Driftsprincipperne og ubådens struktur betragtes sammen, da de er tæt beslægtede. Det definerende princip er princippet om dykning. Derfor er de vigtigste krav til ubåde:
At sikre styrke er den sværeste opgave, og derfor lægges hovedvægten på det. I tilfælde af et dobbeltskrogsdesign overtages vandtrykket (overdreven 1 kgf/cm² for hver 10 m dybde) af et stærkt skrog , der er optimalt formet til at modstå tryk. Gennemstrømningen leveres af en let krop . I en række tilfælde har trykskroget med et enkeltskrogsdesign en form, der samtidig opfylder både betingelserne for trykmodstand og betingelserne for strømlining. For eksempel havde skroget af ubåden Drzewiecki , eller den britiske dværg-ubåd X-Craft , denne form .
Den indeholder alle de vigtigste systemer og enheder , og ofte belastninger, er grundlaget for resten af ubådsdesignerne. For at sikre overlevelsesevnen er den opdelt i rum af vandtætte skotter.
Hvis det var solidt, døvt, af en simpel geometrisk form, ville dette være nok til at sikre styrke, men i praksis er alt anderledes: i en ubåd er der brug for mandehuller, skakter, skaktlinjer, ventiler og så videre - der er en mange steder, hvor ensartetheden af skroget er krænket. Hver af dem er en stresskoncentrator , det vil sige et svagt punkt. Det er her belastningsfejlen begynder. Det betyder, at der er behov for forstærkninger på sådanne steder - yderligere elementer i sættet , fortykkelse af huden . [en]
Den vigtigste taktiske egenskab ved en ubåd afhænger af, hvor stærkt skroget er, hvilket vandtryk det kan modstå - nedsænkningsdybden . Dybden bestemmer bådens stealth og usårlighed, jo større nedsænkningsdybden er, jo sværere er det at opdage båden og jo sværere er det at ramme den. De vigtigste er arbejdsdybden - den maksimale dybde, hvor båden kan opholde sig i det uendelige, uden at der opstår resterende deformationer, og den maksimale dybde - den maksimale dybde, som båden stadig kan synke til uden ødelæggelse, dog med resterende deformationer.
Styrken skal selvfølgelig ledsages af vandmodstand. Ellers vil båden, som ethvert skib, simpelthen ikke være i stand til at svømme.
Inden man går ud på havet eller før en tur, under et testdyk, kontrolleres styrken og tætheden af det holdbare skrog på ubåden. Umiddelbart før dykning pumpes luft ud af båden ved hjælp af en kompressor (på dieselubåde - hoveddieselmotoren) for at skabe et vakuum. Kommandoen "lyt i rummene" gives. Samtidig overvåges afskæringstrykket. Hvis der høres en karakteristisk fløjt, og/eller trykket hurtigt genoprettes til atmosfærisk tryk, er det robuste hus utæt. [2] Efter nedsænkning i positionspositionen gives kommandoen "se dig omkring i rummene", og krop og fittings kontrolleres visuelt for utætheder. [3]
Det lette skrogs konturer giver optimalt flow rundt i designforløbet. I en nedsænket stilling inde i lyslegemet er der vand - trykket er det samme indeni og udenfor det, og det behøver ikke at være stærkt, deraf navnet. Det lette skrog rummer udstyr, der ikke kræver isolering fra påhængstryk: ballast og brændstof (på dieselubåde) tanke, GAS- antenner , styretøjstryk.
Overbygningen danner et ekstra volumen over CGB og/eller det øverste dæk af ubåden, til brug på overfladen. Det udføres let, i en nedsænket stilling er det fyldt med vand. Det kan spille rollen som et ekstra kammer over Central City Hospital, der sikrer tanken fra nødfyldning. Den har også enheder, der ikke kræver vandtæthed: fortøjning, anker, nødbøjer. I den øverste del af tankene er der ventilationsventiler (CV), under dem - nødklapper (AZ). Ellers kaldes de den første og anden forstoppelse af CGB.
