Толщина резины на подводной лодке

Корпус подводной лодки — Submarine hull

Подводная лодка корпус состоит из двух основных компонентов, в легкий корпус и корпус давления . Легкий корпус ( кожух в британском использовании) подводной лодки — это внешний неводонепроницаемый корпус, который обеспечивает гидродинамически эффективную форму. Прочный корпус — это внутренний корпус подводной лодки, который сохраняет конструктивную целостность с разницей между внешним и внутренним давлением на глубине.

СОДЕРЖАНИЕ

Формы

Современные подводные лодки обычно имеют сигарообразную форму. Этот рисунок, который уже был виден на очень ранних подводных лодках, называется « каплевидный корпус » и был сделан по образцу тел китов . Это значительно снижает гидродинамическое сопротивление субмарины при погружении, но снижает мореходные качества и увеличивает сопротивление при нахождении на поверхности.

История

Концепция внешнего гидродинамически обтекаемого легкого корпуса, отделенного от внутреннего прочного корпуса, была впервые представлена ​​в первой подводной лодке Ictineo I, спроектированной каталонским изобретателем Нарциссом Монтуриолем в 1859 году. Однако, когда военные подводные лодки поступили на вооружение в начале 1900-х годов, ограничения их двигательные установки заставляли их большую часть времени работать на поверхности; Их конструкция корпуса была компромиссом: внешние корпуса напоминали корабль, что позволяло хорошо плавать на поверхности, а относительно обтекаемая надстройка сводила к минимуму сопротивление под водой. Из-за низких подводных скоростей этих подводных лодок, обычно значительно ниже 10 узлов (19 км / ч), повышенное сопротивление при подводном движении обычного корабля, такого как внешний корпус, считалось приемлемым. Только в конце Второй мировой войны, когда технологические усовершенствования позволили проводить более быстрые и продолжительные подводные операции, а усиление наблюдения со стороны вражеской авиации вынудило подводные лодки большую часть времени проводить под водой, конструкция корпуса снова стала каплевидной, чтобы уменьшить сопротивление и шум . USS Albacore (AGSS-569) была уникальной исследовательской подводной лодкой, которая стала пионером американской версии каплевидной формы корпуса (иногда называемой «корпусом Albacore») современных подводных лодок. На современных военных подводных лодках внешний корпус (а иногда и гребной винт) покрыт толстым слоем специальной звукопоглощающей резины или безэховой обшивки , что затрудняет обнаружение подводной лодки активным и пассивным гидролокатором .

Все современные малые подводные лодки и подводные лодки , как и самые старые, имеют однокорпусный корпус. Однако для больших подводных лодок подходы разделились. Все советские тяжелые подводные лодки построены с двухкорпусной конструкцией, но американские подводные лодки обычно однокорпусные. У них все еще есть легкие секции корпуса в носовой и кормовой частях, в которых размещены главные балластные цистерны и которые обеспечивают гидродинамически оптимальную форму, но основная, обычно цилиндрическая, секция корпуса имеет только один слой обшивки.

Легкий корпус

Двойной корпус подводной лодки отличается от двойного корпуса корабля. Внешний корпус, фактически образующий форму подводной лодки, называется внешним корпусом, кожухом или легким корпусом. Он определяет гидродинамические характеристики подводной лодки, которые влияют на количество энергии, необходимое для движения судна по воде. Этот термин особенно подходит для строительства российских подводных лодок, где легкий корпус обычно изготавливается из тонкой стальной пластины, поскольку он имеет одинаковое давление с обеих сторон. Легкий корпус можно использовать для установки оборудования, которое, если прикрепить его непосредственно к прочному корпусу, может вызвать ненужную нагрузку. Подход с двойным корпусом также экономит пространство внутри прочного корпуса, поскольку кольцевые ребра жесткости и продольные элементы могут быть расположены между корпусами. Эти меры помогают минимизировать размер прочного корпуса, который намного тяжелее легкого корпуса. Кроме того, в случае повреждения подводной лодки легкий корпус получает часть повреждений и не нарушает целостность судна, пока прочный корпус не поврежден.

Прочный корпус

Внутри внешнего корпуса находится прочный корпус или прочный корпус, который действительно выдерживает внешнее давление и имеет внутри нормальное атмосферное давление. Прочный корпус, как правило, изготавливается из толстой высокопрочной стали со сложной конструкцией и большим запасом прочности и разделен водонепроницаемыми переборками на несколько отсеков . Прочный и легкий корпуса не разделены и образуют трехмерную конструкцию повышенной прочности. Межкорпусное пространство используется для установки некоторого оборудования, для работы которого не требуется постоянное давление. Список существенно различается для разных подводных лодок и обычно включает в себя разные резервуары для воды / воздуха. У однокорпусной подводной лодки легкий и прочный корпус одинаковы, за исключением носа и кормы.

