Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Тактико-технические элементы подводных лодок, обеспечиваемые энергетическими установками и критерии их эффективности 9
1.1. Тактико-технические элементы подводных лодок, обеспечиваемые энергетическими установками и критерии их эффективности 9
1.2. Энергетические установки подводных лодок (XVIII - XIX вв.) 13
1.3. Направления, периоды и классификация энергетических установок отечественных неатомных подводных лодок 23
Глава 2. Энергетические установки подводных лодок (1901 — 1917 гг.) 31
2.1. Энергетические установки с раздельными двигателями для надводного и подводного хода 31
2.2. Воздухонезависимые энергетические установки 64
2.3. Анализ энергетических установок и тактико-технических элементов подводных лодок (1901 - 1917 гг.), обеспечиваемых ими 68
Глава 3. Энергетические установки подводных лодок (1926 - 1946 гг.) 80
3.1. Дизель-электрические энергетические установки 80
3.2. Воздухонезависимые энергетические установки 103
3.3. Анализ энергетических установок и тактико-технических элементов подводных лодок (1926 — 1946 гг.), обеспечиваемых ими 124
Глава 4. Энергетические установки подводных лодок (1946 - 2003 гг.) .142
4.1. Дизель-электрические энергетические установки подводных лодок первого и второго поколений (1946 - 1975 гг.) 142
4.2. Воздухонезависимые энергетические установки подводных лодок 165
4.3. Дизель-электрические энергетические установки подводных лодок третьего и четвертого поколений (1975 - 2003 гг.) 184
4.4. Анализ энергетических установок и тактико-технических элементов подводных лодок (1946 - 2003 гг.), обеспечиваемых ими 188
Глава 5. Анализ энергетических установок и тактико-технических элементов подводных лодок, обеспечиваемых ими 198
5.1. Обобщенный анализ энергетических установок и тактико-технических элементов подводных лодок, обеспечиваемых ими 198
5.2. Перспективы развития энергетических установок
неатомных подводных лодок 204
Заключение 219
Библиографический список использованной литературы 222
Приложение 227
- Тактико-технические элементы подводных лодок, обеспечиваемые энергетическими установками и критерии их эффективности
- Энергетические установки с раздельными двигателями для надводного и подводного хода
- Дизель-электрические энергетические установки
Введение к работе
Совершенствование дизель-электрических подводных лодок носило эволюционный характер и являлось основным направлением отечественного подводного кораблестроения до конца 50-х гг. XX в., когда этот процесс был прерван созданием первой подводной лодки (ПЛ) с ядерной энергетической установкой (ЯЭУ). ЯЭУ хотя и обладают сегодня несравненным превосходством над всеми типами двигателей, но по целому ряду причин не могут полностью заменить дизель-электрические ПЛ (ДЭПЛ). К ним относятся: невысокая стоимость постройки и экономичность в эксплуатации (в 4-5 раз дешевле по сравнению с атомными лодками); меньшее количество личного состава, обслуживающего лодку; малая шумность и значительно большая потенциальная безопасность энергетической установки (ЭУ). Наконец, ДЭПЛ оказались более приспособленными для выполнения боевых задач в ограниченных по глубине акваториях, прилегающих к территориальным водам РФ (например, в Балтийском и Японском морях).
Изменение оперативно-тактических условий использования ПЛ, выражающееся в применении силами ПЛО все более совершенных средств поиска и уточнения места нахождения ПЛ, определяет, в качестве основного направления повышения скрытности ДЭПЛ, увеличение ее подводной автономности. Достигнуть более высокого уровня скрытности ДЭПЛ при использовании традиционных ЭУ не представляется возможным, поэтому ведется разработка новых ЭУ, которые могли бы в полной мере удовлетворять современному уровню предъявляемых требований. Кроме того, использование в составе ВМФ ПЛ с воздухонезависимыми ЭУ вместо ПЛ с традиционными дизель-электрическими энергоустановками (ДЭЭУ) экономически выгодно, т.к. благодаря значительному повышению боевой эффективности позволяет сократить их количество. Историческое исследование ЭУ отечественных подводных лодок дает возможность выявить определяющие факторы и закономерности их развития, анализ которых позволит определить тенденции дальнейшего совершенствования.
Основными задачами исследования являются: 1) определение основных периодов развития ЭУ отечественных ПЛ; 2) уточнение классификации ЭУ ПЛ
с учетом системы электродвижения (СЭД) и воздухонезависимых установок; 3) ретроспективный обзор ЭУ отечественных ПЛ по основным периодам их развития; 4) по основным периодам развития произвести анализ конструктивных схем ЭУ и тактико-технических элементов (ТТЭ) ПЛ, обеспечиваемых ими; 5) освещение роли отечественных ученых и конструкторов различных проектных организаций в создании ЭУ ПЛ.
Объектом исследования является научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа отечественных ученых и конструкторов и вклад проектных организаций в создание ЭУ неатомных ПЛ.
Предметом исследования является совокупность результатов исследований, обеспечивающих создание целостного представления о развитии неатомных ЭУ отечественного подводного флота и их влияния на тактико-технические элементы подводных лодок.
Хронологические границы исследования включают в себя период с 1901 г. по настоящее время, период с момента начала профессионального проектирования ПЛ в России до завершающей стадии строительства ПЛ проекта 677.
