Главная > Развитие подводных лодок

В чем суть проблемы?

Чтобы подводная лодка двигалась с постоянной скоростью, необходим движитель с тягой, равной величине преодолеваемого лодкой сопротивления воды. Приходится учитывать, что далеко не вся мощность двигателя расходуется на преодоление этого сопротивления. При передаче мощности от двигателя и преобразовании ее в упор, создаваемый движителем, происходят потери, определяемые в основном КПД движителя, взаимодействием движителя с корпусом лодки и в меньшей мере трением в подшипниках валопровода и передачи от двигателя к движителю.

Работа, совершаемая силой тяги в единицу времени при движении подводной лодки со скоростью V, равна мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления воды, которую называют буксировочной Ne и определяют по формуле Ne = Rt*V/75, где Rt - полное сопротивление.

Зная Ne, можно найти мощность, которую нужно подвести к движителю, - валовую мощность Nw: Nw = Ne/nd, где nd - пропульсивный коэффициент, равный произведению КПД движителя на коэффициент, учитывающий взаимодействие движителя с корпусом.

Пропульсивный коэффициент - очень важный показатель, характеризующий степень использования мощности энергетической установки для получения заданной скорости, иными словами - коэффициент полезного действия системы корабль - движитель. Если он равен 0,5, а примерно таким он был у подводных лодок конца 20 - начала 30-х годов, это значит, что 50% мощности энергетической установки в создании силы тяги не участвуют и безвозвратно теряются. Таким образом, при увеличении пропульсивного коэффициента на подводной лодке с заданным водоизмещением можно уменьшить мощность энергетической установки, не снижая скорости, либо увеличить скорость при сохранении мощности установки.

Но главная трудность в достижении подводной лодкой (как и любым кораблем или судном) большой скорости заключается в том, что с ее увеличением резко возрастает сопротивление воды и, соответственно, расходуемая на его преодоление мощность энергетической установки, которая в надводном положении изменяется (приблизительно) пропорционально кубу скорости, а в подводном - ее квадрату. Если произвести сугубо ориентировочный расчет применительно, например, к английской подводной лодке Оберон (1926 г.) водоизмещением 1311/1805 т с энергетической установкой мощностью 2950/1350 л. с. и скоростью 15/9 уз, то получим, что для увеличения ее скорости вдвое мощность установки надводного хода пришлось бы увеличить в восемь раз, а установки подводного хода - в четыре раза. Следовательно, на той же подводной лодке пришлось бы размещать установку мощностью 23 600/5400 л. с. и соответствующий запас топлива. В конкретных цифрах это выглядело бы так. Масса энергетической установки Оберона составляла 75/102 т, т. е. в сумме - 177 т. При увеличении скорости лодки вдвое, масса установки возросла бы примерно до 590/405 т, составив в сумме 995 т. А ведь еще пришлось бы размещать возросший запас топлива! Отсюда ясно, что увеличить скорость подводной лодки не только в два раза, а даже на несколько узлов, на один узел - задача чрезвычайно сложная.

С надводным ходом дело обстояло несколько проще. Рост скорости и дальности плавания лодок в надводном положении в значительной степени объяснялся успехами дизелестроения и, в первую очередь, увеличением агрегатной мощности дизелей при одновременном снижении их удельной массы, что позволяло существенно повысить энерговооруженность лодок в надводном положении. Так, если в 1914-1918 гг. удельная масса лодочных дизелей составляла 30-35 кг/л. с., то через 15- 20 лет, она не превышала 13-17 кг/л. с. Если на французских подводных лодках типа Редутабль водоизмещением 1384/2080 т, строительство которых было начато в 1922 г., мощность дизелей составляла 6000 л. с. и скорость надводного хода равнялась 17 уз, то на сопоставимых по водоизмещению лодках типа Роланд Марилот, построенных во Франции в конце 30-х годов, удалось разместить дизели мощностью 12 тыс. л. с. и получить скорость 23 уз.

Изменились и способы использования дизельных установок. На больших подводных лодках начали устанавливать вспомогательные дизель-генераторы, не имеющие жесткой связи с гребным валом. В обычных условиях вспомогательный дизель-генератор использовался для зарядки аккумуляторной батареи, что позволяло сохранять ресурс главных двигателей, работающих только на гребные винты, и повышало их надежность, так как двигатель дизеля на малых нагрузках работает неэкономично и быстро изнашивается. Кроме того, вспомогательный дизель-генератор можно использовать для питания вспомогательных электромеханизмов при надводном ходе, а также для питания гребных электродвигателей при экономическом надводном ходе. При необходимости можно, используя всю мощность вспомогательного дизель-генератора, увеличивать скорость полного надводного хода. В таком режиме гребные электродвигатели, получающие питание от вспомогательного дизель-генератора, работали на гребной вал совместно с главными двигателями.

