Особенности российской анаэробной установки » Военное обозрение
Согласно информации интернет-газеты «Известия», Федеральное государственное унитарное предприятие (ФГУП) «Крыловский научный центр» сообщило о том, что создание первой субмарины с анаэробной, то есть воздухонезависимой, энергетической установкой (ВНЭУ) приведет к значительному технологическому прорыву в кораблестроении.Научно-технический задел по воздухонезависимым установкам создан. Проработана установка с паровым реформингом с электрохимическим генератором на твердотелых элементах. Создан ее промышленный образец. Из принципиальных технологий в ней реализовано получение из дизельного топлива водорода, создание электрохимического генератора, извлекающего из водорода электрический ток и удаление отходов жизнедеятельности первого цикла. То есть получающегося в ходе реакции СО2. Эта проблема еще дорабатывается, но при должном финансировании будет решена.
— заявил исполнительный директор указанного предприятия Михаил Загородников.
В первую очередь, ВНЭУ избавляет корабль от необходимости всплывать на поверхность для подзарядки аккумуляторов и пополнения запаса воздуха, необходимого для работы дизель-генераторов в подводном положении.
Как указывается, в настоящее время в наибольшей мере в деле разработки ВНЭУ продвинулись немцы, создавшие подлодку проекта U-212/214. В 2014 году о своих успехах в этом направлении сообщила французская DCNS, оснастившая рассматриваемой установкой субмарину типа «Scorpene». Проектом более крупной субмарины компании, востребованным ВМС Австралии, является «SMX Ocean» (он же «Shortfin Barracuda»). В Индии ВНЭУ разрабатывается применительно к лодкам типа Kalvari (на базе Scorpene).
В отличие от указанного зарубежного опыта российская ВНЭУ подразумевает совершенно иной метод функционирования: водород не перевозится на борту, а получается непосредственно в установке с помощью реформинга дизельного топлива.
Эксперт в области военно-морских вооружений Владимир Щербаков полагает, что субмарины с ВНЭУ позволяют успешно действовать в акваториях, плотно контролируемых неприятелем.
Возможность не подвсплывать важна там, где активно действуют противолодочные силы противника. Достаточно вспомнить, какой легкой добычей для немцев были наши лодки на Балтике во время Великой Отечественной. Аналогичная ситуация сложилась и для немецких подводников в Северной Атлантике к концу войны.
По его мнению, лодки данного типа имеют высокий экспортный потенциал, в особенности в странах, не обладающих атомным подводным флотом. Для России, как он считает, на данном этапе достаточно ограничиться парой лодок проекта «Лада» для отработки технологий и подготовки специалистов.
С защитой баз и побережья от вражеских атомных лодок сейчас вполне справляются и хорошо освоенные серийные «Варшавянки».
На текущий момент «Адмиралтейские верфи» в Санкт-Петербурге строят две «Лады»: «Кронштадт» и «Великие Луки». Головная субмарина этого проекта — «Санкт-Петербург» — проходит опытную эксплуатацию на Северном флоте. Анаэробной энергетической установки на ней пока нет.
topwar.ru
Российская анаэробная установка для подлодок получит батарею увеличенной мощности
Рендер подводной лодки проекта «Амур-950» с анаэробной энергетической установкой
ЦКБ МТ «Рубин»
Перспективная российская анаэробная энергетическая установка, которую планируется установить на опытовую подводную лодку проекта 677 «Лада» и новую неатомную субмарину проекта «Калина», получит батарею удвоенной мощности. Как пишет Mil.Press FlotProm, электрическая мощность усовершенствованной батареи составит сто киловатт вместо 50 у существующего сегодня образца. Разработку и испытания новой батареи для анаэробных энергетических установок подводных лодок планируется завершить к 2020 году.Современные дизель-электрические подводные лодки имеют несколько преимуществ перед более крупными атомными подводными кораблями. Одним из главных таких преимуществ является практически полная бесшумность хода в подводном положении, поскольку в этом случае за движение корабля отвечают лишь тихие электромоторы, питающиеся от аккумуляторных батарей. Перезарядка этих батарей производится от дизельных генераторов в надводном положении или на глубине, с которой возможно выставить шноркель, специальную трубу, по которой воздух может подаваться к генераторам.
К недостаткам обычных дизель-электрических подводных лодок относится относительно небольшое время, которое корабль может провести под водой. В лучшем случае оно может достигать трех недель (для сравнения, у атомных подлодок этот показатель составляет 60-90 дней), после чего подлодке придется всплыть и запустить дизельные генераторы. Анаэробная энергетическая установка, для работы которой не нужен забортный воздух, позволит неатомной подводной лодке находиться в подводном положении существенно дольше. Например, подлодка проекта «Лада» с такой установкой может находиться под водой 45 суток.
Перспективная российская анаэробная энергетическая установка будет использовать для работы водород высокой степени очистки. Этот газ будут получать на борту корабля из дизельного топлива методом риформинга, то есть преобразования топлива в водородсодержащий газ и ароматические углеводороды, которые затем будут проходить через установку выделения водорода. Затем водород будет подаваться в водородно-кислородные топливные элементы, где и будет вырабатываться электричество для двигателей и бортовых систем.