Методологической основой исследования являются принципы объективно-исторического анализа событий и фактов. Для анализа фактического материала был использован индуктивно-логический метод, а также ряд традиционных подходов и методов: аналитический, сравнительно-исторический, ретроспективный, сравнительно-сопоставительный. При обобщении материалов и подготовке прогноза использовался системный эволюционный анализ.
В результате диссертационного исследования получены следующие элементы научной новизны: а) определены основные периоды развития ЭУ отечественных ПЛ; б) предложен новых подход к классификации ЭУ ПЛ рассмат-риевамого периода; в) произведен обзор ЭУ отечественных ПЛ; г) произведен анализ ТТЭ ПЛ, обеспечиваемых ЭУ.
Практическая значимость работы заключается в том, что материалы комплексного исследования создания и развития ЭУ отечественных ПЛ могут быть использованы в процессе подготовки специалистов электромеханических боевых частей ПЛ в Военно-морских институтах и офицеров запаса соответствующего профиля в гражданских вузах.
Источниковую базу исследования составили материалы из 9 архивных фондов и 28 архивных дел, находящихся на хранении в Российском государственном архиве ВМФ (РГА ВМФ), Центральном Военно-Морском Архиве (ЦВМА), архивах Дальзавода и Приморского ЦКБ. Кроме того, в качестве источников были использованы: интеллектуальные базы данных в глобальной информационной сети «Интернет»; литературные источники - книги ряда авторов, посвященных истории подводного кораблестроения, а также статьи в научно-технических, производственных и ведомственных журналах «Судостроение», «Морской сборник», «Морская коллекция», «Двигателестроение», «Ган-гут», «Военно-исторический журнал»; информационно-справочные издания, посвященные истории развития ПЛ.
Основные положения диссертации докладывались на всероссийских и региональных научно-технических конференциях. Отдельные вопросы диссертационного исследования неоднократно освещались соискателем при разработке и чтении спецкурсов на факультете военного обучения МГУ имени адмирала Г.И. Невельского.
По теме диссертации опубликовано 13 работ в материалах всероссийских научно-технических конференций и региональных печатных изданиях:
О.В. Хотинский. Энергетическая установка атомной подводной лодки пр. 671 // Сб. материалов 42 всероссийской межвузовской научно-технической конференции - Владивосток: ТОВМИ им. СО. Макарова, 1999. — Т. 3. — С. 3 - 5.
О.В. Хотинский. Развитие идеи «единого двигателя» для подводных лодок // Сб. материалов 42 всероссийской межвузовской научно-технической конференции - Владивосток: ТОВМИ им. СО. Макарова, 1999. — Т. 3. — С 95-98.
О.В. Хотинский. История создания подводных лодок IX-бис серии // Сб. материалов региональной научно-практической конференции «300 лет военно-морскому образованию России» — Владивосток: ДВГУ, 2000. — С. 146-147.
О.В. Хотинский. История создания устройства для работы дизеля под водой // Сб. материалов 44 всероссийской научно-технической конференции,
посвященной 20-летию гидроакустического образования на Дальнем Востоке — Владивосток: ТОВМИ им. СО. Макарова, 2001. - С. 221 -222.
О.В. Хотинский. Анаэробные энергетические установки подводных лодок // Сб. статей «Проблемы и методы эксплуатации вооружения и военной техники». Выпуск № 35 - Владивосток: ТОВМИ им. СО. Макарова, 2001. -С. 23-32.
О.В. Хотинский. Подводные лодки с «ЕД-ХПИ» // Сб. статей «Проблемы и методы эксплуатации вооружения и военной техники». Выпуск № 36 -Владивосток: ТОВМИ им. СО. Макарова, 2002. - С. 221 - 232.
О.В. Хотинский, В.А. Пятакович. Отечественное дизелестроение - подводному флоту // Сб. материалов XLV межвузовской научно-технической конференции, посвященной 65-летию ТОВМИ - Владивосток: ТОВМИ им. СО. Макарова, 2002. - Т. 2. - С. 255 - 258.
О.В. Хотинский, В.А. Пятакович. Энергетические установки подводных лодок российского флота (1901-1917 гг.) // Сб. трудов Российской инженерной академии. Выпуск № 6 — Владивосток: ДВГТУ, 2002. - С 187 - 196.
9. О.В. Хотинский. Энергетические установки подводных лодок ВМФ
СССР (1926 — 1946 гг.) // Сб. статей «Проблемы и методы разработки и экс
плуатации вооружения и военной техники ВМФ». Выпуск № 38 «Актуальные
проблемы тактики ВМФ, военно-морской географии и военной истории» —
Владивосток: ТОВМИ им. СО. Макарова, 2002 - С. 131 - 151.
О.В. Хотинский, В.А. Пятакович. Воздухонезависимые энергетические установки подводных лодок (1935-1958 гг.) // Сб. статей «Проблемы и методы эксплуатации вооружения и военной техники». Выпуск № 42 — Владивосток: ТОВМИ им. СО. Макарова, 2003. - С. 119 - 136.
