С появлением новой русской подводной лодки «Лада» в прошлое уйдёт целая эпоха американского «господства на море», Вашингтон фактически потеряет главный инструмент «проецирования силы» на удалённые регионы и рискует окончательно утратить свою глобальную геополитическую роль.

Многие действительно важные новости, имеющие прямое отношение к изменению военно-стратегического баланса сил в Евразии, проходят мимо внимания массового читателя.

Вот одна из таких новостей.

13 октября 2014 года информагентство «РИА Новости» со ссылкой на источник в оборонно-промышленном комплексе РФ сообщило: «В России принято решение о серийном производстве воздухонезависимых энергетических установок (ВНЭУ) для оснащения будущих подводных лодок проекта 677 «Лада». Испытания опытного макета ВНЭУ на стенде завершились успешно. Следующие испытания будут проводиться уже непосредственно на лодке».

Это сообщение прошло практически незамеченным, даже среди военных обозревателей никто не обратил на него особого внимания. А зря! Ибо это решение знаменует собой настоящую революцию в области военного подводного кораблестроения.

Достоинства и недостатки подводных охотников

Сегодня все подводные лодки по типу энергетических установок делятся на два вида: ПЛ с ядерной энергетической установкой (атомным реактором) и дизель-электрические подводные лодки (ДЭПЛ), двигающиеся в надводном положении при помощи дизеля, а в подводном - используя электромоторы, черпающие энергию от аккумуляторных батарей.

Атомные ПЛ обладают целым рядом выдающихся достоинств: практически неограниченным временем пребывания под водой, высокой скоростью подводного хода и большой глубиной погружения, способностью нести огромное количество самого разнообразного вооружения и оборудования.

Но, увы - главное достоинство ядерной энергетической установки, её мощность, является одновременно источником основного недостатка, свойственного подводным атомоходам. Этот недостаток - большая шумность. Наличие на борту АПЛ атомного реактора (а иногда и двух) со всем комплексом сопутствующих механизмов: турбинами, генераторами, насосами, холодильными установками, вентиляторами и т.д. - неизбежно порождает огромное количество разночастотных колебаний и вибраций и требует сложнейших технологий для снижения уровня шумов, являющихся главным демаскирующим фактором любой АПЛ.

Зато дизель-электрическая подлодка под водой практически бесшумна. Электромоторы, питающиеся энергией аккумуляторных батарей, не требуют наличия турбин и другого высокошумного оборудования. Поэтому ДЭПЛ крадётся в океанских глубинах, практически не шумя, подобно опасной хищной рыбе, выслеживающей зазевавшуюся добычу.

Однако рыба эта может находится под водой относительно недолго - всего несколько суток. Притом двигается она в океанской глубине очень медленно, экономя запас энергии, который по сравнению с атомными «акулами» просто ничтожен. А недостаток энергии, в свою очередь, налагает серьёзные ограничения на водоизмещение, вооружение и другие ключевые характеристики ДЭПЛ. По сути, эти лодки не являются полностью «подводными», их можно скорее назвать «ныряющими», так как большую часть времени на маршрутах развёртывания они проводят в надводном положении, да и в районах боевого патрулирования вынуждены регулярно всплывать и включать дизеля для подзарядки аккумуляторных батарей.

Так, например, у новейшей российской ДЭПЛ проекта 636.3 запас подводного хода составляет всего 400 миль. И двигается она под водой в основном экономходом со скоростью 3 узла, то есть 5,4 км/час. Поэтому преследовать свою добычу под водой такая лодка не может. Она вынуждена полагаться на данные разведки, которая должна вывести её в заданную точку на маршруте развёртывания кораблей противника. Отсюда и главный способ боевого использования ДЭПЛ - т.н. «завеса», т.е. развертывание подводных лодок в линию, перпендикулярную курсу вероятного движения цели, на определенных интервалах друг от друга. При этом вся группа участвующих в ней подлодок управляется с внешнего командного пункта, что создаёт дополнительные демаскирующие факторы и снижает боевую устойчивость и эффективность группировки ПЛ. Если учесть к тому же, что глубина эшелонированной противолодочной обороны современной американской авианосной ударной группировки составляет свыше 300 миль (т.е. более 550 км), становится понятным, как непросто нашим ДЭПЛ противостоять такому противнику.