Батарея БТЭ-50К-Э на испытательном стенде
Крыловский государственный научный центр
Батарея, иначе называемая электрохимическим генератором, разрабатывается Центральным научно-исследовательским институтом судовой электротехники и технологии. Эта батарея, вырабатывающая электричество за счет реакции водорода и кислорода, получила название БТЭ-50К-Э. Ее мощность составляет 50 киловатт. Мощность усовершенствованной батареи составит сто киловатт. Новая батарея будет входить в состав энергетических модулей перспективных неатомных подлодок мощностью 250-450 киловатт.В феврале прошлого года исследователи из Технологического института Джорджии объявили о разработке компактной четырехтактовой поршневой установки для каталитического риформинга метана и получения водорода. Новые установки могут быть объединены в цепь, тем самым повышая выход водорода. Установка достаточно компактна и не требует сильного нагрева. Реактор работает по четырехтактному циклу. На первом такте метан, смешанный с паром, через клапаны подается в цилиндр. При этом поршень в цилиндре плавно опускается. После того, как поршень достигает нижней точки, подача смеси перекрывается.
На втором такте поршень поднимается, сжимая смесь. Одновременно цилиндр подогревается до 400 градусов Цельсия. В условиях высокого давления и нагрева происходит процесс риформинга. По мере выделения водорода, он проходит через мембрану, которая останавливает углекислый газ, также образующийся во время риформинга. Углекислый газ при этом поглощается адсорбирующим материалом, смешанным с катализатором.
На третьем такте поршень опускается в самое нижнее положение, резко снижая давление в цилиндре. При этом углекислый газ высвобождается из адсорбирующего материала. Затем начинается четвертый такт, на котором в цилиндре открывается клапан, а поршень вновь начинает подниматься. Во время четвертого такта углекислый газ из цилиндра выдавливается в атмосферу. После четвертого такта цикл начинается снова.
Василий Сычёв
nplus1.ru
Россия построит анаэробную подводную лодку за счет Индии » Военное обозрение
В 2019 году в России все же начнется опытно-конструкторская работа по созданию анаэробной установки для перспективных неатомных подводных лодок. Деньги на нее должна выделить Индия.
10 апреля президент Объединенной судостроительной корпорации Алексей Рахманов заявил, что в 2019 году стартуют работы по разработке в воздухонезависимой энергетической установки для неатомных субмарин.
В начале марта издание FlotProm сообщало, что работы по созданию анаэробной установки приостановлены из-за недостатка финансирования. Теперь деньги нашлись.
Но не в российском бюджете.
В первую очередь стоит понять, почему для российского подводного флота эта тема важна, но не приоритетна.
ВНЭУ сейчас является одним из основных трендов для перспективных неатомных субмарин. И это главный момент, потому что для России атомный флот находится в абсолютном приоритете. Именно он является главным морским элементом сдерживания для США и стран НАТО. Если в свое время Соединенные Штаты сделали акцент на авианосцах, то Советский Союз, понимая, что финансово стране будет очень сложно тягаться с американцами и их союзниками, упор сделал на этом элементе ядерной триады.
Дизель-электрические лодки тоже остались в составе ВМС, однако место им было уготовано преимущественно на задворках. Их автономность была в разы ниже, чем у атомных субмарин, также они были намного более шумны. Однако появление первых лодок с анаэробными установками изменило ситуацию и отношение к неатомным лодкам.
Субмарины с ВНЭУ фактически бесшумны. Их принцип прост: лодку ведут вперед электрические моторы, питающиеся от батарей, перезарядка которых может производится от дизельных генераторов как на поверхности, так и на глубине. И если предыдущие поколение неатомных лодок было гораздо более шумным, чем атомные субмарины, то с появлением воздухонезависимых энергетических установок ситуация поменялась на диаметрально противоположную.
Вторым недостатком дизель-электрических субмарин было то, что время их нахождения под водой было значительно ниже, чем у атомных подводных лодок в среднем порядка 20 дней против 60-90. Однако новое поколение подводных кораблей с ВНЭУ способно оставаться под водой не менее 45 суток: такой срок заявляется, к примеру, для проекта «Лада».
Всего видов таких установок несколько, и разные страны и компании останавливают свой выбор каждая на своем. Швеция, к примеру, сосредоточилась на двигателе Стирлинга. Основа двигателей немецких лодок проектов 212 и 214 — электрохимический генератор и интерметаллидное хранение водорода. Париж выбрал паротурбинные установки замкнутого цикла. Наша страна сосредоточилась на установках с электрохимическими генераторами (батареями).
Батарея БТЭ-50К-Э на испытательном стенде в Крыловском государственном научном центре
Топливом для двигателей станет водород высокой степени очистки, который будет получаться прямо на борту субмарины путем преобразования дизельного топлива в водородосодержащий газ, который будет подаваться в топливные элементы, вырабатывающие электричество.