Monteret oven på en robust kuffert. Den er lavet vandtæt. Det er en gateway for adgang til ubåden gennem hovedlugen, et redningskammer og ofte en kamppost. Den har en øvre og nedre styrehusluge . Periskopskafter føres normalt igennem det . En stærk kabine giver yderligere usinkbarhed i overfladepositionen - den øverste luge er højt over vandlinjen , faren for at oversvømme ubåden med en bølge er mindre, skade på den stærke kabine krænker ikke tætheden af det stærke skrog. Når du opererer under periskopet, giver kabinen dig mulighed for at øge dens rækkevidde - højden af hovedet over kroppen - og derved øge periskopets dybde. Taktisk er dette mere rentabelt - et presserende dyk under periskopet er hurtigere.
En permeabel tårnstruktur omkring et stærkt dækshus, der tjener til at forbedre flowet omkring det og tilbagetrækkelige enheder, samt at beskytte dem i en ubrugt position. Den danner også en navigationsbro . Let at gøre.
Ifølge Arkimedes lov skal et legeme være helt nedsænket i vand, at dets vægt skal svare til vægten af det vand, det fortrænger. Til nedsænkning tager ubåden ballast - vand - ind i tanke. Til opstigning blæses ballasten: vand presses ud af tankene af trykluft. Når båden er helt nedsænket, ændrer den dybde ved hjælp af rorene. Modtagelse eller udpumpning af ballast derefter udføres kun til balancering.
Ved at fylde CGB tilbagebetales ubådens hovedreserve af opdrift , og normal nedsænkning sikres. For bedre at kunne kontrollere dykket er CGB'erne opdelt i grupper: bov , agterstavn og midterste , som kan fyldes eller blæses uafhængigt eller samtidigt.
Som regel beregnes ubådsballasten således, at båden med endegrupperne fyldt flyder "under styrehuset" - i positionsposition. Ved et normalt (ikke-hastende) dyk fyldes endegrupperne først , skrogets tæthed og pasform kontrolleres, derefter fyldes midtergruppen . Under en normal opstigning blæses den midterste gruppe først.
I overfladeposition flyder båden med åbne kongesten og nødklapper. Ventilationsventilerne er lukkede. Båden holdes på overfladen af en luftpude i CGB. Det er nok at åbne ventilationsventilerne, og bagvandet vil fortrænge luften - båden begynder at synke.
Ved slutningen af dykket lukker ventilationsventilerne. I normal tilstand flyder båden under vand med åbne kongesten og nødklapper. Inden belægning lukkes nødklapper, luft tilføres tankene. Under en normal opstigning, efter at have tilført en forudbestemt mængde luft, lukkes kongestenene også for at undgå for stort luftforbrug.
I praksis har båden restopdrift , det vil sige, at der er forskel mellem volumen af CGB og den mængde vand, der skal tages for fuldstændig nedsænkning. Denne forskel kompenseres af hjælpeballasttanke. Indsugning eller pumpning af vand ind i udligningstanken slukker den resterende opdrift.
For at kompensere for langsgående forskydninger af last - og der er altid forskydninger - er der trimtanke - stævn og agterstævn. Modtagelse/udpumpning af hjælpeballast og dennes pumpning mellem trimtanke for at opnå ligevægt af en nedsænket ubåd på jævn køl kaldes trimning.
I praksis er det umuligt at tage lige nok ind i udligningstanken til, at båden kan "hænge" i konstant dybde uden at bevæge sig. Det er konstant påkrævet at tage ind og derefter pumpe ballast ud. Moderne ubåde har en automatisk dybdestabilisator til dette formål . Dens pålidelighed er dog lav, og betjeningsområdet er begrænset. Derfor er påføring af dybdestabilisatoren og fjernelse af den fra den et helt kompleks af handlinger, underlagt en speciel driftsform for båden. [5]
Når et presserende dyk er påkrævet, bruges en hurtig dyktank (pulp og papir, nogle gange kaldet en hastedykkertank). Dens volumen er ikke inkluderet i den estimerede reserve af opdrift, det vil sige efter at have taget ballast ind i det, bliver båden tungere end det omgivende vand, hvilket hjælper med at "falde igennem" til dybden. Herefter renses hurtigvasktanken naturligvis med det samme. Den er anbragt i en robust kuffert og er holdbar.
I en kampsituation (inklusive i kamptjeneste og på et felttog), tager båden umiddelbart efter overfladen vand ind i papirmasse- og papirindustrien og kompenserer for sin vægt ved at blæse hovedballasten - samtidig med at der opretholdes et vist overtryk på centralhospitalet. . Dermed er båden i øjeblikkelig klarhed til et akut dyk.