О.В. Хотинский, В.А. Пятакович. Энергетические установки дизель-электрических подводных лодок первого поколения ВМФ СССР // Сб. статей «Проблемы и методы эксплуатации вооружения и военной техники». Выпуск № 42 - Владивосток: ТОВМИ им. СО. Макарова, 2003. - С. 251 - 269.
О.В. Хотинский, В.А. Пятакович. Энергетические установки подводных лодок (XVIII - XIX вв.) // Сб. статей «Проблемы и методы разработки и эксплуатации вооружения и военной техники ВМФ». Выпуск № 40. «Актуаль-
ные проблемы тактики ВМФ, военной истории и военно-морской географии» — Владивосток: ТОВМИ им. СО. Макарова, 2003. - С. 142 - 149.
13. О.В. Хотинский. Энергетические установки подводных лодок (1901 - 1960 гг.): Монография. - Владивосток., 2003 - 249 с.
Текст диссертации изложен на 233 листах и включает 22 схемы, 30 диаграмм, 33 таблицы, 68 фотографий и 3 рисунка. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и источников (81 наименование) и приложения.
Тактико-технические элементы подводных лодок, обеспечиваемые энергетическими установками и критерии их эффективности
Подводная лодка оснащена очень большим количеством разнообразных технических средств, представляющих собой совокупность сложных механизмов, систем и устройств, среди которых энергетическая установка занимает особое место как главное звено в этой совокупности.
Энергетическая установка представляет собой единый комплекс главных и вспомогательных механизмов, аппаратов, устройств и систем, предназначенный для преобразования и распределения энергии топлива, входящего в энергетический запас подводной лодки, между потребителями в различных условиях использования оружия и других технических средств подводной лодки.
Энергетическая установка обеспечивает подводной лодке заданный подводный и надводный ход, а совместно с рулевыми устройствами и системой погружения и всплытия — маневрирование в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Кроме того, с помощью энергетической установки осуществляется: применение оружия, использование средств управления ПЛ, средств наблюдения и связи, борьба за живучесть подводной лодки, пополнение (расходование) энергозапасов и обеспечение бытовых нужд экипажа.
Тот или иной тип энергетической установки обусловливается оперативно-тактическим заданием на проектирование подводной лодки, которое на основании боевого опыта использования ПЛ, боевой подготовки в мирное время и уровня развития науки и техники отражает современные научные взгляды и требования военно-морского искусства.
Для успешного решения оперативно-тактических задач ПЛ должна обладать определенными тактико-техническими свойствами, которые наряду с архитектурой корпуса и его размерениями, общекорабельными системами и устройствами, а также всеми видами вооружения в наибольшей степени определяются ЭУ.
Скоростные качества являются важным фактором, определяющим возможность ПЛ быстро развертываться в районы боевых действий (БД), сближаться с быстроходным противником, атаковывать его, выполняя повторные атаки, или, наоборот, уклоняться от противника и его средств поражения.
Мощность установки, необходимая для развития заданного хода ПЛ, в общем случае зависит от водоизмещения, формы корпуса, положения ПЛ, количества и формы выступающих частей, пропульсивных качеств системы «винт - корпус» и внешних условий.
Дальность плавания и автономность определяют удаленность от пунктов базирования возможных районов БД ПЛ и время пребывания в этих районах. Дальность плавания ДЭПЛ определяется запасом дизельного топлива и экономичностью ЭУ. Экономичность ЭУ зависит от конструктивной и тепловой схем установки и наиболее благоприятного режима ее использования. Для ЭУ, использующих энергию внутримолекулярных связей топлива, экономичность работы оказывает главное влияние на дальность плавания ПЛ при заданных энергетических запасах или на величину энергетических запасов при заданной дальности плавания. Численно экономичность установки характеризуется удельным расходом топлива ge для заданных скоростей хода ПЛ.
gc = GT/Ne (г/кВт-ч), где:
GT — расход топлива дизелем за 1 ч (часовой расход топлива), г/ч;
Ne - мощность, отдаваемая дизелем приводимой в действие машине или силовой передаче, кВт.
Наибольшая дальность плавания достигается при движении экономической скоростью, при которой энергорасход на единицу пройденного расстояния наименьший. Дальность плавания ДЭПЛ в смешанном режиме использования ЭУ уменьшается с каждым зарядом аккумуляторной батареи (АБ).
Водоизмещение ПЛ зависит от их боевого предназначения и связанного с ним типа и состава ЭУ и энергетических запасов. Массогабаритные показатели ЭУ характеризуют техническое совершенство проекта ПЛ и ее энергоустановки, определяют степень полезного использования водоизмещения ПЛ и непосредственно отражается на тактических элементах ПЛ, т.к. уменьшение массы ЭУ позволяет при прежнем водоизмещении увеличить вооружение, энергетические запасы, живучесть ПЛ или условия обитаемости личного состава.
ЭУ между собой сравнивают по удельной массе установки у3у, мощност-ной насыщенности энергетических отсеков Ny или мощностной насыщенности единицы водоизмещения ПЛ — так называемой энерговооруженности Ф ПЛ [57].
уэу= M3y/N3y (кг/кВт), где:
Мэу - масса всей энергетической установки и энергетических запасов, кг;
N3y - суммарная полная мощность энергоустановки, кВт.
Nv = N3y/V30 (кВт/м3), где:
N3y - полная суммарная мощность энергоустановки, кВт;
V3o — объем энергетических отсеков, м .