Разработкой последних занимается Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии. Электричество вырабатывается за счет химической реакции кислорода и водорода. Мощность БТЭ-50К-Э — 50 киловатт, но сейчас в разработке находится более мощный электрохимический генератор – он сможет вырабатывать сотню. Всего же мощность установок перспективных неатомных подлодок составит 250-450 киловатт.
Также на стадии разработки находится конвертор углеводородного топлива.
Проблема в том, что в подобных подводных кораблях Российская Федерация хоть и заинтересована, но в гораздо меньшей степени чем в атомных подлодках. Ряд российских предприятий (например, «Малахит», ведущий работы по газотурбинным двигателям, работающим по замкнутому циклу, с 2010 года) занимались ВНЭУ в инициативном порядке.
Решение пришло со стороны Индии. Нью-Дели потребовалась новая дизель-электрическая лодка, и Россия ее предложила в феврале 2019 года. ДЭПЛ «Амур-1650» является экспортной версией проекта «Лада». Проект заинтересовал индусов, которые готовы, обеспечить необходимое финансирование. Эту информацию, согласно сообщениям ресурса Mil.Press, подтвердил научный руководитель Крыловского государственного научного центра Валерий Половинкин.
20 сентября 2018 года состоялся спуск на воду субмарины Б-586 «Кронштадт», второго подводного корабля проекта 677. Именно эти лодки в перспективе планируется оснастить ВНЭУ. Предположительно, двигатель должен быть готов в 2021 году.
topwar.ru
Современная подводная лодка с анаэробным двигателем. Мощная и воздухонезависимая
Автор: Роман Барский
28 июня 2019, 06:56
Санкт-Петербургское морского бюро машиностроения «Малахит» разрабатывает проект субмарины, оснащенной единой энергоустановкой надводного и подводного хода.
По своим параметрам новинка российского «Малахита» напоминает французские подлодки класса «Скорпен»: субмарина водоизмещением 1450 тонн предназначена для действий в прибрежной зоне.
Воздухонезависимая энергетическая установка (ВНЭУ) избавляет подлодку от необходимости постоянно всплывать на поверхность для подзарядки аккумуляторов и пополнения запаса воздуха, необходимого для работы дизель-генераторов в подводном положении.
Подводная лодка П-750Б водоизмещением около 1450 тонн относится к классу малых ПЛ прибрежного действия. Ее длина – около 66 метров, ширина – порядка 7 метров, осадка – около 5,2 метра. Предельная глубина погружения – 300 метров. Полная скорость подводного хода – 18 узлов, экономическая – 4 узла. Автономность – до 30 суток, общая дальность плавания – до 4300 миль. Непрерывная подводная дальность с учетом ВНЭУ составляет до 1200 миль. Вооружение – 533-мм торпеды, ракеты и мины.
.
Создание энергетических установок играет одну из приоритетных ролей в данном виде военной техники. Ведь именно за счет двигателя можно достигать необходимых боевых характеристик. В частности, речь идет о скорости подводного движения и скрытности, достигаемой благодаря малошумности. Неатомные подлодки с анаэробными силовыми установками будут крайне малозаметны, что позволит решать широкий спектр боевых задач, находясь фактически под боком у потенциальных врагов.
К ключевым достоинствам анаэробной (воздухонезависимой) энергетической установке (ВНЭУ) относится улучшение скрытности субмарины, которая сможет находиться более долгое время под водой без всплытия для зарядки аккумуляторов.
Наличие воздухонезависимой газотурбинной ЭУ замкнутого цикла позволит подводной лодке значительно увеличить дальность своего непрерывного похода. Проект подразумевает создание подлодки П-750Б.
Предназначение этой субмарины заключается в обезвреживании надводных и подводных кораблей противника, а также в нанесении ударов по расположенным в прибрежной линии объектам. Кроме того, П-750Б способна осуществлять скрытую доставку, высаживание и прием на борт разведывательно-диверсионной группы численностью до 16 человек, а также вести разведку и выставлять минные заграждения.
Что касается анаэробной энергоустановки, то она включает в себя гребной электродвигатель мощностью 2500 кВт и газотурбинный двигатель замкнутого цикла. Благодаря такому решению, субмарина сможет находиться в автономном подводном плавании до 30 суток и преодолевать 4300 миль.
Разработчики называют преимуществами П-750Б современное вооружение, радиоэлектронные средства, высокую степень автоматизации и небольшой экипаж (18–20 человек), маневренность, скрытность и способность вести боевые действия в узкостях и на мелководье. Кроме того, П-750Б может базироваться в существующих базах и портах.
Примечательно, что разработанная в России воздухонезависимая энергетическая установка имеет от иностранных аналогов принципиальные отличия, заключающиеся в методе получения водорода. Для того, чтобы не перевозить на борту субмарины водород высокой очистки, конструкторы предусмотрели возможность получения его в необходимых объемах в самой установке благодаря реформингу дизельного топлива.
Электрохимический генератор, извлекает из водорода электрический ток и удаляет отходы жизнедеятельности первого цикла. То есть, то, что получается в ходе реакции СО2.
Схема сосуда Дьюара.
