Главная > Развитие подводных лодок

Электрические подводные лодки

Последние годы 19 в. в подводном кораблестроении ознаменовались успехами Франции. В отличие от морского министерства России, не жаловавшего отечественных изобретателей, руководящие военно-морские круги Франции поддерживали энтузиастов подводного плавания.

В 1885 г. по заказу французского правительства инженер Клод Губэ спроектировал и построил одноместную подводную лодку водоизмещением около 1,5 т с веслами в качестве движителя. В район боевых действий она могла быть доставлена на борту броненосца или крейсера. Лодка оказалась неудачной и не была принята морским министерством. Через год Губэ построил новую лодку водоизмещением около 5 т с гребным электродвигателем, питающимся от аккумуляторной батареи. Эта лодка из-за недостаточной скорости оказалась неуправляемой в подводном положении.

Успехи французского подводного кораблестроения стали заметными с той поры, когда к созданию подводных лодок был привлечен видный конструктор надводных кораблей и дирижаблей Дюпюи де Лом. По его настоянию было решено перед серийной постройкой подводных лодок проводить испытания и исследования на опытном образце, который Дюпюи де Лом взялся спроектировать. Смерть помешала ему закончить проект, и его завершил талантливый инженер Густав Зеде.

Опытная подводная лодка Жимнот водоизмещением 31 т, корпус которой с заостренными оконечностями напоминал торпеду, вошла в строй в 1888 г. В качестве двигателя (единого для надводного и подводного хода) на ней был применен электромотор мощностью 50 л. с. с питанием от аккумуляторной батареи массой 9,5 т, что составило почти 30 % от водоизмещения корабля. Кроме электроэнергетической установки на Жимноте реализовали и другие нововведения. Например, изменение глубины осуществлялось не только заполнением балластных цистерн, но и с помощью горизонтальных рулей. Отклонение от заданного курса контролировалось следящей системой, связанной с гирокомпасом. Лодку испытали по широкой программе. Скорость составила 7/5 уз, а дальность плавания 65/45(3) миль. Испытания позволили не только проверить на практике конструктивные решения, но и получить много экспериментальных данных, необходимых при проектировании.

После испытаний Жимнота в 1889 г. Зеде получил заказ на более крупную опытную подводную лодку Сирена водоизмещением 266/272 т, корпус которой был выполнен из бронзы. Как и Жимнот, лодка была оснащена электрической установкой. Относительно большое водоизмещение позволило разместить на ней мощную аккумуляторную батарею, обеспечивающую скорость 12/10 уз. Зеде не удалось закончить постройку лодки. Во время испытаний пороховых торпед он был тяжело ранен и вскоре скончался, а Сирену, позже переименованную в Густав Зеде, достраивал инженер-кораблестроитель Ромацоти.

Испытания лодки завершились лишь в 1898 г. демонстрацией боевых возможностей. На Тулонском рейде она удачно провела торпедные атаки линейных кораблей, один из которых стоял на якоре, а другой шел со скоростью около 10 уз. На маневрах французского флота в 1901 г. Густав Зеде, скрытно проникнув на рейд, всплыл в 200 м от стоявшего на якоре броненосца и выпустил торпеду. Внезапная атака произвела потрясающее впечатление. Один из адмиралов, до того считавшийся принципиальным противником подводного флота, вспоминал:

...Волосы встали у меня дыбом на голове при виде вынырнувшей лодки. Ничего подобного я себе не мог даже вообразить и теперь вполне понимаю, что броненосцы уже не единственные господа моря.

Но Густав Зеде продемонстрировал не только достоинства. Несмотря на три пары горизонтальных рулей, лодка плохо управлялась на подводном ходу, рыскала на глубине, заливалась и плохо всходила на волну в надводном положении. Даже открыть верхнюю крышку входного люка в шторм представляло для командира весьма рискованную операцию. Обходиться только перископом для наблюдения за обстановкой было практически невозможно, так как объектив захлестывало набегающими волнами и потоком брызг. Несмотря на мощную аккумуляторную батарею, дальность плавания полным ходом в надводном положении составила 175 миль при скорости 5 уз. А ведь для зарядки батареи лодка должна была каждый раз возвращаться в базу. С такой дальностью плавания и низкими мореходными качествами ее можно было использовать только в прибрежной зоне, а не в открытом море, где находились надводные корабли и транспортные суда противника.

Так называемый улучшенный проект, по которому в конце 19 в. была построена первая серия французских боевых подводных лодок, во многом подтвердил недостатки прототипа. Но, несмотря на все эти недостатки, средства, затраченные на создание экспериментальных подводных лодок, окупились сторицей. Опыт их проектирования, постройки, испытаний и эксплуатации позволил разработать основные принципы конструирования подводных кораблей, избежать в будущем гораздо больших затрат и, что немаловажно, выиграть время.