Обычно принимают в расчет сумму объемов брутто только энергетических отсеков без аккумуляторных [47].
Ф = N/Wn (кВт/т), где:
N - мощность двигателей, кВт;
Wn - подводное водоизмещение подводной лодки, т.
Для ЭУ ПЛ первой половины прошедшего столетия целесообразно рассматривать надводную и подводную энерговооруженность.
Под мощностью установки следует понимать полную суммарную мощность главных двигателей, работающих на гребные винты в заданных режимах плавания ПЛ. Для ПЛ 1901 - 1946 гг. различают мощность установки в режимах подводного хода и надводного хода, а для ПЛ 1946 - 2003 гг., кроме того, мощность установки в режиме хода под РДП. Мощность ЭУ должна обеспечить заряд АБ в кратчайшее время токами I и II ступени с одновременным ходом в надводном положении или под РДП (для ПЛ 1946 - 2003 гг.).
Для заряда АБ в надводном положении с ходом может быть использована только часть мощности первичных двигателей, а именно тот излишек, который остается от полной мощности дизелей Рд тах при данной скорости, при вычете мощности, требуемой для вращения гребных винтов при той же скорости. При полной скорости надводного хода Vmax мощность, развиваемая дизелем, полностью поглощается гребным винтом. Зарядочный режим при этой скорости, следовательно, не может быть осуществлен. При крейсерской скорости VK первичный двигатель располагает некоторым резервом мощности Pdmax, который может быть использован для заряда АБ: Pdmax= 0,384
Д max
Эта мощность является практически вполне достаточной для заряда АБ. Ее можно получить при скорости крейсерского хода VK = 0,576 Vmax. Эта мощность передается аккумуляторам главными гребными электродвигателями (ГГЭД). Мощность последних в рассматриваемом режиме должна использоваться наиболее благоприятно, другими словами, ГГЭД в режиме винт-зарядка должны быть достаточно загружены и, во всяком случае, не могли оказаться перегруженными. Чтобы обеспечить наиболее благоприятные электрические соотношения, при которых можно было бы передать аккумуляторам полностью мощность Pdmax, необходимо установить определенное соотношение между максимальными скоростями надводного
Vmax И ПОДВОДНОГО Vumax ХОДа.
Для осуществления быстрой зарядки АБ в этих условиях желательно, чтобы остаточная мощность была достаточно большой. Это зависит от выбранного соотношения между скоростями крейсерского и полного надводного хода.
Чтобы мощность Pdmax была использована целиком без перегрузки ГТЭД наивыгоднейшее соотношение скоростей подводного и надводного хода должно быть равно:
Таким образом, для получения максимальной зарядной мощности в режиме винт-зарядка, крейсерская скорость должна составлять 57,6% от максимальной, а наивыгоднейшее отношение скоростей надводного и подводного ходов должно быть равно 1,38. С точки зрения достаточной величины напряжения в конце заряда последняя должна производиться при скорости 87,5% от максимальной скорости подводного хода. Если желательно совпадение скорости, обеспечивающей полную зарядку, с крейсерской скоростью, то отношение скоростей надводного и подводного ходов должно равняться примерно 1,5 [62].
ТТЭ ПЛ, обеспечиваемые ЭУ, определяют скоростные и маневренные качества корабля, его боевые возможности и, как следствие, оказывают влияние на такие тактические свойства как скрытность и способность действовать длительно и на большом удалении от пунктов базирования.
Энергетические установки с раздельными двигателями для надводного и подводного хода
Энергетические установки с непосредственной, редукторной и электропередачей мощности двигателей на гребные винты. В их состав входят двигательные установки надводного хода (первичные двигатели) и системы электродвижения, обеспечивающие частичную или полную электрификацию гребных винтов.
Подводная лодка (ПЛ) «Дельфин» имела одновальную энергетическую установку (ЭУ) с редукторной передачей мощности на гребной винт.
Двигательная установка (ДУ) надводного хода включала в себя бензиновый мотор с обеспечивающими системами. Однорядный шестицилиндровый бензиновый мотор системы Б.Г. Луцкого, построенный на заводе «Daimler-Motoren-Gesellschaft» (г. Дейц, около Кельна), при испытании на Балтийском заводе показал мощность до 235 кВт при частоте вращения 510 об/мин и расходе топлива 380 г/кВт-ч. Удельная масса двигателя 18 кг/кВт. Система питания бензомотора, частота вращения и мощность которого регулировались изменением числа рабочих цилиндров, имела существенный недостаток: топливо поступало во все цилиндры и часть его вылетала в выхлопную трубу не сгорая. Установкой в 1910 г. перед каждым цилиндром отсечного крана (по предложению начальника мастерской «Ксения» штабс-капитана Б.Е. Сальяр) удалось повысить экономичность двигателя [48].