Blandt de vigtigste specialtanke er følgende.
For at opretholde den samlede belastning efter frigivelsen af torpedoer eller missiler fra TA/minerne, og for at forhindre spontan opstigning, pumpes vandet, der er kommet ind i dem (ca. et ton for hver torpedo, titusvis af tons pr. missil) ikke overbord , men hældes i specialdesignede tanke. Dette gør det muligt ikke at forstyrre arbejdet med Central City Hospital og at begrænse volumen af overspændingstanken.
Hvis du forsøger at kompensere for vægten af torpedoer og missiler på bekostning af hovedballasten, skal den være variabel, det vil sige, at en luftboble skal forblive på Central City Hospital, og den "går" (bevæger sig) - det værste situation for trimning. Samtidig mister den nedsænkede ubåd praktisk talt kontrollen , med en forfatters ord, "opfører sig som en gal hest." [6] [7] I mindre grad gælder dette også for overspændingstanken. Men vigtigst af alt, hvis du kompenserer for store belastninger med det, bliver du nødt til at øge dets volumen, hvilket betyder mængden af trykluft, der er nødvendig for at blæse. Og tilførslen af trykluft på en båd er det mest værdifulde, det er altid sparsomt og svært at genopfylde.
Mellem torpedoen (raketten) og væggen af torpedorøret (mit) er der altid et hul, især i hoved- og haledelene. Før affyring skal det ydre dæksel på torpedorøret (mine) åbnes. Dette kan kun gøres ved at udligne trykket overbord og indvendigt, det vil sige ved at fylde TA'en (minen) med vand, der kommunikerer med påhængsmotoren. Men hvis du lukker vandet ind direkte fra bagsiden, vil trimmen blive væltet - lige før skuddet.
For at undgå dette opbevares vandet, der er nødvendigt for at fylde spalten, i specielle ringformede spaltetanke (CKZ). De er placeret i nærheden af TA eller aksler og fyldes fra overspændingstanken. Derefter, for at udligne trykket, er det nok at omgå vandet fra CDC til TA og åbne påhængsventilen.
Fyldning og udrensning af tanke, affyring af torpedoer eller missiler, flytning og ventilation kræver energi.
Uden energi kan båden derfor ikke kun bevæge sig, men bevare evnen til at "flyde og skyde" i lang tid. Det vil sige, at energi og vitalitet er to sider af den samme proces.
Hvis det med bevægelse er muligt at vælge traditionelle løsninger for et skib - at bruge energien fra brændt brændstof (hvis der er nok ilt til dette), eller energien til at spalte et atom, så er andre energikilder nødvendige til handlinger, der er kun karakteristisk for en ubåd. Selv en atomreaktor, som giver en næsten ubegrænset kilde til det, har den ulempe, at den kun producerer den med en vis hastighed, og er meget tilbageholdende med at ændre hastigheden. At forsøge at få mere kraft ud af det risikerer, at reaktionen går ud af kontrol – en slags atom-mini-eksplosion.
Så vi har brug for en måde at lagre energi på og hurtigt frigive den efter behov. Og komprimeret luft har været den bedste måde siden dykningens begyndelse. Den eneste alvorlige ulempe er dens begrænsede udbud. Lufttanke er tunge, og jo større tryk i dem, jo større vægt. Dette sætter en grænse for lagrene.
Trykluft er den næstvigtigste energikilde på en båd og sørger sekundært for en iltforsyning. Med dens hjælp udføres mange operationer - fra dykning og opstigning til fjernelse af affald fra båden.
For eksempel er det muligt at håndtere nødoversvømmelser af rum ved at tilføre trykluft til dem. Torpedoer og missiler affyres også med luft - faktisk ved at blæse gennem TA eller miner.
Luftsystemet er opdelt i et højtryksluftsystem (HPA) med et tryk på 200-400 kg/cm 2 (afhængigt af typen af ubåd), mellemtryksluft (HPA) med et tryk på 6-30 kg/cm 2 2 og lavtryksluft (HPA).
VVD-systemet er blandt dem det vigtigste. Det er mere rentabelt at opbevare trykluft ved højt tryk - det fylder mindre og akkumulerer mere energi. Derfor opbevares det i højtrykscylindre og frigives til andre delsystemer gennem trykreducere.
