой глубиной погружения, способностью нести огромное количество самого разнообразного вооружения и оборудования.

Но, увы - главное достоинство ядерной энергетической установки, её мощность, является одновременно источником основного недостатка, свойственного подводным атомоходам. Этот недостаток - большая шумность. Наличие на борту АПЛ атомного реактора (а иногда и двух) со всем комплексом сопутствующих механизмов: турбинами, генераторами, насосами, холодильными установками, вентиляторами и т.д. - неизбежно порождает огромное количество разночастотных колебаний и вибраций и требует сложнейших технологий для снижения уровня шумов, являющихся главным демаскирующим фактором любой АПЛ.

Зато дизель-электрическая подлодка под водой практически бесшумна. Электромоторы, питающиеся энергией аккумуляторных батарей, не требуют наличия турбин и другого высокошумного оборудования. Поэтому ДЭПЛ крадётся в океанских глубинах, практически не шумя, подобно опасной хищной рыбе, выслеживающей зазевавшуюся добычу.

Однако рыба эта может находится под водой относительно недолго - всего несколько суток. Притом двигается она в океанской глубине очень медленно, экономя запас энергии, который по сравнению с атомными «акулами» просто ничтожен. А недостаток энергии, в свою очередь, налагает серьёзные ограничения на водоизмещение, вооружение и другие ключевые характеристики ДЭПЛ. По сути, эти лодки не являются полностью «подводными», их можно скорее назвать «ныряющими», так как большую часть времени на маршрутах развёртывания они проводят в надводном положении, да и в районах боевого патрулирования вынуждены регулярно всплывать и включать дизеля для подзарядки аккумуляторных батарей.

Так, например, у новейшей российской ДЭПЛ проекта 636.3 запас подводного хода составляет всего 400 миль. И двигается она под водой в основном экономходом со скоростью 3 узла, то есть 5,4 км/час. Поэтому преследовать свою добычу под водой такая лодка не может. Она вынуждена полагаться на данные разведки, которая должна вывести её в заданную точку на маршруте развёртывания кораблей противника. Отсюда и главный способ боевого использования ДЭПЛ - т.н. «завеса», т.е. развертывание подводных лодок в линию, перпендикулярную курсу вероятного движения цели, на определенных интервалах друг от друга. При этом вся группа участвующих в ней подлодок управляется с внешнего командного пункта, что создаёт дополнительные демаскирующие факторы и снижает боевую устойчивость и эффективность группировки ПЛ. Если учесть к тому же, что глубина эшелонированной противолодочной обороны современной американской авианосной ударной группировки составляет свыше 300 миль (т.е. более 550 км), становится понятным, как непросто нашим ДЭПЛ противостоять такому противнику.

Поэтому неудивительно, что заветной мечтой всех подводников является создание подводной лодки с принципиально новой энергетической установкой, которая позволит совместить в себе достоинства атомных и дизель-электрических подводных лодок: мощность и скрытность, большую автономность подводного плавания и малую шумность…

Сказка стала былью

Так вот: российские подводные лодки 677-го проекта «Лада» с воздухонезависимой энергетической установкой как раз и являются серьёзнейшим прорывом в этом направлении, выводящим подводный флот России на принципиально новые рубежи.

«Лады» невелики, их водоизмещение почти в два раза меньше, чем у знаменитой «Варшавянки». Зато комплекс её вооружений очень серьёзен и непривычно велик. Помимо традиционного минно-торпедного вооружения ДЭПЛ (6 торпедных аппаратов 533-мм, 18 торпед или мин), 667-й проект - первая в мире неатомная подводная лодка, оснащённая специализированными пусковыми установками для крылатых ракет (10 вертикальных ПУ в средней части корпуса). Причём эти КР могут быть как оперативно-тактическими, ударно-противокорабельными, так и ракетами большой дальности, предназначенными для поражения стратегических целей в глубине территории противника (о них см. подробнее в статье «Ракетный сюрприз Путина»).

Но самой важной особенностью новых русских ПЛ является ВНЭУ, воздухо-независимая энергетическая установка. Не вдаваясь в детали, интересные специалистам, отметим, что наличие ВНЭУ позволит «Ладам» находиться в подводном положении до 25 суток, то есть почти в 10 раз дольше, чем их знаменитым «старшим сёстрам» - «Варшавянкам» проекта 636.3! При этом шумность у «Лады» будет даже меньше, чем у знаменитой варшавянской «чёрной дыры», которую американцы прозвали так из-за того, что её практически невозможно обнаружить.
Страны НАТО давно уже пытаются оснастить свои подводные лодки такими ВНЭУ. «Законодателями» мод в этой области выступают Германия и Швеция. Германские корабелы ещё с конца 90-х годов строят малые ПЛ проекта 212\214, оснащенные гибридной энергетической установкой.

Оснащение лодки такой анаэробной установкой позволило немцам увеличить время нахождения ее в подводном положении до 20 суток. И сейчас германские «малютки» с ВНЭУ различных модификаций находятся на вооружении Германии, Италии, Португалии, Турции, Израиля, Кореи и еще нескольких стран.