Намного сложнее обстояло дело с электроэнергетическими установками, обеспечивающими подводный ход. Их удельная масса практически оставалась неизменной - на уровне 65-76 кг/л. с. Этим объясняется застой в увеличении скорости подводного хода лодок, которая не превышала 10 уз, а у подавляющего большинства лодок составляла 7-8 уз. При этом аккумуляторная батарея разряжалась в течение 1-1,5 ч, после чего для ее зарядки лодка должна была всплыть и находиться в надводном положении 6-8 ч. Правда, время нахождения лодки в подводном положении могло быть значительно увеличено за счет снижения скорости, как, например, у одной из немецких подводных лодок постройки 30-х годов:

Но это была вынужденная экономия на и без того небольшой скорости подводного хода - важнейшем тактическом элементе подводного корабля. Вот почему командиры подводных лодок при каждой возможности стремились плавать в надводном положении, жертвуя главным преимуществом - скрытностью. Над ними постоянно, как дамоклов меч, нависала опасность израсходовать энергозапас аккумуляторной батареи, который в любой момент мог стать крайне необходимым.

Для существенного увеличения скорости и дальности плавания лодок в подводном положении нужны были источники энергии с удельной массой гораздо меньшей, чем у аккумуляторной батареи. Надеяться на кардинальное улучшение этого показателя, в силу известной специфики электрических аккумуляторов, оснований не было. Не располагая более эффективными подводными источниками энергии, задачу увеличения скорости подводного хода и дальности плавания лодок приходилось решать в основном за счет применения более мощных аккумуляторных батарей. Подход к этому вопросу не был одинаковым. Во французском и итальянском подводных флотах стремились к максимально возможному увеличению мощности батарей. Так, во Франции масса элемента лодочной аккумуляторной батареи изменялась последовательно от 120 кг на первых лодках до 225 кг на лодках, заложенных в 1903 г., и 640 кг на лодках периода первой мировой войны. В Германии и Англии подход был иным и подводные лодки этих стран оснащались более легкими, а следовательно, менее мощными батареями. Это видно на примере сравнения доли массы аккумуляторных батарей в зависимости от водоизмещения французских и немецких подводных лодок:

Соответственно отличались и ходовые качества лодок. Если французская лодка водоизмещением 460 т могла развить под водой скорость 11,3 уз и при скорости 5 уз пройти 155 миль, то у немецкой водоизмещением 480 т эти показатели составляли, соответственно, 6,5 уз и 45 миль. Более крупные французские лодки водоизмещением около 800 т показывали 11 уз и 140 миль, такие же германские - 8,5 уз и 65 миль.

Речь идет о немецких подводных лодках предвоенных и военных лет, так как после войны союзники под впечатлением кошмара неограниченной подводной войны запретили Версальским договором побежденной Германии не только иметь подводные лодки, но и вообще работать в этом направлении. Однако немцы, обходя запреты договора, использовали любые возможности. В Голландии под скромной вывеской "Инженерная контора кораблестроения" действовала германская фирма "Дешимаг", объединившая уцелевших после войны немецких кораблестроителей-подводников. По проектам и при участии специалистов конторы в 1930-1932 гг. в Испании и Финляндии строились подводные лодки. Для Финляндии была построена и успешно испытана немецкой командой подводная лодка, проект которой в минно-торпедном варианте лег на полки морского ведомства Германии. В 1933-1934 гг. на этой лодке отрабатывались конструктивные элементы лодок и готовились кадры для будущего немецкого подводного флота. Соответствующий опыт накапливали немецкие военно-морские атташе за рубежом.

Не теряли времени кораблестроители и в самой Германии, где под вывеской "Инженерное бюро народного хозяйства и техники" замаскировалось конструкторское бюро подводных лодок. В 1930 г. там были разработаны проекты лодок водоизмещением 250 и 750 т, а также технологическая документация, позволявшая в кратчайший срок организовать их серийное производство. Под шифрами MVB-1 и MVB-2 строились опытные образцы этих лодок, названные "судами для испытаний моторов". Вот почему после заключения 18 июня 1935 г. англо-германского договора, разрешавшего Германии строить подводные лодки, в течение считанных месяцев немцы спустили на воду 20 субмарин, первая из которых водоизмещением 250/290 т уже в августе 1935 г. прошла испытания и вступила в состав флота. На лодках были внедрены последние достижения подводного кораблестроения. За счет применения электросварки массу прочного корпуса удалось снизить на 42%, что позволило использовать высвободившийся резерв водоизмещения для увеличения мощности энергетической установки и запаса топлива. Глубина погружения достигла 80 м. Правда, после обнаружения серьезных дефектов в сварных швах, устранить которые не удалось, глубину погружения пришлось ограничить 50 м, но начало широкому использованию электросварки в подводном кораблестроении было положено. Следом за первыми небольшими лодками Германия приступила к постройке крупных подводных кораблей VII серии, обладавших хорошими боевыми качествами. Так мифические "суда для испытаний моторов" превратились в реальные подводные лодки. Цель была достигнута, выиграно время.

Развертывая строительство подводных лодок, руководство гитлеровского флота не жалело сил и средств на создание более качественных кораблей, особенно в части подводных тактико-технических данных. Вот почему оно радушно встретило никому до той поры не известного молодого инженера, предложившего подводную лодку с необычайно большой скоростью подводного хода.