Конструкции прочного корпуса требуют высокой точности. Это верно независимо от его размера. Даже отклонение на один дюйм (25 мм) от круглости поперечного сечения приводит к снижению гидростатической нагрузки более чем на 30 процентов. Незначительным отклонениям противодействуют кольца жесткости, и общая сила давления в несколько миллионов продольно ориентированных тонн должна быть равномерно распределена по корпусу за счет использования корпуса с круглым поперечным сечением. Эта конструкция наиболее устойчива к сжимающему напряжению, и без нее ни один материал не смог бы противостоять давлению воды на подводных глубинах. Корпус подводной лодки требует дорогостоящей поперечной конструкции , при этом кольца жесткости располагаются чаще, чем продольные. Никакие детали корпуса не могут иметь дефектов, а все сварные соединения проверяются несколько раз разными методами.

Подводные лодки класса «Тайфун» имеют несколько прочных корпусов, которые упрощают внутреннюю конструкцию, делая судно намного шире, чем у обычной подводной лодки. В основном корпусе субмарины два длинных прочных корпуса расположены параллельно третьему, меньшему по размеру прочному корпусу над ними (который выступает чуть ниже паруса) и двум другим прочным корпусам для торпед и рулевого механизма. Это также значительно увеличивает их живучесть — даже если один прочный корпус будет поврежден, члены экипажа другого находятся в безопасности и вероятность затопления меньше.

Глубина погружения

Глубина погружения не может быть легко увеличена. Простое увеличение толщины корпуса увеличивает вес и требует уменьшения веса бортового оборудования, что в конечном итоге приводит к получению батискафа . Это доступно для гражданских исследовательских подводных аппаратов, но не для военных подводных лодок, поэтому их глубина погружения всегда ограничивалась современными технологиями.

Корпуса подводных лодок времен Первой мировой войны были построены из углеродистой стали, а испытательные глубины обычно не превышали 100 метров (328 футов). Во время Второй мировой войны была представлена ​​высокопрочная легированная сталь, позволяющая работать на глубине до 200 метров (656 футов), послевоенные расчеты показали, что для немецких подводных лодок типа VII в конце войны глубина разрушения превышала 300 метров . Высокопрочная легированная сталь по-прежнему является основным материалом для подводных лодок сегодня с пределом глубины 250–350 метров (от 820 до 1148 футов), который не может быть превышен на военной подводной лодке без ущерба для других характеристик. Чтобы превысить этот предел, несколько подводных лодок были построены с титановыми корпусами. Титан имеет лучшее соотношение прочности и веса и долговечность, чем большинство сталей, и не обладает магнитными свойствами. Советские власти особенно любили титановые подводные лодки, поскольку они разработали специализированные высокопрочные сплавы, создали промышленность по производству титана по доступным ценам и имеют несколько типов титановых подводных лодок. Титановые сплавы позволяют значительно увеличить глубину, но другие системы также нуждаются в перепроектировании, поэтому испытательная глубина была ограничена 1000 метрами (3281 фут) для советской подводной лодки « Комсомолец» , самой глубоководной военной подводной лодки. Альфа-подлодка класса может успешно эксплуатироваться на высоту 1300 метров (4,265 футов), хотя непрерывная работа на таких глубинах будет чрезмерным стрессом для многих подводных систем. Несмотря на преимущества, высокая стоимость строительства титановой подводной лодки привела к тому, что после окончания холодной войны от нее отказались.

Другие типы

Есть примеры более двух корпусов внутри подводной лодки. В легком корпусе подводных лодок класса «Тайфун» расположены два основных прочных корпуса, третий прочный корпус меньшего размера, составляющий большую часть паруса, два других — для торпед и рулевого механизма, а между главными корпусами — 20 БРПЛ MIRV вместе с балластными цистернами и некоторыми другими системами. Royal Netherlands Navy Dolfijn — и Potvis -класса подлодки размещены три основных корпусов давления. Российская подводная лодка « Лошарик» с многосферическим корпусом способна погружаться на глубину более 2000 м.