Шведский концерн Kockums Submarin Systems, в свою очередь, в конце прошлого века начал строительство подлодок класса Gotland с ВНЭУ на основе т.н «двигателя Стирлинга». При его использовании эти лодки также могут находиться под водой без подзарядки аккумуляторных батарей до 20 суток. И сейчас ПЛ с двигателями Стирлинга есть не только в странах Скандинавии, но и в Австралии, Японии, Сингапуре и Таиланде.

Но ни немецкие, ни шведские ПЛ, являющиеся малыми, по сути прибрежными лодками, не идут ни в какое сравнение с русскими «Ладами» - ни по своим тактико-техническим характеристиками, ни по разнообразию и мощности вооружения. Наши ПЛ 667-го проекта во всех отношениях являются в этом классе уникальными по своему качеству кораблями нового поколения!
ЦКБ «Рубин» — главный разработчик подводных лодок в России, спроектировал «Ладу» так, что она способна наносить залповые торпедно- ракетные удары по морским и стационарным наземным целям как из торпедных аппаратов, так и из специализированных вертикальных ракетных шахт. За счет уникального гидроакустического комплекса наша лодка имеет существенно увеличенную дистанцию обнаружения целей. Она может погружаться на 300 м, имеет скорость полного подводного хода до 21 узла, автономность — 45 суток. Для снижения шумности лодки применены виброизоляторы, всережимный гребной электродвигатель на постоянных магнитах. Корпус лодки покрыт материалом «Молния», поглощающим сигналы гидролокаторов.

О ВНЭУ нашей лодки известно пока немного. Так же как и у немцев, в ее основе будет электрохимический генератор. Но она будет принципиально отличаться тем, что водород, необходимый для работы ВНЭУ, будет получаться прямо на борту с помощью переработки имеющегося дизельного топлива. Поэтому российская ВНЭУ будет значительно экономичнее немецкого аналога, что позволит увеличить время её непрерывного нахождения лодки под водой до 25 суток. Одновременно и стоить «Лада» будет существенно меньше, чем немецкие лодки проекта 212\214.

До 2020 года российский же флот рассчитывает получить 14 единиц таких новых неатомных подводных лодок 4-го поколения.

Сокрушители балансов

Чтобы читатель понял, насколько существенно новые русские ПЛ с ВНЭУ смогут изменить баланс сил между Россией и США, приведу лишь один пример. «Четыре-шесть таких подлодок, - говорил ещё в конце 2010 года в интервью «РИА Новости» вице-адмирал Виктор Патрушев - могут полностью перекрыть такие закрытые или полузакрытые акватории, как Черное, Балтийское и Каспийское моря. Их преимущества очевидны любому военно-морскому специалисту».

От себя добавлю, что развёртывание в составе Российского ВМФ дополнительно двух-трёх соединений «Лад» способно принципиально изменить соотношение сил не только на Балтике, Каспии и Чёрном море, но и на Севере, и в Средиземноморье, в Атлантике и Индийском океане. На Севере, в Баренцевом море такие лодки способны гарантированно прикрыть маршруты развёртывания российских подводных стратегических ракетоносцев от любых посягательств противолодочных сил США и стран НАТО, что существенно повысит боевую устойчивость морской компоненты наших стратегических ядерных сил.

Сейчас наши ракетоносцы несут боевую службу по большей части под льдами Арктики, где они практически недоступны для вражеского воздействия. Американцы могут засечь, отследить и поразить наш подводный крейсер лишь на этапе его перехода в район боевого патрулирования. А «Лады» 667-го проекта идеально приспособлены для противодействия американским АПЛ, следящим за нашими «стратегами», так как слышат их на дистанциях гораздо больших, чем американцы способны услышать «Ладу». В таких условиях поражение вражеской субмарины - то ли «Ладой» самостоятельно, то ли с помощью наведения на неё сил противолодочной авиации и надводных кораблей - становится делом техники.

Что касается Средиземного моря, Атлантики и Индийского океана, то наличие в их водах в достаточном количестве подводных лодок, подобных «Ладе», практически обнуляет там американскую военно-морскую мощь, ядром которой являются авианосные ударные группировки (АУГ). Ещё в советские времена «дизелюхи» проекта 641Б умудрялись прорывать противолодочную оборону авианосцев и, бывало, всплывали прямо под носом у обалдевших американских адмиралов. И лишь малый запас подводного хода, отсутствие дальнобойного ракетного вооружения да невозможность оставаться в подводном положении больше 3-х суток давали американцем шанс в этом противостоянии с советскими подводниками.

Сегодня, при условии, что «Лада» будет действительно способна оставаться под водой до 25 дней, её боекомплект включит в себя мощный противокорабельный ракетный комплекс, подобный «Калибру», а разведка и наведение ПЛ на АУГ будет осуществляться с использованием эшелонированной разведки, включающей космическую группировку, такого шанса у хвалёных штатовских авианосцев уже не будет! А это значит, что в прошлое уйдёт целая эпоха американского «господства на море», Вашингтон фактически потеряет свой главный инструмент «проецирования силы» на удалённые регионы и окончательно утратит свою глобальную геополитическую роль.