Genopfyldning af VVD-lagre er en lang og energikrævende operation. Og selvfølgelig kræver det adgang til atmosfærisk luft. I betragtning af, at moderne både tilbringer det meste af deres tid under vand, og de også forsøger ikke at dvæle ved periskopdybden, er der ikke så mange muligheder for genopfyldning. Trykluft skal bogstaveligt talt rationeres, og normalt overvåger seniormekanikeren (kommandøren for BS-5) personligt dette. Overskydende kuldioxid, der frigives under vejrtrækning, fjernes fra luften i kemiske luftregenereringsenheder ( scrubbere ), der er inkluderet i ventilations- og luftrecirkulationssystemet.
På atomubåde bruges installationer til autonom generering af oxygen til vejrtrækning ved hjælp af elektrolyse af påhængs havvand [8] [9] . Dette system gør det muligt for atomubåde i lang tid (uger) ikke at komme til overfladen for at genopbygge deres luftforsyning.
Nogle moderne ikke-nukleare ubåde i Sverige og Japan bruger en luftuafhængig Stirling-motor , der kører på flydende ilt, som derefter bruges til vejrtrækning. Ubåde udstyret med dette system kan være uafbrudt under vandet i op til 20 dage.
Bevægelsen, eller ubådens kurs, er hovedforbrugeren af energi. Afhængigt af hvordan overflade- og undervandsbevægelsen er tilvejebragt, kan alle ubåde opdeles i to store typer: med en separat eller med en enkelt motor .
Separat er en motor, der kun bruges til overflade eller kun til undervandskørsel. Single kaldes henholdsvis en motor, der er velegnet til begge tilstande.
Historisk set var ubådens første motor en mand. Med sin muskelstyrke satte han båden i gang både på overfladen og under vand, det vil sige, at han var en enkelt motor.
Søgningen efter mere kraftfulde og langtrækkende motorer var direkte relateret til udviklingen af teknologi generelt. Han gik gennem dampmaskinen og forskellige typer forbrændingsmotorer til diesel . Men de har alle en fælles ulempe - afhængighed af atmosfærisk luft. Adskillelse opstår uundgåeligt , det vil sige behovet for en anden motor til undervandsrejse. Et yderligere krav til ubådsmotorer er et lavt støjniveau. Ubådens stilhed i snigende tilstand er nødvendig for at holde den usynlig for fjenden, når du udfører kampmissioner tæt på ham.
Traditionelt var og forbliver undervandsmotoren en elektrisk motor drevet af et batteri . Den er luftuafhængig, sikker nok og acceptabel med hensyn til vægt og dimensioner. Der er dog en alvorlig ulempe her - batteriets lille kapacitet. Derfor er udbuddet af kontinuerlige undervandsrejser begrænset. Desuden afhænger det af brugsmåden. En typisk diesel-elektrisk ubåd skal genoplade batteriet hver 300-350 miles af økonomisk rejse eller hver 20-30 miles af fuld hastighed. Med andre ord kan en båd gå uden opladning i 3 eller flere dage med en hastighed på 2-4 knob, eller halvanden time med en hastighed på mere end 20 knob. Da vægten og volumen af en diesel-ubåd er begrænset, spiller diesel- og elmotorerne flere roller. En diesel kan være en motor eller en stempelkompressor , hvis den drives af en elmotor. Det kan til gengæld være en elektrisk generator, når den roteres af en dieselmotor, eller en motor, når den arbejder på en propel.
Der var forsøg på at skabe en enkelt kombineret cyklusmotor. De tyske Walther - ubåde brugte koncentreret brintoverilte som brændstof . Det viste sig at være for eksplosivt, dyrt og ustabilt til udbredt brug.
Først med oprettelsen af en atomreaktor, der var egnet til ubåde , dukkede en virkelig enkeltmotor op, der kunne køre i enhver position på ubestemt tid. Derfor var der en opdeling af ubåde i nukleare og ikke-nukleare .
Der er ubåde med en ikke-nuklear enkeltmotor. For eksempel svenske både af typen "Nakken" med Stirling-motor . De øgede den neddykkede tid mange gange, men reddede ikke båden fra behovet for at gå til overfladen for at genopbygge iltforsyningen. Denne motor har endnu ikke fundet bred anvendelse.