Поэтому неудивительно, что заветной мечтой всех подводников является создание подводной лодки с принципиально новой энергетической установкой, которая позволит совместить в себе достоинства атомных и дизель-электрических подводных лодок: мощность и скрытность, большую автономность подводного плавания и малую шумность…

Сказка стала былью

Так вот: российские подводные лодки 677-го проекта «Лада» с воздухонезависимой энергетической установкой как раз и являются серьёзнейшим прорывом в этом направлении, выводящим подводный флот России на принципиально новые рубежи.

«Лады» невелики, их водоизмещение почти в два раза меньше, чем у знаменитой «Варшавянки». Зато комплекс её вооружений очень серьёзен и непривычно велик. Помимо традиционного минно-торпедного вооружения ДЭПЛ (6 торпедных аппаратов 533-мм, 18 торпед или мин), 667-й проект - первая в мире неатомная подводная лодка, оснащённая специализированными пусковыми установками для крылатых ракет (10 вертикальных ПУ в средней части корпуса). Причём эти КР могут быть как оперативно-тактическими, ударно-противокорабельными, так и ракетами большой дальности, предназначенными для поражения стратегических целей в глубине территории противника (о них см. подробнее в статье «Ракетный сюрприз Путина»).

Но самой важной особенностью новых русских ПЛ является ВНЭУ, воздухо-независимая энергетическая установка. Не вдаваясь в детали, интересные специалистам, отметим, что наличие ВНЭУ позволит «Ладам» находиться в подводном положении до 25 суток, то есть почти в 10 раз дольше, чем их знаменитым «старшим сёстрам» - «Варшавянкам» проекта 636.3! При этом шумность у «Лады» будет даже меньше, чем у знаменитой варшавянской «чёрной дыры», которую американцы прозвали так из-за того, что её практически невозможно обнаружить.
Страны НАТО давно уже пытаются оснастить свои подводные лодки такими ВНЭУ. «Законодателями» мод в этой области выступают Германия и Швеция. Германские корабелы ещё с конца 90-х годов строят малые ПЛ проекта 212\214, оснащенные гибридной энергетической установкой.

Оснащение лодки такой анаэробной установкой позволило немцам увеличить время нахождения ее в подводном положении до 20 суток. И сейчас германские «малютки» с ВНЭУ различных модификаций находятся на вооружении Германии, Италии, Португалии, Турции, Израиля, Кореи и еще нескольких стран.

Шведский концерн Kockums Submarin Systems, в свою очередь, в конце прошлого века начал строительство подлодок класса Gotland с ВНЭУ на основе т.н «двигателя Стирлинга». При его использовании эти лодки также могут находиться под водой без подзарядки аккумуляторных батарей до 20 суток. И сейчас ПЛ с двигателями Стирлинга есть не только в странах Скандинавии, но и в Австралии, Японии, Сингапуре и Таиланде.

Но ни немецкие, ни шведские ПЛ, являющиеся малыми, по сути прибрежными лодками, не идут ни в какое сравнение с русскими «Ладами» - ни по своим тактико-техническим характеристиками, ни по разнообразию и мощности вооружения. Наши ПЛ 667-го проекта во всех отношениях являются в этом классе уникальными по своему качеству кораблями нового поколения!
ЦКБ «Рубин» — главный разработчик подводных лодок в России, спроектировал «Ладу» так, что она способна наносить залповые торпедно- ракетные удары по морским и стационарным наземным целям как из торпедных аппаратов, так и из специализированных вертикальных ракетных шахт. За счет уникального гидроакустического комплекса наша лодка имеет существенно увеличенную дистанцию обнаружения целей. Она может погружаться на 300 м, имеет скорость полного подводного хода до 21 узла, автономность — 45 суток. Для снижения шумности лодки применены виброизоляторы, всережимный гребной электродвигатель на постоянных магнитах. Корпус лодки покрыт материалом «Молния», поглощающим сигналы гидролокаторов.

О ВНЭУ нашей лодки известно пока немного. Так же как и у немцев, в ее основе будет электрохимический генератор. Но она будет принципиально отличаться тем, что водород, необходимый для работы ВНЭУ, будет получаться прямо на борту с помощью переработки имеющегося дизельного топлива. Поэтому российская ВНЭУ будет значительно экономичнее немецкого аналога, что позволит увеличить время её непрерывного нахождения лодки под водой до 25 суток. Одновременно и стоить «Лада» будет существенно меньше, чем немецкие лодки проекта 212\214.