самая большая дизельная силовая установка компании «Hyundai Heavy Industries» мощностью 108900 л. с.

ТЕПЛОХОДЫ

История теплохода насчитывает шесть десятилетий, но суда с двигателями внутреннего сгорания уже прочно занимают ведущее место в . Это объясняется, прежде всего, высокой экономичностью и возможностью постройки двигателей различных мощностей от 100 до 30000 л. с.

Родиной теплохода является Россия. В 1896 году свой двигатель внутреннего сгорания запатентовал немецкий инженер Рудольф Дизель, а в 1904 году по предложению русского ученого-кораблестроителя К. П. Боклевского двигатель внутреннего сгорания Дизеля, был установлен на судне «Вандал », построенном в 1903 году. Первый теплоход «Вандал » был одновременно и дизель-электроходом. Электрическую передачу использовали для устранения трудностей реверсирования, так как первые судовые дизельные силовые установки имели вращение в одну сторону и их нельзя было переключить с переднего хода на задний. В 1907 году русский инженер Р. А. Корейво изобрел пневматическую муфту, которая облегчила реверсирование двигателя. Впоследствии муфта получила распространение во всем мире. Дизельные силовые установки сразу заняли ведущие позиции в судостроении. Уже в 1914 году их мощности достигли 2500 л. с.

В 60-х годах одновременно с появлением винтов регулируемого шага в качестве главного двигателя стали применять не реверсивные дизельные силовые установки изначально на небольших судах, траулерах и буксирах, а затем и на больших коммерческих кораблях. За счет этого конструкция двигателей совершенствовалась и упрощалась.

ДИЗЕЛЬНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ИЛИ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Дизельная силовая установка состоит из одного или нескольких основных двигателей, а также из обслуживающих их механизмов. В зависимости от способа осуществления рабочего цикла двигатели внутреннего сгорания разделяют на четырехтактные и двухтактные. Дополнительное увеличение мощности достигается с помощью наддува. Существует другой принцип разделения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) - по частоте вращения. Малооборотные дизели с частотой вращения 100-150 оборотов в минуту непосредственно приводят в движение судовой движитель. Среднеоборотными называют ДВС с частотой вращения 300-600 оборотов в минуту. Они приводят в движение судовой через редуктор.

Кроме главного двигателя предусмотрены еще два вспомогательных, которые приводят во вращение генераторы. Для обслуживания главного и вспомогательных двигателей используются вспомогательные механизмы и системы, а также система трубопроводов и клапанов. Топливная система предназначена для подачи топлива из цистерн к двигателю. При этом для уменьшения вязкости топливо подогревается и очищается в сепараторах и фильтрах от различных примесей. Система смазки служит для прокачивания смазочного масла через двигатель с целью уменьшения трения между трущимися поверхностями, а также для отвода части полученного от двигателя тепла и очистки масла. Система охлаждения предусмотрена для отвода от двигателя тепла, которое проникает в основном через стенки цилиндра и возникает во время сжигания топлива, а также для охлаждения циркулирующего смазочного масла. Эта система состоит из насосов для пресной и морской воды, охладителей воды и масла.

дизельная силовая установка

Принцип действия четырехтактного двигателя внутреннего сгорания показан на рисунке 5. В четырехтактном двигателе рабочий цикл осуществляется за два поворота коленчатого вала, т. е. за четыре хода поршня. Механическая работа совершается только за время одного такта, три остальных служат для подготовки. При первом такте поршень движется в направлении коленчатого вала. Под воздействием возникающего при этом разрежения воздух через открытый всасывающий клапан устремляется в цилиндр. В дизельной силовой установке без наддува давление всасываемого воздуха равно атмосферному, в дизельной силовой установке с наддувом к цилиндру подводится уже предварительно сжатый воздух. Во время второго такта при закрытых всасывающих клапанах предварительно поступивший воздух перед поршнем подвергается сжатию, за счет чего повышаются температура и давление. Топливоподкачивающий насос, привод которого согласован с движением соответствующего поршня, повышает давление топлива. При достижении необходимого давления топливо через форсунку впрыскивается в цилиндр.

Топливо впрыскивается незадолго до того момента, когда поршень достигнет верхнего положения. Впрыснутое и тщательно распыленное топливо в сжатом воздухе нагревается, испаряется и вместе с воздухом образует горячую самовоспламеняющуюся смесь. Третий такт является рабочим. Во время процесса сгорания топлива образуются горячие газы, которые вызывают увеличение давления над поршнем. Под давлением силы, возникающей за счет давления газов, поршень движется вниз, газы расширяются и производят при этом механическую работу. Во время четвертого такта открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выходят наружу. Четырехтактные судовые дизельные установки изготовляются как многоцилиндровые двигатели. Они устроены так, что рабочие такты равномерно распределяются по отдельным цилиндрам.

