Главная > Развитие подводных лодок

Обращение к электричеству

Значительный вклад в развитие подводного кораблестроения внес Степан Карлович Джевецкий - незаурядный широко образованный инженер-новатор, приложивший свой талант ко многим областям науки и техники.

Проект подводной лодки Джевецкий начал разрабатывать в 1876 г. Строить ее пришлось на собственные средства, так как русское морское министерство не поддержало никому неизвестного изобретателя и отказало в финансировании. Небольшой одноместный корабль длиной около 5 м приводился в движение гребным винтом, вращаемым от педального привода. В 1879 г. Джевецкий продемонстрировал лодку па Одесском рейде командованию Черноморского флота и взорвал поставленную на якорь баржу, прикрепив к ее днищу мину.

После положительной оценки специально созданной комиссией боевых возможностей лодки Джевецкий разработал проект более крупного подводного корабля, который был построен в Петербурге на Невском заводе. Испытания прошли настолько успешно, что с учетом дополнительных пожеланий по заказу военно-инженерного ведомства изобретатель разработал проект, по которому в 1881- 1882 гг. была построена серия подводных лодок водоизмещением около 11 т из 50 единиц, предназначавшихся для обороны берегов в помощь приморским крепостям. Гребной винт вращали четыре человека с помощью педального привода. Вооружение составляли две мины, расположенные снаружи в углублениях корпуса и обладавшие положительной плавучестью. При нахождении лодки под неприятельским кораблем мины отсоединялись, всплывали и прижимались к днищу корабля, после чего их взрывали из лодки, отошедшей на безопасное расстояние. Воздушный компрессор системы регенерации воздуха (с приводом от гребного вала) прогонял воздух через раствор едкого натра, поглощавшего углекислый газ, после чего воздух снова поступал в лодку. К регенерированному воздуху периодически добавлялся кислород из баллона. Головная лодка серии была подвергнута всесторонним испытаниям, которые прошли успешно.

Для изобретателя все складывалось весьма удачно. Получено признание и материальное благополучие. Можно бы и успокоиться. Но не таков был С. К. Джевецкий. Всегда неудовлетворенный собой, он понимал, что небольшие подводные лодки с педальным приводом не имеют будущего. Так оно и случилось. Спустя пять лет после постройки лодки были признаны утратившими боевое значение и поставлены на прикол, либо переоборудованы в плавучие бакены. Джевецкий увлекся новой идеей.

Техническое решение, получившее на долгие годы прописку в подводном плавании, впервые было предложено в 1854 г. нашими соотечественниками инженером-технологом А. Николаевым и морским инженером Н. Гилленшмидтом, разработавшими проект подводной лодки, гребной электродвигатель которой должен был получать электропитание по проводам от батареи гальванических элементов, размещенной на борту обеспечивающего судна. Несколько позже с подобным предложением выступили французский профессор Дэви и англичанин Ньютон. Но первым построил электрическую подводную лодку в период гражданской войны в США инженер - северянин Олститт.

Олститт пошел дальше своих предшественников, разместив батарею гальванических элементов на борту подводной лодки, что сделало ее независимой от внешнего источника энергии. Не исключено, что Жюль Верн "оснастил" свой Наутилус электрической установкой под влиянием появившейся в то время подводной лодки Олститта. Больше того, на подводной лодке Олститта электрическая установка предназначалась только для подводного хода, а для надводного была установлена паровая машина. Смелая и рациональная идея изобретателя не была подкреплена соответствующими техническими возможностями. Если паросиловые установки в ту пору достигли значительного совершенства не только в отношении надежности, но и в части массогабаритных показателей, то гальванические элементы имели очень большую удельную массу. В результате Олститту удалось разместить на лодке маломощный источник электроэнергии, с которым она могла развить незначительную скорость и имела недопустимо малую дальность плавания в подводном положении.

Шло время. Появились и нашли применение в промышленности более совершенные электродвигатели, динамомашины и другое электрооборудование. В 70-х годах появились электрические аккумуляторы. Батарея гальванических элементов, кроме того что была очень тяжелой, после разрядки требовала замены, в то время как аккумуляторную батарею можно было периодически подзаряжать, не снимая с подводной лодки.

Значительный вклад в создание и совершенствование электрических аккумуляторов внес русский ученый В. Н. Чиколев, который в 1873-1877 гг. разработал аккумулятор из свинцовых пластин, покрытых суриком. Пластины, разделенные прокладками из пергамента, собирались в пакеты и заливались раствором кислоты. Но чиновничий аппарат царской России в очередной раз пренебрег предложением соотечественника. Между тем идею Чиколева реализовал и запатентовал в 1884 г. французский ученый К. Фор. В дальнейшем свинцово-кислотный аккумулятор был усовершенствован электротехником Д. А. Лачиновым, которому также не удалось реализовать свое изобретение в России, чем воспользовался соотечественник Фора - инженер Ле Монто. В 1883 г. крупный русский специалист в области мин и корабельной электротехники флотский офицер Е. П. Твертинов разработал аккумулятор с решетчатыми пластинами, получивший широкое распространение.