Топливная система включала четыре отделения «красной» цистерны (она же балластная) и две цистерны, расположенные побортно у бензомотора. Общий запас бензина составлял 5,3 т. Бензин к мотору подавался под давлением забортной воды из расходной цистерны, куда он закачивался ручным насосом. Система смазки двигателя состояла из цистерны чистого масла, маслопровода и ручного насоса. Циркуляционная помпа системы охлаждения двигателя приводилась в действие от распределительного валика мотора. Сам двигатель имел привод для проворачивания его вручную. Им часто пользовались, когда пропускал запорный клапан газоотвода и необходимо было удалять попавшую в цилиндры воду. Газоотводная труба имела запорный клапан и была выполнена с внешней рубашкой, под которой циркулировала забортная вода, охлаждая газоотвод. Проектом лодки впервые предусматривался механизм вентиляции, позволявший бензиновому мотору работать в позиционном положении при задраенном рубочном люке доску; имелись еще две бортовые распределительные доски. ГЭД и прочие электроустановки получали энергию от АБ, состоящей из 64 элементов типа «Моноблок», которая размещалась в несколько ярусов на специальных стеллажах в носовой части прочного корпуса. Емкость АБ при разрядном токе 180 А составляла 3600 А-ч. Заряжалась она током 300 - 550 А при напряжении 120 - 140 В, время полной зарядки составляло 10 ч [15].
Бензомотор и ГЭД разделяла кулачковая муфта (рис. 4). Понижающая передача из пары зубчатых колес с отношением 1:4 соединяла промежуточный вал с гребным. Важнейшим нововведением стало появление между ГЭД и зубчатой передачей второй - «малой» — муфты. С ней стал возможен заряд АБ без хода. Упорный подшипник крепился на кормовой переборке. Гребной вал проходил в дейдвуде, на его хвостовик монтировался четырёхлопастной гребной винт [58]. До начала кампании 1904 г. для увеличения надводной скорости лодка получила гребной винт с поворотными лопастями (ВРШ по современной терминологии), угол поворота которых изменялся изнутри корпуса при помощи валикового привода.
Абсолютная масса ЭУ - 15,8 т (в % от водоизмещения - 14,0); АБ - 25 т (20,4 %); запас бензина - 5,3 т (4,7 %) [4].
Стремление избавиться от передаточных муфт выразилось в предложении проектантами для ПЛ типа «Касатка» трехвалъной ЭУ с непосредственной передачей мощности на гребные винты, компоновка которой обеспечивала «самостоятельность всех двигателей». ДУ надводного хода включала в себя два четырехтактных бензомотора мощностью по 294 кВт с обеспечивающими системами, которые должны были размещаться на бортовых линиях вала и работать непосредственно на гребные винты. Проектированием и строительством двигателей надводного хода занимался Балтийский завод [6].
СЭД должна была иметь в своем составе ГЭД (производства фирмы «Со-терн-Гарле» мощностью 88 кВт при 210 об/мин), АБ (64 элемента фирмы Фюльмена) и вспомогательный бензомотор-генератор мощностью 29-36 кВт. Установка ГЭД, работающего только в моторном режиме, предусматривалась на средней линии вала. Бензомотор-генератор предназначался для заряда АБ и питания ГЭД электроэнергией при надводном движении. Применение бензомо-тора-генератора позволяло производить заряд АБ на ходу и увеличить дальность надводного плавания под ГЭД, независимо от главных моторов. 18 февраля 1904 г. Морской технический комитет (МТК) принял решение ввиду спешности постройки четырех лодок, предполагавшихся к отправке на усиление Тихоокеанской эскадры в связи с начавшейся русско-японской войной, строить их без бензомоторов в 294 кВт, изготовление которых грозило затянуться на неопределенный срок. Бортовые дейдвудные трубы заглушили, оставив лишь средний вал, с которым при помощи передаточных муфт соединили ГЭД и бензомотор системы «Панар»; муфты передавали усилие первого на гребной вал в подводном положении, а второго — на винт в надводном положении и на ГЭД в генераторном режиме при заряде АБ.
Дальность плавания в подводном положении экономической скоростью (в скобках — скорость, уз), мили — - — —
Упоминавшийся выше Б.Е. Сальяр разработал устройство, позволявшее при нахождении лодки на перископной глубине использовать двигатель над 35
водного хода, изготовил его в мастерских транспорта «Ксения» и добился оборудования им одной из ПЛ типа «Касатка» — «Фельдмаршал граф Шереметьев», базировавшейся во Владивостоке. В 1910 г. на сравнительных испытаниях ПЛ «Фельдмаршал граф Шереметьев» и «Скат» устройство Б.Е. Сальяри было проверено и получило положительную оценку.
ПЛ «Макрель» и «Окунь» были оставлены на Балтийском заводе «с целью усовершенствования и дальнейшего развития этого типа...». «Макрель», единственная из ПЛ типа «Касатка», имела ЭУ, предусмотренную проектом.
Два бензомотора мощностью по 294 кВт, изготовленные Балтийским заводом, позволили развить ей на испытаниях скорость в надводном положении 11,5 уз. ЭУ ПЛ «Окунь» одновальная (бортовые дейдвудные трубы были заглушены) с электропередачей. СЭД (ГЭД, АБ и два бензомотора системы «Па-нар» мощностью по 44 кВт каждый с отдельными генераторами тока) обеспечивала движение ПЛ как в надводном, так и подводном положении (рис. 7).