Hovedelementerne i systemet er generatorer , omformere , lagre, ledere og energiforbrugere.
Da størstedelen af ubåde i verden er dieselelektriske, har de karakteristiske træk i skemaet og sammensætningen af EPS. I det klassiske diesel-elektriske ubådssystem bruges den elektriske motor som en reversibel maskine , det vil sige, at den kan forbruge strøm til bevægelse eller generere den til opladning. Et sådant system har:
For en sådan ubåd er de karakteristiske tilstande:
I nogle tilfælde har systemet også separate dieselgeneratorer (DG) og en økonomisk fremdrivningselektromotor (EDEP). Sidstnævnte bruges til en støjsvag økonomisk måde at "snige" til målet.
Siden anden halvdel af det 20. århundrede har der været en tendens til at bygge diesel-elektriske både med fuld elektrisk fremdrift. I dette tilfælde virker dieselen ikke for propellen, men kun for generatoren. Fordelene ved en sådan ordning er dieselmotorens konstante driftsform og evnen til at adskille HED og generatoren og bruge hver i sin egen tilstand, hvilket øger effektiviteten af begge og dermed undervandsenergireserven. Derudover gør dette, at skaftlinjen kan være kortere og enklere, hvilket betyder øget pålidelighed. Ulempen er den dobbelte omdannelse af energi (mekanisk til elektrisk, så omvendt) og de tilhørende tab. Men de affinde sig med dette i betragtning af hovedopladningsmetoden og ikke udgifterne til HED.
På atomubåde, hvor der teoretisk set ikke er behov for elektricitet til fremdrift, leveres der ofte en lavhastighedspropelmotor, og næsten altid en nøddieselgenerator .
Hovedproblemet med lagring og transmission af elektricitet er modstanden af EPS-elementerne. I modsætning til jordbaserede enheder er modstand under forhold med høj luftfugtighed og mætning med ubådsudstyr en meget variabel værdi. En af elektrikerteamets konstante opgaver er at kontrollere isoleringen og genoprette dens modstand til den nominelle værdi.
Det andet store problem er batteriernes tilstand. Som et resultat af en kemisk reaktion genereres varme i dem, og brint frigives . Hvis frit brint akkumuleres i en vis koncentration (ca. 4%), danner det en eksplosiv blanding med atmosfærisk oxygen , der ikke er i stand til at eksplodere værre end en dybdebombe. Et overophedet batteri i et trangt lastrum forårsager en meget typisk nødsituation for både - en brand i batterigraven .
Når havvand kommer ind i batteriet, frigives klor , som danner ekstremt giftige og eksplosive forbindelser. En blanding af brint og klor eksploderer selv fra lys. I betragtning af, at sandsynligheden for, at havvand kommer ind i bådens område, altid er høj, kræves konstant overvågning af klorindholdet og ventilation af batterigravene.
I en nedsænket stilling, til brintbinding, anvendes enheder til flammefri (katalytisk) brintefterbrænding - KFC, installeret i rummene i en ubåd og en brintefterbrænder indbygget i batteriventilationssystemet. Fuldstændig fjernelse af brint er kun mulig ved at udlufte batteriet. Derfor, på en kørende båd, selv i basen, holdes vagt i den centrale post og i posten for energi og overlevelse (PEZH). En af dens opgaver er at kontrollere brintindholdet og udlufte batteriet. [10] [11]
Dieselelektriske og i mindre grad atomubåde bruger diesel - dieselbrændstof. Mængden af lagret brændstof kan være op til 30 % af forskydningen. Desuden er dette en variabel margin, hvilket betyder, at det repræsenterer en seriøs opgave ved beregning af trim.
Solariet adskilles ret let fra havvand ved at sætte sig, mens det praktisk talt ikke blandes, derfor bruges en sådan ordning. Brændstoftanke er placeret i bunden af det lette skrog. Efterhånden som brændstof forbruges, erstattes det af havvand. Da forskellen i densiteter af solarium og vand er ca. 0,8 til 1,0, observeres rækkefølgen af forbruget, f.eks.: bagbords bovtank, derefter højre side agterstavn, derefter styrbord bovtank, og så videre, således at ændringer i trim er minimale.