Свинцово-кислотный аккумулятор в простейшем варианте представляет собой эбонитовый бак, в котором находятся две свинцовые пластины. Электролитом служит раствор серной кислоты определенной плотности. Если к пластинам подвести постоянный ток, то под воздействием электрохимических процессов на пластине, соединенной с положительным полюсом источника тока, будет образовываться перекись свинца, а на другой, соединенной с отрицательным полюсом, - губчатый свинец. Электрическая энергия, таким образом, в процессе заряда аккумулятора преобразуется в химическую. В этом состоянии электрическая энергия может сохраняться долгое время, ограниченное лишь так называемым саморазрядом, то есть способностью аккумулятора саморазряжаться за счет существования практически неизбежной электропроводности между его зажимами. Если по окончании заряда зажимы аккумулятора соединить проводником, то по нему пойдет ток. В процессе разряда перекись свинца на положительной пластине и губчатый свинец, на отрицательной переходят в окись свинца, то есть процесс идет в обратном направлении с превращением химической энергии в электрическую.

Напряжение аккумуляторных элементов невелико, всего 2-2,5 В, поэтому их последовательно соединяют между собой, формируя батарею. Однако и после этого суммарная емкость батареи остается относительно небольшой. Можно было бы увеличить количество элементов в батарее, но у них большая удельная масса. Низкие массогабаритные показатели считались и продолжают считаться специфическим недостатком источников тока этого типа.

В рассматриваемый период, когда отсутствовали достаточно надежные подводные двигатели, аккумуляторная батарея открывала возможность существенно улучшить тактико-технические элементы подводных лодок, и С. К. Джевецкий, одним из первых оценивший эту перспективу, предпринял конкретные шаги к ее реализации. В 1883 г. он предложил военно-инженерному ведомству, в ведении которого находились серийные подводные лодки его конструкции, в виде опыта модернизировать две из них, заменив педальный привод электромотором, питающимся от аккумуляторной батареи.

Изобретатель не ограничился применением электричества на модернизируемых лодках, решив оснастить одну из них гребным винтом, а вторую водометным движителем. Джевецкий был хорошо информирован о неудачных попытках применения водометного движителя в кораблестроении, но руководствовался не столько желанием повысить эффективность движителя, что считали главным вес изобретатели, применявшие до этого водомет, сколько стремлением уменьшить сопротивление лодки и тем самым увеличить ее подводную скорость. Джевецкий полагал, что убрав с корпуса выступающие части и в том числе гребной винт, который также относил к ним, считая что он создает наибольшее сопротивление, удастся значительно снизить сопротивление подводной лодки. Кроме того, на водометный движитель Джевецкий возлагал функцию управления кораблем и рассматривал это как первостепенное его достоинство.

На подводной лодке с водометным, или, как его называл Джевецкий, гидрореактивным движителем, забортная вода засасывалась центробежным насосом через трубу, проходящую сквозь носовую часть корпуса, и отводилась за борт по двум трубам, оборудованным поворотными насадками. При помощи привода насадки изнутри лодки можно было поворачивать отверстиями назад или вперед, а также вверх и вниз, благодаря чему осуществлялись передний или задний ход лодки, ее погружение или всплытие. Движитель позволял управлять лодкой и в горизонтальной плоскости, в связи с чем отпадала необходимость в вертикальном руле, также являвшемся выступающей частью. Для этой цели на обеих отливных трубах были предусмотрены клапаны, открытием и закрытием которых регулировался приток воды в каждую из труб в отдельности, что позволяло подводной лодке выполнять не только повороты, но быстро разворачиваться на обратный курс и притом без хода. Это была первая в мире подводная лодка, на которой движитель предназначался не только для движения, но и для управления. Кроме того, насос движителя мог использоваться для откачки воды из балластных цистерн при всплытии подводной лодки и как водоотливное средство при авариях, сопровождающихся поступлением воды внутрь корпуса.

Получив одобрение, Джевецкий в 1885 г. закончил переоборудование лодок, несмотря на серьезные трудности с поставкой электродвигателей и аккумуляторных батарей французской фирмой "Бреге", которая внезапно отказалась от заказа, поставив под угрозу срыва срок окончания работ. В создавшейся обстановке Джевецкий, со свойственной ему предприимчивостью, самостоятельно спроектировал и организовал изготовление указанного электрооборудования, которое оказалось настолько удачным, что получило премию на Третьей петербургской электрической выставке 1886 г.