Источник

АРХИТЕКТУРА И КОНСТРУКЦИЯ

По архитектуре современные ПЛ принято разделять на два типа: од-нокорпусные и двухкорпусные. При этом под однокорпусными пони­маются ПЛ, у которых на участке длины, где расположен основной проч­ный корпус, нет второго, окружающего его наружного (легкого) корпу­са, а последний используется только в оконечностях, где находятся балластные цистерны. К двухкорпусным относят ПЛ, у которых на всей длине прочного корпуса вокруг него располагается также легкий кор­пус, а межкорпусное пространство, разделенное поперечными перебор­ками, образует балластные цистерны.

Подразделение ПЛ на одно- и двухкорпусные носит в большей мере условный характер, так как большинство ПЛ имеет, как правило, участ­ки по длине, на которых располагаются и прочный, и легкий корпуса.

Поэтому реальное различие между ПЛ заключается лишь в соотно­шении протяженности по длине участков с двумя или одним корпусом. Тенденция сокращения участков с двумя корпусами и перехода к одно-корпусной архитектуре обусловлена многими причинами, из которых определяющим является стремление сократить подводное водоизмеще­ние и за счет этого получить более высокую скорость хода без увеличе­ния мощности энергоустановки, а также уменьшить уровень подводно­го шума. Существуют, однако, факторы, не позволяющие рассматри­вать однокорпусную схему как оптимальную для всех АПЛ. Так, например, при предъявлении жестких требований к непотопляемости ПЛ, при обеспечении возможности проламывания льда и всплытия воз­никает необходимость обеспечения достаточной величины запаса пла­вучести (объема цистерн главного балласта). Размещение цистерн, в свою очередь, диктует развитие междубортного пространства и использова­ния в связи с этим на всей или на большей части длины ПЛ двухкорпус-ной конструкции.

Кроме того, при двухкорпусной архитектуре выбор очертаний и раз­меров прочного корпуса уже не связан с условиями обеспечения обте­каемости, что позволяет оптимизировать его в основном только из сооб­ражений обеспечения требуемой плавучести, прочности и размещения оборудования.

Для некоторых типов АПЛ к применению двухкорпусной архитек­туры вынуждает также наружное (вне прочного корпуса) размещение ракетных шахт. На выбор архитектуры влияют глубины акватории у за­водов-строителей и в базах, технологические возможности заводов- стро­ителей и другие причины. Зависимость архитектурного типа от большого числа факторов и неоднозначность в связи с этим вопроса об архи­тектуре подтверждается тем, что на протяжении десятилетий в мире па­раллельно строятся как одно- так и двухкорпусные АПЛ.

Характер нагрузки на прочный корпус в подводном положении в виде равномерно распределенного гидростатического давления дикту­ет применение прочного корпуса либо в виде цилиндра, либо состояще­го из нескольких цилиндров различного диаметра и усеченных конусов с относительно небольшим углом конусности. Известны случаи, когда по условиям размещения оборудования и другим причинам прочные кор­пуса на части длины ПЛ выполнялись в виде расположенных один над другим двух цилиндров, образующих поперечное сечение наподобие «восьмерки». Однако такие корпуса не получили распространения, в основном, из-за большего, чем у кругового цилиндра, веса на единицу объема и более сложной технологии их изготовления.

Прочные корпуса ПЛ изготавливаются, в основном, из высокопроч­ных легированных сталей и реже из титановых сплавов. Процесс вне­дрения нового корпусного материала состоит обычно из нескольких ста­дий: отработка технологии изготовления корпусных конструкций, ис­пытания опытных конструкций и отсеков, применение материала на опытных или серийных подводных лодках, но в начале с ограничением глубины погружения против теоретически возможной при данном ма­териале, и, наконец, на серийных же лодках с полным использованием возможностей нового материала. Например, в США корпусная сталь HY-80 (предел текучести 56-60 кг/мм²) в начале была использована для прочных корпусов АПЛ «Skipjack» (головная заложена в 1956 г.), однако, их испытательная глубина была назначена равной 210 м, как и на преды­дущих АПЛ из менее прочного материала. Полностью свойства этого ма­териала были реализованы на следующей серии АПЛ типа «Thresher» (го­ловная заложена в 1958 г., испытательная глубина ок. 400 м). Этаже сталь использовалась при строительстве всех остальных серийных АПЛ ВМС США вплоть до середины 80-х годов, т. е. в общей сложности на протя­жении около 30 лет. Она же нашла широкое применение в подводном кораблестроении других стран. Освоение в США следующей более проч­ной корпусной стали HY-100 (предел текучести около 80 кг/мм²) продол­жалось около четверти века. Первые сведения появились о ней в 60-х годах в связи с постройкой опытной глубоководной неатомной лодки «Dolphin». Известно, что позднее эта сталь была применена для части конструкций корпуса двух серийных АЛЛ типа «Los Angeles», заложен-ныхв 1985-1986 гг. Однако целиком из стали HY-100 впервые был изго­товлен корпус только самой последней АПЛ «Seawolf», постройка которой началась уже в 1989 г. Применение новой стали позволило, по име­ющимся данным, обеспечить этой АПЛ испытательную глубину погру­жения около 600 м, т. е. в 1,5 раза большую, чем у АПЛ из стали HY-80. Параллельно с разработкой и освоением сталей НY-80 и HY-100 в США велись и продолжаются работы над более прочными корпусными сталя­ми HY-130 и HY-140 (предел текучести 90-100 кг/мм²). Эти материалы находят применение, в основном, для корпусов глубоководных аппара­тов, в частности из HY-140 сделан прочный корпус глубоководного спаса­тельного аппарата DSRV (Deep Submergence Rescue Vehicle) ВМС США.