1 — подставка; 2 — вакуумированая полость; 3 — теплоизоляция;
4 — адсорбент; 5 — наружный сосуд; 6 — внутренний сосуд;
7 — горловина; 8 — крышка; 9 — трубка для вакуумирования.
Новый двигатель имеет два режима работы — надводный и подводный. В надводном режиме для работы газотурбинной установки используется атмосферный воздух. В подводном — из сосудов Дьюара подаётся жидкий окислитель, а выделяемая турбиной двигателя газовая смесь снова замораживается, таким образом двигатель не потребляет из окружающей среды и не выделяет в окружающую среду ничего. Только с помощью этой установки подводная лодка развивает скорость подводного хода в 10 узлов и более.
По словам гендиректора «Малахита» Владимира Дорофеева, предприятию потребуется пять-шесть лет для того, чтобы создать такую подлодку. Он отметил, что без аккумуляторов такая субмарина сможет развивать скорость подводного хода в 10-12 узлов.
Модель малой подводной лодки прибрежного действия П-750Б, оснащенной ВНЭУ на основе газотурбинного двигателя замкнутого цикла. Морское бюро машиностроения «Малахит».
Из истории воздухонезависимых двигателей
Лодка, всплывая на поверхность на подзарядку аккумуляторов, полностью демаскирует себя.
Именно по этой причине во Время второй мировой войны погибло больше экипажей лодок, чем их было уничтожено глубинными бомбами или минами в подводном положении. Всплывавшие на поверхность лодки становились легкой мишенью для барражирующей над морем авиации противника. И зачастую, спасаясь от авиаудара, экипаж совершал экстренное погружение, даже не успев закрыть люк рубочной шахты.
Пионерами в мировой разработке ВНЭУ считаются немцы с субмариной проекта U-212/214.
В 2014 году об успехах в создании аналогичных систем сообщила французская оборонная компания DCNS. Созданная ей установка предназначена для подлодок типа «Scorpene».
Подводная лодка класса Scorpene.
Другой проект DCNS – более крупная субмарина, известная под именами «SMX Ocean» и «Shortfin Barracuda», был выбран ВМС Австралии для своей программы. Однако самой успешной и опасной считается шведская лодка HSwMS Gotland. Этот корабль стал настоящей легендой. Причем не шведского, а американского флота.
Корабль построен из маломагнитной стали. На его борту стоят 27 компенсирующих электромагнитов, которые полностью исключают обнаружение корабля детекторами магнитных аномалий. Благодаря всережимному электродвигателю и виброзащите механизмов, Gotland практически не различается локаторами даже в непосредственной близости от американских кораблей. Лодка сливается с естественным тепловым и шумовым фоном океана. Но самое главное, что она, вооруженная 18 торпедами, может не всплывать на поверхность до 20 суток.
Источник/ Источник
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.
Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!
Email*
Подписаться
naukatehnika.com
как новые энергетические установки усилят мощь подводных лодок России — РТ на русском
В ближайшее время в России будет создан морской прототип воздухонезависимой (анаэробной) энергетической установки (ВНЭУ) для неатомных субмарин. Об этом сообщил президент «Объединённой судостроительной корпорации» (ОСК) Алексей Рахманов. Такой двигатель позволяет подводным лодкам не всплывать на поверхность для подзарядки аккумуляторных батарей. Субмарины с ВНЭУ отличаются высокой скрытностью и малошумностью, что уменьшает вероятность их обнаружения противником. Анаэробными установками будут оснащаться подлодки «Лада» и «Калина».
Президент «Объединённой судостроительной корпорации» (ОСК) Алексей Рахманов заявил, что в ближайшее время российские специалисты создадут морской прототип воздухонезависимой (анаэробной) энергетической установки (ВНЭУ) для подводной лодки пятого поколения «Калина». Также этим силовым агрегатом будет оснащена часть субмарин четвёртого поколения проекта 667 «Лада».
Также по теме
Без лишнего шума: какими будут российские подводные лодки пятого поколения До конца осени в распоряжение Черноморского флота поступят шесть дизель-электрических подлодок проекта «Варшавянка», ещё шесть через…
Научно-исследовательские работы по ВНЭУ были завершены в 2014 году. В 2016 году конструкторы провели цикл её наземных испытаний, а в начале этого года протестировали макет установки с газотурбинным двигателем. Разработкой силового агрегата занимаются три санкт-петербургских предприятия: ЦКБ «Рубин», МКБ «Малахит» и Крыловский государственный научный центр (КГНЦ).
ВНЭУ позволяет устранить существенный недостаток современных неатомных подлодок. Он заключается в том, что дизель-электрическим субмаринам приходится достаточно часто всплывать для восполнения заряда батарей. Таким образом, лодку может легко обнаружить авиация противника. Анаэробная же установка позволяет лодке находиться под водой от 20 до 45 дней.
«В неатомных подлодках дизель выступает в роли генератора энергии для электромоторов. Однако дизельный двигатель не может работать без забортового воздуха, а точнее — кислорода. Поэтому дизель-электрические субмарины вынуждены всплывать ежесуточно или через несколько дней», — пояснил в беседе с RT основатель портала Military Russia Дмитрий Корнев.