Обе подводные лодки были испытаны на Неве. Винтовая развила скорость около 4 уз, а водометная - менее 3 уз. Кроме того, водометный движитель оказался чрезмерно сложным в эксплуатации. Забегая вперед, отметим, что еще не раз в конце 19 и начале 20 в. водомет привлекал к себе внимание конструкторов кораблей, но в конечном счете всех их постигла неудача, и движитель этого типа надолго заработал себе репутацию бесперспективного в кораблестроении. Надолго, но не навсегда...

Несмотря на весьма скромные результаты испытаний, Джевецкий продолжал считать, что электрические подводные лодки намного эффективнее приводимых в движение мускульной силой человека, и добивался переоборудования лодок с педальным приводом в электрические. В 1887 г. он пишет на имя управляющего министерством:

...Я беру на себя смелость вновь ходатайствовать перед Вашим превосходительством о предоставлении мне возможности к осуществлению вышеупомянутого проекта, тем более, что в настоящее время, когда внимание иностранных правительств обращено на столь важную сторону военного дела, как подводная лодка, учреждены конкурсы на лучшие в этой области изобретения, а некоторыми правительствами уже и сооружены подобные аппараты с применением электрических двигателей, представляется несомненно желательным довести до конца начатое впервые в России дело, на которое уже затрачено столько усилий и средств...

Доводы изобретателя не встретили поддержки в морском министерстве, руководители которого сторонились новаторских решений и не давали им ходу.

В то же время, как указывал Джевецкий, за рубежом строились электрические лодки. В 1886 г. на Темзе была испытана подводная лодка английских инженеров Кемпбелла и Аша водоизмещением около 250 т, на каждый из двух гребных валов которой работал электродвигатель мощностью 25 л. с. Лодка могла идти около 10 ч в надводном положении со скоростью 8 уз и в подводном со скоростью около 4 уз. Плохие мореходные качества и чрезмерная сложность подготовки торпедных аппаратов к стрельбе (водолаз выходил на верхнюю палубу) вынудили англичан отказаться от серийной постройки таких подводных лодок. Примерно в это же время к созданию электрических подводных лодок приступила Франция.

А Джевецкий? В 1892 г. он выступил с предложением строить "водобронные" корабли и с одобрения Морского технического комитета при участии будущего академика А. Н. Крылова разработал проект "водобронного" миноносца водоизмещением около 550 т, вооруженного торпедами, артиллерийскими орудиями и пулеметами. Необычный корабль состоял из двух частей: погружающегося основного стального корпуса и расположенной над ним узкой деревянной надстройки, заполненной пробкой, которая играла роль поплавка. При плавании в подводном положении использование надстройки, естественно, исключалось. Для погружения в "водобронное" положение в балластные цистерны принималось около 60 т забортной воды, после чего открывались отверстия у ватерлинии в надстройке, через которые заполнялось водой все межпалубное пространство и над водой оставалась лишь надстройка. В таком положении все жизненно важные части миноносца были защищены почти двухметровым слоем воды. Испытания специально изготовленного плавучего отсека, копирующего среднюю часть корабля, показали, что он будет неуязвим даже для 150-мм снарядов.

Проектная скорость миноносца в надводном положении составляла 25, в "водобронном" - 19 и в подводном - 15 уз. В качестве двигателей надводного хода предусматривались три паровые турбины мощностью 2000 л. с. каждая, пар к которым поступал от котлов с нефтяным отоплением. Ход в подводном положении и реверс обеспечивал гребной электродвигатель, расположенный в водонепроницаемой выгородке надстройки и получавший питание от аккумуляторной батареи. Замечательным нововведением являлось предусмотренное при плавании в надводном и "водобронном" положениях использование гребного электродвигателя с приводом от турбины в качестве электрогенератора для зарядки аккумуляторной батареи.

Руководители морского министерства проект встретили скептически. По замечаниям Морского технического комитета Джевецкий в течение почти десяти лет несколько раз его перерабатывал, но каждый раз ему предъявляли все новые и новые требования. Своей нерешительностью и нежеланием брать на себя ответственность чиновники морского министерства в очередной раз не дали хода отечественному изобретению, опережавшему во многом зарубежную техническую мысль.

Подводные лодки конца 19 в. не представляли реальной угрозы для надводных кораблей, главным образом, из-за низких ходовых качеств. Броненосцы той поры могли развивать скорость около 18 уз, а миноносцы и истребители приблизились к 30-узловому барьеру. Кроме того, надводные корабли могли действовать в большем удалении от баз. Что могли противопоставить им подводные лодки с чрезвычайно малой скоростью и совершенно недостаточной дальностью плавания?