Под наддувом дизельного двигателя понимают подачу к цилиндрам большего количества воздуха, который требуется для заполнения всего цилиндра при такте всасывания. Цель наддува заключается в том, чтобы способствовать сжиганию наибольшего количества топлива за один рабочий цикл. Это означает повышение мощности двигателя без увеличения его размеров, а также частоты вращения. Наддув можно осуществлять за счет предварительного сжатия воздуха перед цилиндром. Во всех выпускаемых четырехтактных судовых дизельных силовых установках предварительное сжатие воздуха происходит с помощью центробежного компрессора, который приводится в действие газовой турбиной, работающей на отработавших газах дизеля.

Четырехтактные дизели применяют на судах либо в составе дизель-генераторных установок, либо в качестве главного двигателя в многовальных силовых установках (по одному ДВС на один движитель) и, соответственно, в многодвигательных установках для одного движителя. Применение среднеоборотных дизельных силовых установок в качестве главного двигателя имеет следующие преимущества:

Повышение надежности (при выходе из строя одного двигателя остальные продолжают работать);
- уменьшение габаритов и собственной массы деталей (клапанов, поршней, кривошипных механизмов, подшипников и т. д.);
- снижение удельной массы, которая в зависимости от мощности составляет от 14 до 35 кг/кВт (для мощностей около 2200 кВт).
Современные дизельные силовые установки отличаются высокой экономичностью и надежностью, они не требуют капитального ремонта до 50000 часов.

ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРОХОДЫ

Первым дизель-электроходом был, как уже упоминалось выше, русский теплоход «Вандал », но дизель-электроходы не получили большого распространения. Потери при двойном превращении энергии (механической в электрическую, а затем электрической вновь в механическую) довольно велики и составляют 15 процентов. Но вместе с тем для некоторых электродвигатель является единственно приемлемым. Это суда с частой сменой режимов нагрузки гребной установки, корабли, требующие повышенных маневровых качеств, длительное время работающие с пониженной мощностью. Такими судами являются ледоколы, китобойные суда, и некоторые другие.

ГАЗОТУРБОХОДЫ

Характерные черты газотурбинной установки - небольшой вес и малые габариты, простота обслуживания и безотказность в работе. Газотурбинные установки состоят из генератора газа и турбины.

Применить газовые турбины на судах впервые предложил русский офицер Назаров. В 1892 году Кузьминский создал газотурбинную установку. В СССР в 1961 году был построен газотурбоход «Павлин Виноградов ». Его силовая установка состояла из четырех свободно-поршневых генераторов газа, вырабатывающих рабочий газ для турбины мощностью 3800 л. с., водоизмещение судна составляло 9080 тонн, скорость хода - 15,6 узла.

В современных газовых турбинах максимальный коэффициент полезного действия составляет около 29 процентов.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК

На сегодняшний день победа, как будто бы, осталась за дизелями. Во всяком случае, свыше 50% существующего мирового тоннажа - теплоходы. Но сейчас бурными темпами растет число спущенных на воду судов-гигантов, и т. д. Для сообщения этим «судам гигантам» заданной скорости нужны мощности, которые не всегда могут быть достигнуты двигателями внутреннего сгорания.

Для поршневой паровой машины был найден эквивалент в виде дизельной установки, в которой сгорание осуществляется непосредственно в рабочем цилиндре и для которого уже не нужен специальный паровой котел. Специалисты, работающие в области турбостроения, также сумели найти эквивалент паровой турбине, которая могла бы успешно функционировать без отдельного парового котла. Такой двигатель - газовая турбина - сочетает в себе достоинства дизельной силовой установки и паровой турбины: не нуждается в паровых котлах, а как турбина - не содержит элементов, совершающих возвратно-поступательного движения (поршней, штоков и т. д.).

В простейшем варианте газовая турбина - это своего рода «турбина внутреннего сгорания», в которой воздух засасывается из атмосферы посредством компрессора, сжимается давлением несколько атмосфер, и направляется в камеру сгорания, где сжигается соляровое масло, «флотский» мазут или другие виды дешевого топлива. Образующиеся при сгорании газы, нагретые до температуры 600 - 800° по Цельсию, вращают диски турбины. Отработавшие продукты сгорания топлива или удаляются в атмосферу, либо используются для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания.

Газовая турбина относится к числу весьма перспективных энергетических установок, обладающих большой мощностью при малом весе. Недостаток ее, как и паровой турбины - это практическая невозможность ее реверсирования, вследствие чего на судне приходится предусматривать отдельную турбину заднего хода. Впрочем, с появлением винтов регулируемого шага и вспомогательных винтов, расположенных в носовой части судна проблема реверса и маневров заметно упростилась, так как при определенном положении лопастей винта турбина переднего хода может сообщать судну движение назад. Более серьезным недостатком газовой турбины является ее низкий КПД, порядка 30 процентов, и сравнительно большой расход топлива. Но все же есть все основания предполагать, что по мере создания более экономичных газотурбинных установок они найдут самое широкое распространение.

Принцип действия газотурбинного нагнетателя показан на рисунке 6. Принцип действия газотурбинной силовой установки показан на рисунке 7.