По словам эксперта, классическая дизель-электрическая подлодка неспособна продолжительное время двигаться на высоких скоростях и скрыться от современных средств наблюдения. Поднимаясь на поверхность, субмарина практически всегда даёт противнику возможность обнаружить её.
Водород из дизеля
Разработка ВНЭУ стартовала в 1950-х годах в странах Запада и несколько позже — в СССР. Научно-технические изыскания сосредоточились вокруг изучения возможностей воздухонезависимых «двигателей Стирлинга» (разновидность двигателя внешнего сгорания. — RT).
Однако в течение нескольких десятилетий учёные не могли достичь практического результата из-за сложности и дороговизны эксплуатации подобных агрегатов. В конце 1980-х годов успеха добились шведские специалисты, создавшие первую субмарину с эффективно работающей ВНЭУ.
В 1990-х годах концерн Kockums Submarine System построил три малых подлодки типа Gotland, оснащённых анаэробными установками. Однако их серийное производство не получило развития. В 2000 годы воздухонезависимым двигателем обзавелись ВМС Германии и Силы самообороны Японии.
- Всплытие российской подлодки
- © function.mil.ru
Корнев предполагает, что российская ВНЭУ может превзойти зарубежные аналоги. В частности, для генерации электричества отечественная анаэробная установка использует водород высокой степени очистки, который вырабатывается из дизельного топлива. При этом за рубежом запасы водорода загружают на борт субмарин перед выходом в море.
На форуме «Армия-2017» Центральный НИИ судовой электротехники и технологии (входит в КГНЦ) представил образец батареи на основе твердотопливных элементов БТЭ-50К-Э. Этот аккумулятор является одним из важнейших элементов ВНЭУ. Батарея входит в состав энергетических модулей мощностью 250—450 кВт.
«В последние годы активно совершенствуются аккумуляторы, они становятся более ёмкими и компактными. Например, в первой половине октября в Японии была спущена на воду лодка с литиево-ионными батареями. Японцы рассчитывают, что продолжительность пребывания под водой будет сопоставима с тем, на что способна ВНЭУ», — сообщил Корнев.
В то же время, как отметил собеседник RT, сейчас сложно давать прогнозы, насколько успешным будет эксперимент японских ВМС. По мнению Корнева, с большой вероятностью новейшие образцы аккумуляторов ещё долго будут использоваться для увеличения возможностей ВНЭУ.
«Стратегическая и многоцелевая»
Российская анаэробная установка разрабатывается в рамках реализации проекта неатомной подлодки «Калина». 16 октября Алексей Рахманов заявил, что ОСК готова заложить субмарину пятого поколения, как только получит соответствующий заказ от Минобороны.
Ранее топ-менеджер подчёркивал, что «Калина» «будет совершенно другой лодкой с точки зрения физических полей». По его словам, она будет «стратегической и многоцелевой по ряду своих ключевых элементов». Предполагается, что основу ударного вооружения подлодки пятого поколения составит гиперзвуковой ракетный комплекс «Циркон».
Также по теме
Одним залпом: какие задачи отрабатывались при запуске четырёх ракет «Булава» с крейсера «Юрий Долгорукий» Атомный подводный крейсер стратегического назначения «Юрий Долгорукий» произвёл одновременный пуск четырёх межконтинентальных…
В настоящее время самой современной неатомной подлодкой ВМФ является проект 677 «Лада» разработки ЦКБ «Рубин». На сегодняшний день в опытной эксплуатации находится субмарина «Санкт-Петербург», в то время как «Кронштадт» и «Великие Луки» планируется передать флоту в 2019 и в 2021 годах соответственно. Строительство ещё двух подлодок заложено в госпрограмме вооружения (ГПВ) до 2027 года. Шестая по счёту «Лада» должна получить ВНЭУ.
В беседе с RT доктор военных наук капитан запаса 1-го ранга Константин Сивков предположил, что «Калина» разрабатывается на базе «Лады», которая относится к четвёртому поколению неатомных подлодок. По его словам, на сегодняшний день ВНЭУ «фактически создана» и потому промышленность готова к производству новейших субмарин.
«Информация об этом проекте засекречена. Но наверняка наши конструкторы возьмут лучшее из подлодок предыдущих поколений, прежде всего от «Лады». Это будет малошумная и почти незаметная для противника лодка. Появление в составе ВМФ «Калины» позволит полноценно реализовать боевой потенциал неатомного компонента подводного флота»,— уверен Сивков.
- Подлодка проекта 677
- © function.mil.ru
Дмитрий Корнев заявил, что, скорее всего, «Калина» будет достаточно сильно отличаться от предшественниц. Помимо анаэробного агрегата, на субмарине будут установлены более совершенные батареи и электронное оборудование. По габаритам и ряду других характеристик субмарина заметно превзойдёт «Ладу».
«В нашей стране традиционно строились двухкорпусные подлодки: помимо прочного внутреннего корпуса, у них есть лёгкий водопроницаемый. Подобная конструкция повышает живучесть в случае повреждения, но уменьшает плавучесть и малошумность. С большой вероятностью «Лада» будет однокорпусной, и это несомненный шаг вперёд», — сказал Корнев.