До 2020 года российский же флот рассчитывает получить 14 единиц таких новых неатомных подводных лодок 4-го поколения.

Сокрушители балансов

Чтобы читатель понял, насколько существенно новые русские ПЛ с ВНЭУ смогут изменить баланс сил между Россией и США, приведу лишь один пример. «Четыре-шесть таких подлодок, - говорил ещё в конце 2010 года в интервью «РИА Новости» вице-адмирал Виктор Патрушев - могут полностью перекрыть такие закрытые или полузакрытые акватории, как Черное, Балтийское и Каспийское моря. Их преимущества очевидны любому военно-морскому специалисту».

От себя добавлю, что развёртывание в составе Российского ВМФ дополнительно двух-трёх соединений «Лад» способно принципиально изменить соотношение сил не только на Балтике, Каспии и Чёрном море, но и на Севере, и в Средиземноморье, в Атлантике и Индийском океане. На Севере, в Баренцевом море такие лодки способны гарантированно прикрыть маршруты развёртывания российских подводных стратегических ракетоносцев от любых посягательств противолодочных сил США и стран НАТО, что существенно повысит боевую устойчивость морской компоненты наших стратегических ядерных сил.

Сейчас наши ракетоносцы несут боевую службу по большей части под льдами Арктики, где они практически недоступны для вражеского воздействия. Американцы могут засечь, отследить и поразить наш подводный крейсер лишь на этапе его перехода в район боевого патрулирования. А «Лады» 667-го проекта идеально приспособлены для противодействия американским АПЛ, следящим за нашими «стратегами», так как слышат их на дистанциях гораздо больших, чем американцы способны услышать «Ладу». В таких условиях поражение вражеской субмарины - то ли «Ладой» самостоятельно, то ли с помощью наведения на неё сил противолодочной авиации и надводных кораблей - становится делом техники.

Что касается Средиземного моря, Атлантики и Индийского океана, то наличие в их водах в достаточном количестве подводных лодок, подобных «Ладе», практически обнуляет там американскую военно-морскую мощь, ядром которой являются авианосные ударные группировки (АУГ). Ещё в советские времена «дизелюхи» проекта 641Б умудрялись прорывать противолодочную оборону авианосцев и, бывало, всплывали прямо под носом у обалдевших американских адмиралов. И лишь малый запас подводного хода, отсутствие дальнобойного ракетного вооружения да невозможность оставаться в подводном положении больше 3-х суток давали американцем шанс в этом противостоянии с советскими подводниками.

Сегодня, при условии, что «Лада» будет действительно способна оставаться под водой до 25 дней, её боекомплект включит в себя мощный противокорабельный ракетный комплекс, подобный «Калибру», а разведка и наведение ПЛ на АУГ будет осуществляться с использованием эшелонированной разведки, включающей космическую группировку, такого шанса у хвалёных штатовских авианосцев уже не будет! А это значит, что в прошлое уйдёт целая эпоха американского «господства на море», Вашингтон фактически потеряет свой главный инструмент «проецирования силы» на удалённые регионы и окончательно утратит свою глобальную геополитическую роль.

В статье представлены варианты созданных и разрабатываемых воздухонезависимых энергетических установок (airindependentpower /AIP) подводных лодок. Показаны ориентировочные границы использования и примеры реализации воздухонезависимых энергетических установок подводных лодок на основе тепловых двигателей (двигателей внутреннего сгорания, двигателей с внешним подводом теплоты, паротурбинные и газотурбинные энергетические установки), прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую (Polymer Electrolyte (or Proton Exchange Membrane) Fuel cells, Solid Oxide Fuel Cells, реформинг углеводородного топлива с получением водорода), аккумуляторных батарей высокой емкости, высокометаллизированного топлива и «термитных смесей». Указаны примеры реализации различных технологий в подводном кораблестроении и компании, проводящие научно-исследовательские работы по созданию данных технологий. Приведены основные особенности работы энергоустановок, их достоинства и недостатки.