принцип действия газотурбинного нагнетателя

принцип действия газовой турбины

Газотурбинные двигатели устанавливают в основном на кораблях военно-морского флота. На коммерческих судах они не оправдали себя - на сегодняшний день газовые турбины применяются только на небольшом количестве судов. Причинами понизившегося интереса к этому виду двигателей являются малый КПД, довольно большой расход топлива и высокая рабочая температура, требующая применения высокопрочных и дорогих материалов. К преимуществам газотурбинного двигателя относятся малые габаритные размеры по сравнению с достигаемой мощностью и небольшая собственная масса. Газовые турбины можно также использовать в качестве главных и вспомогательных двигателей на или .

ротор турбины

АТОМОХОДЫ

Успехи современной науки в использовании атомной энергии позволили применить на флоте новый вид топлива - ядерное. В 1956 году в СССР был спущен на воду первый атомоход «Ленин». Выбор ледокола для установки на нем ядерного реактора был не случаен. этого типа могут брать топлива не более чем на 40 суток плавания, ядерное горючее позволяет атомоходу трудиться во льдах Арктики без пополнения запасов топлива более года.

Но первыми, и пожалуй, единственными коммерческими судами с ядерной энергетической установкой стали грузопассажирские суда «Savannah » построенное в 1964 году, «Otto Hahn » - 1968 году, «Mutsu Japan » - 1970 году и - 1988 году.

судно с атомной энергетической установкой «Savannah»

«Savannah » - грузопассажирский атомоход , построенный на верфи «New York Shipbuilding », США. Стоимость судна составила 46,9 миллионов долларов, из них 28,3 миллиона составила стоимость реактора. Строительство финансировало правительство США, как проект для демонстрации возможностей ядерной энергетики. Судно было спущено на воду 21 июля 1959 года и служило с 1962 по 1972 годы.

Технические характеристики грузопассажирского судна «Savannah»:
Длина - 181,6 м;
Ширина - 23,7 м;
Водоизмещение - 13599 тонн;
Силовая установка - 1 атомный реактор;
Мощность - 20300 л.с.;
Скорость - 24 узла;

Экипаж 124 человека;
Количество пассажиров - 60 человек;
Грузовместимость - 8500 тонн;

судно с атомной энергетической установкой «Otto Hahn»

Проектирование торгового и исследовательского судна для выяснения целесообразности использования атомной энергии в гражданском флоте началось и в Германии. Судно «Otto Hahn » было заложено в 1963 году компанией «Howaldtswerke-Deutsche Werft » в городе Киль. Спуск на воду состоялся в 1964 году. Судно было названо в честь Отто Гана, выдающегося немецкого радиохимика, нобелевского лауреата, открывшего ядерную изомерию и расщепление урана. В 1968 году был запущен атомный реактор судна и начались ходовые испытания. В октябре того же года «Otto Hahn » было сертифицировано как .

Технические характеристики грузопассажирские суда «Otto Hahn»:
Длина - 172,0 м;
Ширина - 23,4 м;
Водоизмещение - 25790 тонн;
Силовая установка - 1 атомный реактор, мощностью 38 МВт;
Скорость - 29 узлов;
Автономность плавания - 300000 миль;
Экипаж - 63 человека;
Количество пассажиров - 35 человек;
Грузовместимость - 14040 тонн;

К неоспоримым преимуществам относятся очень низкий расход топлива и практически неограниченная дальность плавания. Например, судно «Otto Hahn » за три года не израсходовало даже 20 кг урана, в то время как расход топлива обычной паротурбинной энергетической установкой на судне таких размеров составил 40000 тонн. Несмотря на эти преимущества, атомные энергетические установки широко применяются только на боевых кораблях. Особенно выгодно их использовать на крупных подводных лодках, которые долгое время могут находиться под водой, так как для получения тепловой энергии в реакторе воздуха не требуется.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

К энергетической установке судна с атомным двигателем относятся реактор, парогенератор и турбинная установка, приводящая в движение судовой движитель. Реактор - это установка для получения ядерных цепных реакций, во время которых возникает энергия, преобразуемая далее в механическую. Принцип действия ядерного реактора показан на рисунке 8.

принцип действия ядерного реактора

Известно, что энергия, выделяемая при использовании 1 кг урана, примерно равна энергии, получаемой при сгорании 1500 тонн мазута. Сердцем ядерной установки является реактор: в нем осуществляется управляемая ядерная реакция, в результате которой образуется тепло, отводимое с помощью теплоносителя - воды. Радиоактивная вода-теплоноситель перекачивается в парогенератор, где за счет ее тепла происходит образование пара из не радиоактивной воды. Пар направляется на диски турбин, которые приводят во вращение турбогенераторы, работающие на гребные электродвигатели, а последние вращают гребные винты. Отработавший пар направляется в конденсатор, где он снова превращается в воду и нагнетается в парогенератор. Принцип действия атомной энергетической установки показан на рисунке 9.