При модернизации (1911 г.) на «Макрели» и «Окуне» установили по одному четырехтактному дизелю мощностью 88 кВт производства завода «Л. Нобель»; центральный гребной вал от дейдвуда внутрь лодки поднимался несколько вверх, поэтому установить дизель посередине не удалось, пришлось сдвинуть его к левому борту. Для уравновешивания дизель-генератора (ДГ) на правом борту пришлось расположить твердый балласт. Установка одного ДГ резко снизила живучесть ЭУ, поскольку примененные на лодках дизели относились к так называемому облегченному типу (удельная масса 30 кг/кВт), вследствие чего имели множество конструктивных недостатков и часто выходили из строя. Опыт плавания показал, что смазочного масла на лодках вдвое меньше, чем нужно для соответствия запасу топлива, и потому при дальних переходах их приходилось буксировать.
Дизель-электрические энергетические установки
Энергетические установки ПЛ с непосредственной и редукторной передачей мощности двигателей на гребные винты. В их состав входят ДУ надводного хода (первичные двигатели) и СЭД, обеспечивающие частичную электрификацию гребных винтов.
К разработке проекта первой советской ПЛ приступили в январе 1926 г. и 5 марта 1927 г. на Балтийском заводе произвели официальную закладку первых трех ПЛ I серии, впоследствии отнесенных к типу «Д» по первой букве названия головного корабля - «Декабрист» .
ЭУПЛ I серии двухвалъная. В состав ЭУ входили ДУ надводного хода и СЭД. На первых двух ПЛ I серии в качестве двигателей надводного хода применялись шестицилиндровые компрессорные дизели германской фирмы МАЛ, которые в начале 20-х гг. были поставлены Германией для первых советских тепловозов серии «Э-Эл-2». Эти двигатели могли развивать мощность до 882 кВт при 450 об/мин в течение 1 ч. Длительная же их работа гарантировалась при мощности в 809 кВт и 525 об/мин. Нередко у них происходили задиры поршней [56]. В 1926 - 1927 гг. отечественной промышленностью был создан компрессорный нереверсивный дизель для ПЛ марки 42Б6 мощностью 809 кВт. Длительные испытания подтвердили его надежность и экономичность.
Для технического руководства постройкой ПЛ на Балтийском заводе и разработки рабочих чертежей и технической документации 1 ноября 1926 г. было организовано специальное техническое бюро — Техбюро № 4 - во главе с Б. М. Малининым. Эти дизели пошли в серийное производство и устанавливались затем на последующих ПЛ I серии [81]. Они обеспечивали ПЛ I серии надводную скорость 14,6 уз (в приемном акте «Декабриста» зафиксирована наибольшая надводная скорость 15,3 уз). Дизели устанавливались в шестом отсеке, здесь же находились разобщительные муфты двух гребных валов, цистерны смазочного масла и вспомогательные механизмы. Цистерны смазочного масла (масляные цистерны) располагались также и в 4-м отсеке. Общий запас топлива 128 т, из которого во внутренних топливных цистернах находилось 39 т, остальные 89 т были размещены в четырех бортовых балластных цистернах (№ 5, 6, 7, 8). Глушители двухтельные с охлаждением циркуляционной водой.
В состав СЭД входили Б ЧЩЩЩ) 0 ГЭД и АБ. ГЭД ПГ-20 с двумя IQ Q \f) якорями разной мощности (386 и Г70р1Ш1Ц 18 кВт), являвшиеся главными двигателями подводного хода и электродвигателями экономического хода, обеспечивавшими длительное плавание под водой экономической скоростью, а также их станции управления, размещались в 7 (кормовом торпедном) отсеке ПЛ. Якоря малой мощности обеих электродвига- [ телей экономического хода могли переключаться с параллельного соединения между собой на р последовательное, что приводило к уменьшению напряжения на их щетках до 60 В при сохранении полного напряжения в обмотках возбуждения. В таком режиме была достигнута подводная скорость 2,9 уз в течение 52 ч. Это соответствовало дальности подводного плавания в 135 миль. ГЭД позволяли развивать подводную скорость около 9 уз в течение 2 ч. Это отвечало высшим требованиям того времени, но было достигнуто лишь после длительной и упорной работы по усовершенствованию обводов выступающих частей корпуса [29].
АБ была разделена на четыре группы с возможностью их последовательного или параллельного соединения. АБ размещалась во втором (1-я группа), третьем (2 и 3-я группы) и пятом (4-я группа) отсеках ПЛ. Аккумуляторные ямы были герметичными, имели систему батарейной вентиляции и печи дожига водорода. В каждой группе АБ было по 60 свинцовых элементов марки «ДК». Номинальное напряжение на шинах главной станции могло меняться от 120 до 240 В, при этом аккумуляторные группы соединялись последовательно только попарно.
Разобщение дизелей от гребных валов производилось с помощью фрикционных конических муфт фирмы «Бамаг», ГЭД - кулачковыми муфтами. Впервые в подводном кораблестроении на ПЛ I серии предусматривалось использование упорных подшипников Митчеля [23].