På nogle 5. generations ikke-nukleare ubåde er en luftuafhængig Stirling-motor installeret som et drev , der kører på flydende ilt, som senere bruges til vejrtrækning. Systemet giver dig mulighed for at opnå høj stealth, båden må ikke stige til overfladen i op til 20 dage.
Som navnet antyder, er den designet til at fjerne vand fra ubåden. Den består af pumper ( pomp ), rørledninger og fittings. Den har sumppumper til hurtig pumpning af store mængder vand og drænpumper til fuldstændig fjernelse.
Den er baseret på centrifugalpumper med høj ydeevne. Da deres forsyning afhænger af modtrykket, og derfor falder med dybden, er der også pumper, hvis forsyning ikke afhænger af modtrykket - stempelpumper. For eksempel på en Project 633-ubåd er produktiviteten af drænanlæg på overfladen 250 m³/h, ved en arbejdsdybde på 60 m³/h.
Ubådsbrandsystemet består af fire typer undersystemer. Faktisk har båden fire uafhængige slukningssystemer: [12]
Samtidig er vandslukningen, i modsætning til stationære, jordbaserede systemer, ikke den vigtigste. Tværtimod sigter skadekontrolmanualen (RBZH PL) på primært at bruge volumetriske og luftskumsystemer. [13] Årsagen til dette er ubådens høje mætning med udstyr, hvilket betyder stor sandsynlighed for skader fra vand, kortslutninger og frigivelse af skadelige gasser.
Derudover er der brandsikringssystemer:
Bådvolumetrisk kemisk (LOH) system er designet til at slukke brande i ubådsrum (undtagen krudtbrande, sprængstoffer og to-komponent drivmiddel). Det er baseret på afbrydelse af en forbrændingskædereaktion med deltagelse af luftilt af et freon-baseret slukningsmiddel. Dens største fordel er alsidighed. Udbuddet af freon er dog begrænset, og derfor anbefales brugen af LOH kun i visse tilfælde.
Air-foam brandslukningssystem (VPL)Air-foam boat (VPL) system er designet til at slukke små lokale brande i rum:
Anbefales i fravær af en massiv brand. Målet er at spare en forsyning af LOC'er. Det kan have grene designet specielt til slukning af brande i containere (miner) af missiler.
VandbrandslukningsanlægSystemet er designet til at slukke en brand i ubådens overbygning og kabinehegnet samt brande af brændstof spildt på vandet nær ubåden. Det er med andre ord ikke beregnet til slukning inde i et stærkt ubådsskrog.
Brandslukkere og brandudstyrDesignet til at slukke brande af klude, træbeklædning, elektriske og varmeisolerende materialer og til at sikre personalets handlinger, når en brand slukkes. De spiller med andre ord en understøttende rolle i tilfælde, hvor brugen af centraliserede brandslukningsanlæg er vanskelig eller umulig.
Jeg havde en torpedo-sergentmajor på Malyutka, der vejede mere end 120 kg. Engang, da der ikke var nok vand i trimtankene, trimmede jeg og kommanderede: "Kammerat midtskibsmand, gå venligst til det første rum og sæt dig der."
Det er præcis sådan, det var på de allerførste ubåde, hvilket viste sig at være fatalt for mange af dem – ved den mindste ujævne fyldning af CGB'en, når de var nedsænket, mistede ubådene deres længdestabilitet og faldt ned i dybet forover eller agterstavn fremad; det samme skete på farten i en nedsænket stilling på grund af den frie vandstrøm i den delvist fyldte CGB, som tvang de vandrette ror til konstant at fungere, hvilket resulterede i, at båden bevægede sig langs en slags "sinusformet". Først i begyndelsen af det 19. og 20. århundrede brugte den amerikanske designer af irsk oprindelse, Holland, U-formede CGB'er placeret på siderne af det faste legeme, som, når de er nedsænket i en positionsposition, er fyldt med vand til toppen , uden en resterende "boble" af luft, som fratog vandet i dem evnen til at flyde frit over og derved bryde trimmen. Dette gjorde det i afgørende omfang muligt at løse problemer med ubådes opretning i længderetningen og evnen til at opretholde en given dybde og derved gå fra individuelle eksperimenter til konstruktion af rigtige kampubåde.
- Kofman, V. Triumph under navnet på en taber.