схема атомной энергетической установки с реактором, охлаждаемым водой под давлением

Большое внимание уделяется безопасности эксплуатации ядерной установки, так как находящиеся на судне люди в какой-то мере подвержены опасности радиоактивного облучения, поэтому ядерный реактор изолирован от окружающей среды защитным экраном, не пропускающим вредные радиоактивные лучи. Обычно применяются двойные экраны. Первичный экран окружает реактор и изготовляется из свинцовых пластин с полиэтиленовым покрытием и из бетона. Вторичный экран окружает парогенератор и заключает внутри себя весь первый контур высокого давления. Этот экран в основном изготовляют из бетона толщиной от 500 мм до 1095 мм, а также из свинцовых пластин толщиной 200 мал и полиэтилена толщиной 100 мм. Оба экрана требуют много места и имеют очень большую массу. Наличие таких экранов является большим недостатком атомных энергетических установок. Расположение атомной энергетической установки на судна показано на рисунке 10. Другим, еще более существенным недостатком, является, несмотря на все защитные меры, опасность заражения окружающей среды как во время нормального функционирования энергетической установки вследствие отходов использованного топлива, выпуска трюмной воды из реакторного отсека и т. д., так и во время случайных аварий судна и атомной энергетической установки .

ядерная энергетическая установка на судне

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

принцип действия двигателя Стерлинга

Еще до второй мировой войны кораблестроителями предпринимались попытки создать для подводных лодок некую альтернативу дизель-электрической энергетической установке - так называемый единый двигатель для надводного и подводного хода. По разным причинам в то время все эти попытки не вышли из стадии экспериментов, но уже в 1960-х годах к ним снова вернулись. Это было вызвано сразу несколькими причинами. Во-первых, Балтийское море объявлено безъядерной зоной, что подразумевает отсутствие у прибалтийских стран кораблей с ядерными силовыми установками. Во-вторых, по политическим мотивам такие не могут находиться на вооружении Германия и Япония. В-третьих, строительство и эксплуатационное обслуживание атомных подводных лодок для многих стран не по карману. Наиболее продуктивно над созданием единого не ядерного двигателя работали в Швеции, Нидерландах, Великобритании и Германии.

Но вместе с тем для некоторых типов судов электродвигатель является единственно приемлемым. Это суда с частой сменой режимов нагрузки гребной установки, корабли, требующие повышенных маневровых качеств, длительное время работающие с пониженной мощностью. Такими судами являются ледоколы, буксиры, паромы, китобойные суда, драгеры и некоторые другие.

Двигатель Стерлинга представляет собой тепловой поршневой двигатель с внешним подводом теплоты, в замкнутом объеме которого циркулирует постоянное рабочее тепло (газ), нагреваемое от внешнего источника тепла и совершающее полезную работу за счет своего расширения. Принцип действия двигателя Стерлинга показан на рисунке 11.

В отличие от двигателя внутреннего сгорания двигатель Стерлинга имеет в цилиндре две переменные по объему полости - горячую и холодную. Рабочее тело сжимается в холодной полости и поступает в горячую, затем после нагрева газ движется в обратном направлении и поступает в холодную полость, где, расширяясь, производит полезную работу. Такое двустороннее движение газа обеспечивается наличием двух поршней в каждом цилиндре: поршня-вытеснителя, регулирующего перетекание газа, и рабочего поршня, совершающего полезную работу. Объем горячей полости и верхней части цилиндра регулируется поршнем-вытеснителем, а объем холодной полости, находящейся между обоими поршнями, - их совместным перемещением. Оба поршня связаны механически и совершают согласованное движение, обеспечиваемое специальным механизмом, одновременно заменяющим кривошипно-шатунный механизм.

При работе двигателя можно выделить четыре основных последовательных положения поршней, определяющих рабочий цикл двигателя:
а) - рабочий поршень в крайнем нижнем положении, поршень-вытеснитель - в крайнем верхнем. При этом большая часть газа находится между ними в холодном пространстве (охлаждение);
б) - поршень-вытеснитель находится в верхнем положении, а рабочий поршень движется вверх, сжимая холодный газ (сжатие);
в) - поршень-вытеснитель движется вниз, приближаясь к рабочему поршню и вытесняя газ в горячую полость (нагревание);
г) - горячий газ расширяется, совершая полезную работу воздействием на рабочий поршень (расширение). На пути газа устанавливается регенератор, который отбирает часть тепла при движении через него горячего газа и отдает его при его движении после охлаждения и сжатия в обратную сторону.

Наличие регенератора теоретически позволяет довести КПД двигателя Стерлинга до 70 процентов. Регулирование мощности двигателя достигается изменением количества газа. В качестве рабочего тепла применяются газы с высокими теплотехническими свойствами (водород, гелий, воздух и пр.).