Главным строителем и ответственным сдатчиком ПЛ I серии на Балтийском заводе был К. Ф. Терлецкий, на заводе № 196 (г. Николаев) - Г. М. Сини-цын — начальник Бюро подводного плавания завода (он же был назначен и ответственным сдатчиком). Сдаточным механиком ПЛ I серии, строившихся на Балтийском заводе, был Г. М. Трусов. Ответственным представителем Коломенского завода на Балтийском заводе и руководителем монтажа дизелей на лодках был инженер Н. А. Монин, на Николаевском заводе — Д. Г. Адашев. Большой вклад в создание ЭУ ПЛ I серии внесли инженерно-технические работники этих заводов: Д. Я. Карнов, В. П. Лавинский, К. И. Сирота и др. Большой вклад в дело отработки механизмов, систем и устройств новых лодок внес личный состав и, в частности командиры и инженер-механики — Б.А. Секунов и М.И. Матросов («Декабрист»); М.К. Назаров и Н.П. Ковалев («Народоволец»); К.Н. Грибоедов и К.Л. Григайтис («Красногвардеец»); B.C. Сурин и Т.Н. Гуш-левский («Революционер»); М.В. Лошманов и П.И. Козлов («Спартаковец»); Н.А. Жимаринский и Д.Г. Водяницкий («Якобинец»). Строительство первых шести советских подводных минных заградителей II серии (типа «Ленинец) было предусмотрено принятой в ноябре 1926 г. первой программой военного судостроения (рис. 27). Выбрав в качестве прототипа торпедную ПЛ «Декабрист» (I серии), проектировщики (инженеры и конструкторы Балтийского завода во главе с Б.М. Малининым) внесли в ее конструкцию ряд принципиальных изменений, обусловленных необходимостью размещения минного оружия и выполнения требований ТТЗ. В ходе проектирования были также учтены результаты обследования и детального изучения устройства английской ПЛ L-55, потопленной в 1919 г. на Балтике и летом 1928 г. поднятой экспедицией подводных работ особого назначения.
На дизелях ПЛ «Карбонарий», строившейся в Николаеве для Черного моря, было установлено наддувочное устройство типа «Бюхи» конструкции фирмы «Броун-Бовери». По расчетным данным наддув увеличивал мощность каждого дизеля до 1104 - 1178 кВт. Все чертежи размещения наддувочного устройства разрабатывались в КБ завода № 198. Впоследствии, во время испытаний ПЛ было установлено, что при работе дизелей на полной мощности сильно повышается температура воздуха в дизельном отсеке. Кроме того, установка агрегата Бюхи вызвала стесненность в размещении механизмов в отсеке в такой степени, что становилось невозможным обслуживать дизелей. В связи с этим устройство Бюхи с ПЛ пришлось снять [21]. 1
Принципиальная схема автономной группы движения ПЛII серии: 1 - дизель; 2 - главный гребной электродвигатель; 3 - аккумуляторная батарея; 4 - гребной электродвигатель экономического хода; 5 - разобщительные муфты; 6 - главный упорный подшипник; 7 - кабели электропередачи; 8 - редукторная передача; 9 - гребной винт
В состав СЭД входили главные ГЭД (ГГЭД), ГЭД экономического хода (ЭХ) и АБ. ГТЭД двухъякорные с якорями равной мощности (по 239 кВт при 340 об/мин) с возможностью их переключения с параллельного на последовательное соединение (при полном ходе якоря включались параллельно, на малом - последовательно). ГЭД ЭХ мощностью по 22 кВт при 800 об/мин с редуктор-ной передачей мощности на гребные винты (зубчатая передача). Общий КПД установки снижался из-за потерь в зубчатой передаче.
АБ состояла из трех групп по 112 элементов типа «ЛС» в каждой. Общее число элементов по сравнению с АБ ПЛ I серии увеличилось, но размеры и емкость каждого из них уменьшились. Это обеспечивало им более интенсивное охлаждение и позволяло рассчитывать на возможность форсирования разрядных режимов (например, при резком увеличении подводной скорости). Преимуществом новых аккумуляторов оказалась допустимость разряда большим током (1,3-ч вместо 2-ч на «Декабристе») [23]. В связи с переходом к нечетному числу групп пришлось отказаться от возможности их переключения на последовательное соединение и фиксировать постоянное номинальное напряжение в 220 В. Время полной зарядки АБ равнялось 12 ч.
Напряжение тока вспомогательных электромеханизмов было 220 В в отличие от I серии, где напряжение тока было ПО В. Для регулирования напряжения электрического тока, идущего на судовое освещение, а также на работу некоторых электромеханизмов, был установлен вольтопонижающий агрегат,» поддерживающий постоянное напряжение тока независимо от напряжения АБ. На «Декабристе» для этой цели применялись реостаты.
На ПЛ типа «Л» не сразу была решена проблема, связанная с размещением АБ. Поначалу, в целях выигрыша в габаритах жилых помещений, по примеру «L-55», АБ устанавливали в открытых ямах, закрывавшихся сверху съемными деревянными щитами, покрытым для герметичности резиновым ковром, которые служили одновременно полом жилых помещений. Батарейная вентиляция была принята общеямовой (индивидуальная вентиляция каждого элемента отсутствовала). Такое конструктивное решение оказалось неудачным, т.к. не обеспечивало эффективную вентиляцию АБ, в аккумуляторных отсеках происходило скопление водорода до опасных концентраций. Вследствие этого на ПЛ произошло несколько взрывов. Аккумуляторные ямы на ПЛ II серии были переделаны на изолированные с усиленной вентиляцией, а позже были установлены приборы каталитического окисления водорода типа «КП» (предотвращали повышение концентрации водорода в отсеках до опасных значений), разработанные инженерами НИВК1 М. М. Четвертаковым и Е. Н. Гурфейном. Прибор был основан на каталитическом окислении водорода кислородом воздуха отсека при помощи платинового катализатора. Количество приборов рассчитывалось таким образом, чтобы содержание водорода в отсеках во всех случаях не превышало 2,5 %, т. е. было ниже того содержания, при котором может образоваться гремучая смесь.