Титановые сплавы имеют на 40% меньшую, чем у стали, удельную массу, не подвержены коррозии в морской воде и немагнитны. Предел текучести у применяемых в корпусостроении сплавов титана несколько ниже, чем у создаваемых в одно с ними время корпусных сталей, однако по удельной прочности (на единицу массы) сплавы титана имеют замет­ное преимущество. Это делает их применение особенно выгодным для глубоководных ПЛ и аппаратов, водоизмещение которых определяется не потребными для размещения объемами, а весовой нагрузкой.

Широкое применение титановых сплавов сдерживается относитель­но большей, чем у сталей, стоимостью и дополнительными сложностя­ми при обработке и сварке. Первой в мире боевой ПЛ, прочный и лег­кий корпус которой изготовлены из титанового сплава, была уже упо­мянутая выше отечественная опытная скоростная ПЛ, вооруженная крылатыми ракетами, проекта 661. Полученный опыт применения ти­танового сплава был использован при строительстве отечественных се­рийных атомных ПЛ нескольких типов, а также атомной ПЛ «Комсомо­лец» с глубиной погружения 1000 м.

Толщина обшивки прочных корпусов при их диаметре 8-12 м дос­тигает 40—60 мм и более. В качестве набора (шпангоутов), подкрепляю­щего обшивку прочного корпуса, используются катаные и сварные про­фили, как правило, таврового сечения с высотой стенки 400—600 мм. Расстояние между набором по длине (шпация) 600—1200 м.

Легкие корпуса обычно изготавливаются из менее прочного мате­риала и их обшивка имеет толщину 8—16 мм. В районах размещения антенн гидроакустических станций (ГАС) для их защиты применяются обтекатели, как металлические, так и изготовленные из стеклопластика.

Одно- и двухкорпусные АПЛ различаются схемой размещения на­бора обшивки прочного корпуса. Однокорпусные, у которых обшивка прочного корпуса образует наружную поверхность ПЛ имеют шпангоу­ты, расположенные на внутренней поверхности прочного корпуса. Проч­ный корпус двухкорпусной ПЛ обычно имеет набор снаружи. Кроме концевых, как правило сферических, переборок внутри корпусов устанав­ливаются поперечные переборки, подразделяющие корпус на автономные отсеки и одновременно выполняющие роль опор обшивки прочного кор­пуса, необходимых, в частности, для обеспечения его устойчивости при сжатии наружным давлением. Межотсечные переборки в большинстве слу­чаев выполняются в виде плоских пластин, подкрепленных набором. Реже, вследствие сложности размещения, используются поперечные переборки сферической формы, имеющие повышенную прочность (при близкой к плоской переборке массе) в случае нагрузки со стороны вогнутости.

В целях безопасности количество отверстий в обшивке и концевых переборках прочного корпуса сводится к минимуму. Число люков в проч­ном корпусе даже на АПЛ, водоизмещение которых достигает десятка тысяч тонн, ограничивается, как правило, тремя-четырьмя, забор воды для охлаждения механизмов стремятся производить централизованно с последующей раздачей потребителям, отверстия при проходе магист­ралей через обшивку прочного корпуса снабжаются двойными закрыти­ями, сигнализацией положения закрытий и т. д. Благодаря конструк­тивным мерам характерные для ранней стадии существования ПЛ ава­рии, связанные с затоплением отсеков прочного корпуса через отверстия в нем из-за ошибок при действиях с клапанами и крышками, на совре­менных АПЛ практически исключены.

Источник