Двигатели Стирлинга обладают следующими уникальными особенностями:
- возможностью применения любого источника тепла (жидкого, твердого, газообразного и ядерного топлива, солнечной энергии и т. д.);
- работой в большом диапазоне температур при малом перепаде давления сжатия и расширения;
- регулированием мощности путем изменения количества рабочего тепла в цикле при неизменных высшей и низшей температурах газа;

Эти особенности обеспечивают двигателю Стерлинга перед другими установками следующие преимущества, как многотопливность и малая токсичность продуктов сгорания топлива; малошумность и хорошая уравновешенность; высокий КПД на режимах малых мощностей. Благодаря этим достоинствам на двигатель и обратили внимание шведские подводники, воплотив идею в реальность на современной подводной лодке типа «Gotland ». Но если по своему КПД двигатели Стирлинга соответствуют современным дизелям, то уступают им по мощности. Поэтому они могут использоваться на подводных лодках только как дополнительные двигатели к классической дизель-электрической силовой установке.

АНАЭРОБНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

Но самым перспективным оказалось направление, связанное с превращением химической энергии непосредственно в электрическую, без процесса горения или механического движения, иными словами с выработкой электрической энергии бесшумным способом. Речь идет об электрохимических генераторах. На практике такой способ нашел применение на современной германской . Компоновка анаэробной энергетической установки показана на рисунке 12.

анаэробная энергетическая установка на подводной лодке U-212

Электромеханический генератор создан на базе топливныхэлементов. По сути это аккумуляторная батарея с постоянной подзарядкой. Физика его работы базируется на процессе, обратном электролизу воды, когда при соединении водорода с кислородом выделяется электроэнергия. При этом энергетическое превращение происходит бесшумно, а единственным побочным продуктом реакции является дистиллированная вода, которой достаточно легко найти применение на подводной лодке.

По критериям эффективности и безопасности водород хранится в связанном состоянии в форме металлогидрида (сплав металла в соединении с водородом), а кислород - в сжиженном виде в специальных емкостях между легким и прочным корпусами субмарины. Между водородным и кислородным катодами находятся полимерные электролитные мембраны протонного обмена, выполняющие функцию электролита.

Мощность одного элемента достигает 34 кВт, а КПД энергетической установки составляет до 70 процентов. Несмотря на очевидные преимущества разработанной установки на топливных элементах, она не обеспечивает требуемые оперативно-тактические характеристики подводной лодки океанского класса, прежде всего в части, касающейся выполнения скоростных маневров при преследовании цели или уклонении от торпедной атаки противника. Поэтому подводные лодки проекта 212 оснащены комбинированной двигательной установкой, в которой для движения на высоких скоростях под водой используются аккумуляторные батареи или топливные элементы, а для плавания в надводном положении - традиционный дизель-генератор, в состав которого входит 16-цилиндровый V-образный дизель и синхронный генератор переменного тока. Дизель генераторы используются также для подзарядки аккумуляторных батарей - традиционного элемента неядерных подводных лодок. Электрохимический генератор, состоящий из девяти модулей топливных элементов, имеет суммарную мощность 400 л. с. и обеспечивает движение подлодки в подводном положении со скоростью 3 узла в течение 20 суток с показателями шумности ниже уровня естественных шумов моря.

КОМБИНИРОВАННЫЕ СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ

В последнее время стали популярны комбинированные силовые установки. Первоначально комбинированные энергетические установки породили желание обеспечить военным кораблям одновременно высокую скорость для боя большую дальность плавания для действий в удаленных районах Мирового океана. В частности, та на германских крейсерах времен второй мировой войны появилась комбинация котлотурбинной и дизельной энергетических установок. В 1960-е годы на кораблях появились газовые турбины, которые по своей экономичности и особенностям эксплуатации могли использоваться только кратковременно и на больших оборотах. Для компенсации этого недостатка их стали комбинировать с котлотурбинной (COSAG) или дизельной (CODAG) энергетической установкой. Несколько позже появились та называемые маршевые газовые турбин, к которым требовались форсажные турбины (COGAG). Только появление всережимных газовых турбин позволили перейти к однородной газотурбинной энергетической установке.

возможные комбинации энергетических установок

Бывают даже уникальные комбинации энергетических установок CODEAG (дизель-газотурбинная с полным электродвижением), которая встречается на фрегате «Duke » Королевских ВМС Великобритании. При его создании конструкторы исходили из необходимости обеспечить сверхнизкий уровень шумности на малых ходах при использовании буксируемой антенны гидроакустической системы, а также быстрый переход от малой скорости хода к высокой. Установка включает в себя две газовые турбины суммарной мощностью 31000 л. с., два гребных электродвигателя постоянного тока мощностью по 2000 л. с., встроенных в линии гребных валов и работающих от четырех дизель-генераторов суммарной мощностью 8100 л. с. Такая главная энергетическая установка работает в четырех режимах: малой скорости с минимальным уровнем шумности при отключенных главных редукторах; высокой скорости хода при работе газовых турбин на винты через редукторы совместно с гребными электродвигателями; промежуточной скорости при работе одной газовой турбины на один винт и одного гребного электродвигателя на другой винт при отключенном редукторе; маневрирование при использовании только дизелей. Винты работают на задний ход только от гребных электродвигателей.