Эксперт считает, что анаэробная установка позволит новейшим российским подлодкам более эффективно выполнять задачи как на малых глубинах (в Чёрном, Балтийском, Средиземном морях), так и в Мировом океане. По мнению Корнева, подлодки пятого поколения по своим боевым возможностям приблизятся к более дорогим и мощным атомным образцам.
«Конечно, вряд ли «Калина» будет патрулировать побережье США. Но лодки с ВНЭУ вполне могут отслеживать передвижение атомного подводного флота противника, обеспечивать выход в океан наших крейсеров стратегического назначения и выполнять широкий спектр других боевых задач, включая поражение крупных надводных сил и наземных целей», — подытожил Корнев.
russian.rt.com
Анаэробная силовая установка
Но самым перспективным оказалось направление, связанное с превращением химической энергии непосредственно в электрическую, без процесса горения или механического движения, иными словами с выработкой электрической энергии бесшумным способом. Речь идет об электрохимических генераторах. На практике такой способ нашел применение на современной германской подводной лодке U-212. Компоновка анаэробной энергетической установки показана на рисунке 12.
Электромеханический генератор создан на базе топливныхэлементов. По сути это аккумуляторная батарея с постоянной подзарядкой. Физика его работы базируется на процессе, обратном электролизу воды, когда при соединении водорода с кислородом выделяется электроэнергия. При этом энергетическое превращение происходит бесшумно, а единственным побочным продуктом реакции является дистиллированная вода, которой достаточно легко найти применение на подводной лодке.
По критериям эффективности и безопасности водород хранится в связанном состоянии в форме металлогидрида (сплав металла в соединении с водородом), а кислород — в сжиженном виде в специальных емкостях между легким и прочным корпусами субмарины. Между водородным и кислородным катодами находятся полимерные электролитные мембраны протонного обмена, выполняющие функцию электролита.
Мощность одного элемента достигает 34 кВт, а КПД энергетической установки составляет до 70 процентов. Несмотря на очевидные преимущества разработанной установки на топливных элементах, она не обеспечивает требуемые оперативно-тактические характеристики подводной лодки океанского класса, прежде всего в части, касающейся выполнения скоростных маневров при преследовании цели или уклонении от торпедной атаки противника. Поэтому подводные лодки проекта 212 оснащены комбинированной двигательной установкой, в которой для движения на высоких скоростях под водой используются аккумуляторные батареи или топливные элементы, а для плавания в надводном положении — традиционный дизель-генератор, в состав которого входит 16-цилиндровый V-образный дизель и синхронный генератор переменного тока. Дизель генераторы используются также для подзарядки аккумуляторных батарей — традиционного элемента неядерных подводных лодок. Электрохимический генератор, состоящий из девяти модулей топливных элементов, имеет суммарную мощность 400 л. с. и обеспечивает движение подлодки в подводном положении со скоростью 3 узла в течение 20 суток с показателями шумности ниже уровня естественных шумов моря.
Комбинированные силовые установки
В последнее время стали популярны комбинированные силовые установки. Первоначально комбинированные энергетические установки породили желание обеспечить военным кораблям одновременно высокую скорость для боя большую дальность плавания для действий в удаленных районах Мирового океана. В частности, та на германских крейсерах времен второй мировой войны появилась комбинация котлотурбинной и дизельной энергетических установок. В 1960-е годы на кораблях появились газовые турбины, которые по своей экономичности и особенностям эксплуатации могли использоваться только кратковременно и на больших оборотах. Для компенсации этого недостатка их стали комбинировать с котлотурбинной (COSAG) или дизельной (CODAG) энергетической установкой. Несколько позже появились та называемые маршевые газовые турбин, к которым требовались форсажные турбины (COGAG). Только появление всережимных газовых турбин позволили перейти к однородной газотурбинной энергетической установке.
Бывают даже уникальные комбинации энергетических установок CODEAG (дизель-газотурбинная с полным электродвижением), которая встречается на фрегате «Duke» Королевских ВМС Великобритании. При его создании конструкторы исходили из необходимости обеспечить сверхнизкий уровень шумности на малых ходах при использовании буксируемой антенны гидроакустической системы, а также быстрый переход от малой скорости хода к высокой. Установка включает в себя две газовые турбины суммарной мощностью 31000 л. с., два гребных электродвигателя постоянного тока мощностью по 2000 л. с., встроенных в линии гребных валов и работающих от четырех дизель-генераторов суммарной мощностью 8100 л. с. Такая главная энергетическая установка работает в четырех режимах: малой скорости с минимальным уровнем шумности при отключенных главных редукторах; высокой скорости хода при работе газовых турбин на винты через редукторы совместно с гребными электродвигателями; промежуточной скорости при работе одной газовой турбины на один винт и одного гребного электродвигателя на другой винт при отключенном редукторе; маневрирование при использовании только дизелей. Винты работают на задний ход только от гребных электродвигателей.