Большой вклад в дело отработки механизмов, систем и устройств лодки в целом внесли наблюдающие Мортехупра Н.В. Алексеев, В.Ф. Критский, Т.И. Гушлевский, Я.Я. Петерсон, а также командиры и инженер-механики ПЛ А.Г. Булавинец и Ю.М. Серебряков («Ленинец»); Г.А. Иванов и А.П. Медведев («Сталинец»); А.А. Пышнов и В.В. Матвеев («Фрунзенец»).
После учета накопленного опыта проектирования, строительства и эксплуатации проект ПЛ II серии был переработан и практически был создан новый проект, сначала XI серии, а несколько позже XIII серии.
В 1932 г. HTKM был расформирован. Вместо него был создан ряд научно-исследовательских инсти
тутов Военно-Морских Сил РККА, в том числе Научно-исследовательский институт военного кораблестроения
(НИВК), начальником которого был назначен Н. В. Алякринский. " ЭУ ПЛXI серии (первоначально П-бис серия) имела следующие отличия: были сняты ГЭД ЭХ за счет обеспечения экономической скорости ГТЭД 84/50 + 84/50 (мощность 478 кВт); обеспечено продувание главного балласта дизелями; между ГТЭД и упорным валом кулачная муфта была заменена фрикционной муфтой типа «Бамаг», которую можно было быстро выключать при переходе от заряда АБ на работу дизеля; перья рулей сделаны профилированными, авиационного типа; на упорном подшипнике линии вала установлен упоромер; станция управления ГТЭД разделена на две части и размещена по бортам. Глушитель сделан двухтельным по образцу ПЛ X серии
В новом проекте (XIII серия) с целью улучшения ходкости в надводном положении увеличили относительное удлинение лодки за счет увеличения на 5 м длины лодки и уменьшения на 0,25 м диаметра прочного корпуса.
Предполагалось установить новые, более мощные дизеля марки 47ЛН8 мощностью 1472 кВт, которые с учетом новых обводов корпуса лодки должны были обеспечить полную скорость надводного хода 18 уз вместо 14,5 уз на XI серии. Увеличивались полезный запас топлива и районы плавания в надводном положении. В связи с тем что к моменту готовности ПЛ XIII серии дизеля марки 47ЛН8 еще не были готовы, были временно установлены дизели 42БМ6. Фундаменты дизелей, дизельные трубопроводы и валопроводы были выполнены таким образом, что обеспечивалась последующая замена временных дизелей на штатные без каких-либо переделок трубопроводов и линии вала. Однако в дальнейшем были выявлены крупные дефекты в конструкции дизелей 47ЛН8, и они были заменены дизелями марки 1Д1.
Устанавливалась АБ из двух групп по 112 элементов типа «КСМ» в каждой, вместо трех групп по 112 элементов типа «ЛС» на XI серии. При этом емкость аккумуляторной батареи сохранялась, и одновременно значительно улучшалось внутрилодочное размещение. Район плавания экономическим подводным ходом получался по новому проекту 150 миль вместо 135 миль на XI серии. Батарейная вентиляция была индивидуальной. Кроме того, была предусмотрена и общеямовая вентиляция, которая одновременно служила для целей охлаждения батареи.
На ПЛ XIII серии сменить временные дизели на штатные не успели, на них остались дизели 42БМ6. В состав СЭД входил всережимный ГГЭД ПГ9 мощностью 478 кВт. Вместо дистиллятора фирмы «Энгиш», который плохо работал на лодках XI серии, был установлен дистиллятор конструкции НИВКа, изготовленный Балтийским заводом [21].
ПЛ XIII серии предназначались для ТОФ и строились на Балтийском заводе («Л-13», «Л-14», «Л-18» и «Л-19») и на заводе № 198 в Николаеве («Л-15», «Л-16» и «Л-17»), затем перевозились секциями на железнодорожных транспортерах во Владивосток и достраивались на Дальзаводе. Как правило, на Дальзаводе большая часть технических вопросов, в том числе и по ЭУ, решалась на месте. Главный конструктор завода П. П. Пустынцев и находящееся в его подчинении специальное конструкторское бюро (СКБ), занимавшееся ПЛ (начальник СКБ А. П. Соловьев), в процессе достройки и сдачи флоту значительного количества ПЛ накопило большой опыт и было достаточно компетентным, чтобы самостоятельно принимать решения по возникающим вопросам. Лишь в отдельных случаях для решения сложных и ответственных технических вопросов вызывались представители бюро-проектанта [61]. Еще большей самостоятельности достигло заводское СКБ, когда отдел главного конструктора совместно с отделом главного технолога и заводской лабораторией были объединены в Технический отдел, возглавлявшийся Б. Е. Бутомой (впоследствии министр судостроительной промышленности СССР).