основные названия комбинированных силовых установок:

COSAG - Combined Steam and Gas turbines (паротурбинная и газотурбинная). Установки работают совместно.
CODAG - Combined Disel and Gas turbines (дизель и газотурбинная). Установки работают совместно.
CODOG - Combined Disel or Gas turbines (дизель или газотурбинная). Установки работают раздельно. На большом ходу дизельная часть отключается.
COGAG - Combined Gas turbines and Gas turbines (газовая турбина и газовая турбина). Маршевая и форсажная турбины на полном ходу работают вместе.
COGOG - Combined Gas turbines or Gas turbines (газовая турбина или газовая турбина). Маршевая турбина работает до полного хода, а на полных ходах работает только форсажная.

Таковы типы силовых установок, существующие на кораблях и судах прошлых и наших дней. Часть из них доживает свои последние годы, часть ограничила сферу своего распространения главным образом прогулочными и спортивными судами, некоторые достигли своей зрелости, некоторые еще не вышли из младенческого возраста, но все они выполняют одну и ту же функцию - дают возможность судну двигаться, преодолевая водные преграды.

Afrikaans Albanian Arabic Armenian Azerbaijani Basque Belarusian Bulgarian Catalan Chinese (Simplified) Chinese (Traditional) Croatian Czech Danish Detect language Dutch English Estonian Filipino Finnish French Galician Georgian German Greek Haitian Creole Hebrew Hindi Hungarian Icelandic Indonesian Irish Italian Japanese Korean Latin Latvian Lithuanian Macedonian Malay Maltese Norwegian Persian Polish Portuguese Romanian Russian Serbian Slovak Slovenian Spanish Swahili Swedish Thai Turkish Ukrainian Urdu Vietnamese Welsh Yiddish ⇄ Afrikaans Albanian Arabic Armenian Azerbaijani Basque Belarusian Bulgarian Catalan Chinese (Simplified) Chinese (Traditional) Croatian Czech Danish Dutch English Estonian Filipino Finnish French Galician Georgian German Greek Haitian Creole Hebrew Hindi Hungarian Icelandic Indonesian Irish Italian Japanese Korean Latin Latvian Lithuanian Macedonian Malay Maltese Norwegian Persian Polish Portuguese Romanian Russian Serbian Slovak Slovenian Spanish Swahili Swedish Thai Turkish Ukrainian Urdu Vietnamese Welsh Yiddish

English (auto-detected) » Russian

», Федеральное государственное унитарное предприятие (ФГУП) «Крыловский научный центр» сообщило о том, что создание первой субмарины с анаэробной, то есть воздухонезависимой, энергетической установкой (ВНЭУ) приведет к значительному технологическому прорыву в кораблестроении.

Научно-технический задел по воздухонезависимым установкам создан. Проработана установка с паровым реформингом с электрохимическим генератором на твердотелых элементах. Создан ее промышленный образец. Из принципиальных технологий в ней реализовано получение из дизельного топлива водорода, создание электрохимического генератора, извлекающего из водорода электрический ток и удаление отходов жизнедеятельности первого цикла. То есть получающегося в ходе реакции СО2. Эта проблема еще дорабатывается, но при должном финансировании будет решена.

- заявил исполнительный директор указанного предприятия Михаил Загородников.

В первую очередь, ВНЭУ избавляет корабль от необходимости всплывать на поверхность для подзарядки аккумуляторов и пополнения запаса воздуха, необходимого для работы дизель-генераторов в подводном положении.

Как указывается, в настоящее время в наибольшей мере в деле разработки ВНЭУ продвинулись немцы, создавшие . В 2014 году о своих успехах в этом направлении сообщила французская DCNS, оснастившая рассматриваемой установкой субмарину типа «Scorpene». Проектом более крупной субмарины компании, востребованным ВМС Австралии, является «SMX Ocean» (он же «Shortfin Barracuda»). В Индии ВНЭУ разрабатывается применительно к лодкам типа Kalvari (на базе Scorpene).

В отличие от указанного зарубежного опыта российская ВНЭУ подразумевает совершенно иной метод функционирования: водород не перевозится на борту, а получается непосредственно в установке с помощью реформинга дизельного топлива.

Эксперт в области военно-морских вооружений Владимир Щербаков полагает, что субмарины с ВНЭУ позволяют успешно действовать в акваториях, плотно контролируемых неприятелем.

Возможность не подвсплывать важна там, где активно действуют противолодочные силы противника. Достаточно вспомнить, какой легкой добычей для немцев были наши лодки на Балтике во время Великой Отечественной. Аналогичная ситуация сложилась и для немецких подводников в Северной Атлантике к концу войны.

По его мнению, лодки данного типа имеют высокий экспортный потенциал, в особенности в странах, не обладающих атомным подводным флотом. Для России, как он считает, на данном этапе достаточно ограничиться парой лодок проекта «Лада» для отработки технологий и подготовки специалистов.

С защитой баз и побережья от вражеских атомных лодок сейчас вполне справляются и хорошо освоенные серийные «Варшавянки».

На текущий момент «Адмиралтейские верфи» в Санкт-Петербурге строят : «Кронштадт» и «Великие Луки». Головная субмарина этого проекта - «Санкт-Петербург» - проходит опытную эксплуатацию на Северном флоте. Анаэробной энергетической установки на ней пока нет.