studfiles.net
Субмарины нового поколения » Военное обозрение
Еще 15 лет назад ученые и промышленность вели агитацию за внедрение воздухонезависимой энергетики на подводные лодки. Сегодня в мире уже накоплен опыт эксплуатации различных типов установок, который показывает, что востребованными оказались два типа – с двигателями Стирлинга и с электрохимическими генераторами (ЭХГ). Другие варианты остались «нишевыми» (турбина MESMA компании DCNS) или так и не вышли из лабораторий. Российские военные моряки и проектанты выбрали установку с ЭХГ, сделав ставку на простоту и безопасность эксплуатации, а также невысокие требования к системе базирования.Воздухонезависимая энергетическая установка (ВНЭУ) повышает скрытность подлодки, но платой за это становится рост стоимости корабля и всего его жизненного цикла, повышение требований к инфраструктуре и подготовке экипажей, и это отнюдь не полный список. Ни одна из сегодняшних ВНЭУ не является идеальной во всех аспектах – каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. Флот каждой страны по-разному относится к этим «плюсам и минусам» – ведь каждый флот решает свои задачи, действует в своих условиях и, самое главное, имеет разные финансовые возможности. Это приводит к спросу на корабли с разными типами ВНЭУ и даже на подлодки вовсе без ВНЭУ.
СТИРЛИНГ
ВНЭУ с двигателем Стирлинга – сравнительно простая установка, использующая типовое для подлодок дизельное топливо и жидкий кислород. Создание установки от замысла до реализации на боевой подлодке потребовало менее 15 лет.
Установку нельзя считать идеальной по скрытности, но она вполне адекватна особенностям Балтийского моря. Его сложная география и интенсивное судоходство делают ненужным снижение акустического поля подлодки до абсолютного минимума, а «теснота» Балтики требует создания небольших кораблей, которым как раз подходят не очень мощные двигатели Стирлинга. Видимо, по этим же причинам шведские подлодки были в свое время выбраны ВМС Сингапура: условия в Малаккском проливе и прилежащих к нему акваториях весьма схожи с балтийскими.
Причины приобретения Японией лицензии на шведскую ВНЭУ менее очевидны. Японские подлодки действуют не только во внутренних морях, но и в океане. Трудно предположить, что японские компании не справились бы с созданием ВНЭУ и инфраструктуры, да и военный бюджет Японии нельзя назвать чрезвычайно ограниченным, однако Морские силы самообороны Японии предпочли лицензировать существующую установку, а не разрабатывать собственную. В результате малая мощность двигателей Стирлинга заставила японских проектантов «умножить ВНЭУ на два» – на более крупных японских подлодках установка состоит из четырех двигателей, а не из двух, как на шведских.
ЭХГ
Второй тип ВНЭУ, электрохимические генераторы, прочно ассоциируется с германскими проектами подлодок типов 212А и 214. Немецкие проектанты создали подлодку с почти что «абсолютной» ВНЭУ – бесшумной, низкотемпературной, на выходе процесса – обычная вода. Плата за это – сложность и высокая стоимость установки, существенный рост размеров корабля, высокие требования к береговой инфраструктуре.
Процесс создания этой ВНЭУ оказался весьма длительным. От начала работы до сдачи боевого корабля прошло более 25 лет, и это несмотря на давно и целенаправленно идущие в Европе работы по внедрению водородной энергетики во все сферы техники.
Основной вопрос установок с ЭХГ – хранение водорода. Выбранное германскими проектантами интерметаллидное хранение водорода (хранение водорода в сплаве металла) позволяет обеспечить высокую безопасность, но требует больших весов и объемов, что не позволяет создавать лодки с большой подводной автономностью – для лодок типов 212А она составляет около двух недель. Впрочем, для ВМС Германии и Италии, действующих на Балтике, в Северном море и в Средиземноморье, эта величина вполне достаточна. Германские и итальянские субмарины большую часть времени действуют в условиях господства на море союзных сил, в силу чего они могут использовать скрытные режимы ВНЭУ не постоянно, а лишь при необходимости.
Аналогичную ВНЭУ имеют экспортные лодки типа 214. Их подводная автономность оказалась вполне достаточной для Португалии, Греции и Турции, чьи ВМС действуют в тех же условиях Средиземноморья. Страны Европы, которые покупают подлодки с такой установкой, с одной стороны, могут опираться на уже созданную инфраструктуру производства и хранения водорода, а с другой – новые пользователи эту инфраструктуру расширяют.
В Восточной Азии подлодки типа 214 и германскую версию ВНЭУ выбрали пока только ВМС Южной Кореи. Замкнутый театр, сравнительно небольшие отстояния районов патрулирования от собственных баз, наличие крупных собственных и союзных сил – все это имеет много общего с ситуацией в Средиземном море.
Таким образом, ВНЭУ с ЭХГ и интерметаллидным хранением водорода имеет множество преимуществ с «лодочной» точки зрения, но не позволяет создавать подлодки с подводной автономностью свыше двух недель и требует наличия дорогостоящей водородной инфраструктуры.