Низкие мореходные качества французских электрических подводных лодок являлись следствием очень малого запаса плавучести - одной из первостепенных характеристик подводного корабля.

По современной терминологии подводная лодка может плавать в следующих основных положениях, каждому из которых соответствует определенное водоизмещение: крейсерское - основное надводное положение; позиционное - промежуточное надводное положение, которое используется как переходное при погружении и всплытии (над поверхностью воды находятся только ограждение рубки и палуба надстройки), что снижает возможность обнаружения лодки и сокращает время ее погружения под воду; подводное положение. Из крейсерского в позиционное и подводное положение лодка переходит с помощью балластных цистерн, которые заполняются забортной водой, а при всплытии освобождаются от нее. Количество воды, принимаемой в балластные цистерны, прямо связано с запасом плавучести, который определяется надводным непроницаемым объемом лодки. При плавании в подводном положении лодка не имеет запаса плавучести. Обычно запас плавучести выражается в процентах от крейсерского водоизмещения лодки. С ростом запаса плавучести в надводном положении улучшаются непотопляемость лодки и ее мореходные качества, но при этом возрастают габариты, ухудшаются скрытность, ходовые и маневренные качества в подводном положении и, что весьма важно, увеличивается время погружения.

Запас плавучести у французских электрических подводных лодок составлял всего 3-8 %.

Не менее серьезным недостатком чисто электрических подводных лодок являлась весьма ограниченная дальность плавания. Еще в процессе испытаний Густава Зеде с целью экономии энергии аккумуляторной батареи проводились опыты буксировки лодки надводным кораблем до предполагаемых районов боевых действий. Рассматривался вариант сопровождения электрических лодок крупным надводным кораблем, специально оборудованным для их буксировки, конвоирования и зарядки аккумуляторных батарей. Было даже принято решение о переоборудовании для этих целей минного транспорта. Но от подобной идеи пришлось отказаться, так как в этом случае подводная лодка лишалась самостоятельности, будучи зависимой от обеспечивающего судна, и теряла свое главное достоинство - скрытность.

Кроме того, серьезным недостатком электрической установки являлась сложность изменения частоты вращения гребного электродвигателя. По условиям плавания любого корабля необходимо в широком диапазоне изменять его скорость, а следовательно, и число оборотов гребного винта. В рассматриваемый период времени электродвигателей с переменной частотой вращения не существовало. Частоту вращения можно было изменять посредством реостата, но при этом могла быть получена разность в оборотах всего лишь около 3 % от полных. Чтобы выйти из положения, лодки оборудовали очень сложным пусковым устройством, которое для изменения скорости корабля последовательно выполняло следующие операции: включало ток в якоре электродвигателя, смещало щетки, меняло направление тока и посредством реостата замыкало ток. Изменение числа оборотов достигалось переменой напряжения на клеммах гребного электродвигателя.

Для этой цели аккумуляторная батарея была разделена на 6 групп элементов таким образом, что можно было изменять число групп, включаемых параллельно и последовательно (от 6 групп параллельно, что обеспечивало напряжение 50 В, и до 6 групп последовательно-напряжение 300 В). Такой способ был очень неудобен, так как при каждом изменении скорости лодки требовалось значительное время для манипуляций по переключению групп и последующей корректировки оборотов в пределах вышеуказанных 3 % с помощью реостата. Кроме того, контроллер, пусковое устройство и батарейный переключатель занимали на лодке много места.

Для устранения этого недостатка одна из первых серийных французских электрических подводных лодок - Морзе - была оснащена гребным винтом с поворотными лопастями, позже получившим название "винт регулируемого шага" (ВРШ), позволявшим при работе гребного электродвигателя с постоянным числом оборотов, меняя шаг винта, довольно просто и быстро изменять скорость лодки. При остановке лопасти устанавливались в среднее положение, упор винта становился равным нулю и лодка теряла ход. Разворот лопастей в обратное положение обеспечивал реверс. С установкой ВРШ гребным электродвигателем стали управлять одним пусковым реостатом. Но ВРШ имел существенный недостаток. Его КПД был значительно меньше, чем у гребных винтов фиксированного шага, особенно вначале, когда лопасти представляли собой плоские пластины, что диктовалось сложностью механизма поворотного устройства, размещавшегося в ступице винта. Позже, когда лопасти начали изготовлять со спиральной поверхностью, КПД ВРШ удалось значительно повысить.