ТИПЫ РИФОРМИНГА
Указанные выше проблемы заставили разработчиков искать новые решения. Одним из ответов стало хранение водорода в виде химических соединений с последующим расщеплением этих соединений и извлечением из них водорода (риформингом). Наиболее известны риформинг спиртов (метилового и этилового) и дизельного топлива. Передача на подлодку и хранение на ее борту этих жидкостей значительно проще, чем водорода.
Получение водорода из спиртов достаточно несложно, этот процесс дает мало углекислого газа (выхлопа). Однако метиловый спирт ядовит, да и этиловый спирт, по замечанию опытного германского подводника, «представляет для экипажа не меньшую угрозу, чем метиловый». Цистерны, арматура и трубопроводы со спиртом требуют тщательной герметизации и контроля как при эксплуатации, так и при погрузке этого топлива. Для использования спиртов необходима дорогостоящая береговая инфраструктура.
С точки зрения эксплуатации наиболее привлекателен риформинг дизельного топлива. Дизельное топливо на подлодках используется давно, оно недорого и вполне безопасно, все военно-морские базы мира имеют нужную инфраструктуру. На лодке хранится всего один вид топлива – как для дизель-генераторов (при их наличии), так и для ВНЭУ. Это ощутимая экономия, потому что за 30 лет службы корабля расходы на топливо «съедают» львиную долю эксплуатационных затрат.
Однако эти преимущества не даются даром. Риформинг дизельного топлива требует наибольшего расхода кислорода, он идет при самых высоких температурах и дает наибольшее количество выхлопа, а получаемый водород нужно тщательно очищать. Есть некоторое сходство с ядерным реактором – ядерная установка также весьма сложна, но она является «единым двигателем» и дает подлодке самые большие возможности.
РАБОТЫ ПО РИФОРМИНГУ
Компания HDW начала работы по установкам риформинга еще в 90-е годы прошлого века, в их результате был создан опытный образец риформера метанола. Но размер этой установки не позволял безболезненно интегрировать ее в корабли существующих проектов, а экономический кризис заставил ВМС Германии отказаться от финансирования этого проекта. Сегодня компания TKMS (наследник HDW) продолжает работы по этому риформеру для экспортных лодок типа 216. Финансовые кризисы существенно влияют на судьбу новой техники, а реализация перспективных разработок зависит от возможности найти зарубежного заказчика.
Весьма амбициозный испанский проект подводной лодки S-80 («Isaac Peral») основан на использовании ЭХГ и риформера этилового спирта. Испанские проектанты успешно создали широкую мировую кооперацию и получили вполне обнадеживающие первые результаты, в том числе работающий стендовый образец риформера малой мощности. Однако ряд проблем в проекте самой подлодки и неизбежные сложности при переходе от стендовых образцов к реальной технике привели к срыву сроков реализации проекта. Это, в свою очередь, создало проблему с его финансированием. Будет ли этот проект реализован – еще предстоит увидеть. Интересно отметить, что ВМС Испании пошли путем разработки оригинального проекта лодки, включая создание «с нуля» установки риформинга этанола со всеми вытекающими сложностями, тогда как ВМС Португалии предпочли купить готовые субмарины типа 214. Ближайшие соседи, оказывается, могут иметь заметно разные ценности.
В 2014 году компания DCNS объявила о создании и успешных испытаниях стендового образца «ЭХГ второго поколения» с риформером дизельного топлива. Эта установка предлагается для подлодок типа «Scorpene» – считается, что ее применение доведет подводную автономность этих лодок до трех недель и более. Другой проект DCNS, более крупная субмарина, известная под именами «SMX Ocean» и «Shortfin Barracuda», был выбран ВМС Австралии для своей программы SEA-1000. Экспортный заказ, вероятно, позволит компании DCNS довести свою ВНЭУ до работоспособного состояния.
В Индии также ведутся работы по созданию ВНЭУ на основе риформинга боргидрида натрия для подводных лодок типа «Kalvari».
Военно-морской флот России еще в 90-х годах сделал выбор в пользу ЭХГ, а в 2008 году – в пользу системы риформинга дизельного топлива. Условия, в которых действуют российские подлодки, заметно отличаются от европейских. Это открытые театры (Северный и Тихоокеанский), десяток баз подлодок на значительном расстоянии друг от друга, в том числе в малообжитых районах с суровым климатом. Отсюда и требование к снижению затрат на создание и содержание инфраструктуры. Лодки далеко уходят от баз и большую часть времени находятся под угрозой со стороны многочисленного и умелого противника, то есть должны длительно находиться в скрытных режимах. Все эти проблемы может решить только риформинг дизтоплива.
Правда, экономический кризис 90-х, а также то, что острой необходимости во ВНЭУ не было, – у российского флота есть атомные подводные лодки, ядерный реактор можно считать «идеальной ВНЭУ» – замедлили создание анаэробной установки. Однако в середине нулевых эти работы возобновились. Как заявил в конце ноября главком ВМФ РФ Владимир Королев, «мы продолжаем работу над двигательной установкой воздухонезависимого типа, это наша перспектива, наше будущее».
topwar.ru