виды топлива

энергетическая установка

подводная лодка

воздухонезависимая энергетическая установка (ВНЭУ)

1. Васильев В.А., Чернышов Е.А., Романов И.Д., Романова Е.А., Романов А.Д. История развития подводных лодок с воздухонезависимыми энергоустановками в России и СССР // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2012. – № 4. – С. 192-202.

2. Генкин А.Л. и др. Анаэробный источник теплоты на безгазовом топливе для аварийного обогрева водолазов // Судостроение. 2010. – № 2. – С. 36-38.

3. Дядик А.Н., Замуков В.В., Дядик В.А. Корабельные воздухонезависимые энергетические установки. – СПб.: Судостроение, 2006. – 424 с.

4. Замуков В. В., Сидоренко Д. В. Выбор воздухонезависимой энергоустановки неатомных подводных лодок // Судостроение. – 2012. – № 4. – С. 29-33.

5. Замуков В.В., Сидоренко Д.В., Петров С.А. Состояние и перспективы развития воздухонезависимых энергоустановок подводных лодок // Судостроение. – 2007. – № 5. – С. 39-42.

6. Захаров И.Г. Концептуальный анализ в военном кораблестроении. – СПб.: Судостроение, 2001. – 264 с.

7. Никифоров Б.В. и др. Литий-ионные аккумуляторные батареи в качестве основных источников электроэнергии дизель-электрических подводных лодок // Судостроение. – 2010. – № 2. – С. 25-28.

8. Чернышов Е.А., Романов А.Д. Высокометаллизированное топливо на основе алюминия и его применение // Технические науки – от теории к практике. – 2013. – № 24. – С. 69-73.

9. Ястребов В.С. Системы и элементы глубоководной техники подводных исследований. –Л.: Судостроение.

10. Dr Carlo Kopp. Air Independent Propulsion – now a necessity // Defence Today. – 12/2010.

Энергетическая установка неатомной подводной лодки (ПЛ) представляет собой тяжелую, до 30 % массы, и объемную, до 50 % от водоизмещения, конструкцию. Однако классическая дизель-электрическая установка работает не эффективно, в подводном положении не используется дизельная установка и запас углеводородного топлива, в надводном, если не реализован режим полного электродвижения, становятся «не нужными» аккумуляторные батареи. Поэтому с момента первого появления подводных лодок предлагались различные типы тепловых «единых двигателей», они развивались по следующим направлениям :

• Аккумулирования теплоты (уксусно-кислый натрий, жидкий металл).
• Паротурбинные установки замкнутого и открытого цикла: горение металлов или углеводородного топлива с применением в качестве окислителя перекиси водорода (цикл Вальтера).
• Двигатели внутреннего сгорания: открытого цикла («Y», «Почтовый», ЕД-ВВД, Kreislauf), замкнутого цикла (применение водорода и кислорода, РЕДО, ЕД-ИВР, ЕД-ХПИ), с применением в качестве окислителя перекиси водорода (Х-1, ПВК), с применением твердого источника кислорода (надперекись натрия).

На рис. 1 и 2 Приведены ориентировочные границы применимости энергетических установок и примеры реализации с указанием проекта ПЛ.

Рис. 1. Диапазон применения различных энергетических установок на ПЛ

* - ПЛ без установленного вооружения.

** - экспериментальная ПЛ лаборатория.

Рис. 2. Диаграммы мощности и продолжительности работы различных источников тока

Знаком * отмечен диапазон, рассмотренный в отдельно.

Из рис. 1 видно, что фактически самые крупные ПЛ с аккумуляторными батареями крупнее ПЛ, оснащенных ядерной энергетической установкой. Однако это не мешает развиваться ПЛ с другими типами ЭУ. Можно привести пример торпед, все они при сравнимых габаритах оснащены различными типами ЭУ.

В настоящее время разрабатываются и внедряются энергоустановки на основе:

• Тепловых двигателей: двигатели с внешним подводом теплоты (Стирлинга), дизель по замкнутому циклу, паровые турбины замкнутого цикла, газотурбинных установок замкнутого цикла с использованием различных комбинаций высокометаллизированного топлива и окислителя.
• Прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую (топливные элементы), включая конверсию/реформинг углеводородного топлива и гидротермальное окисление металла, с получением водорода, использующегося в ЭХГ.
• Аккумуляторных батарей высокой емкости, без подзарядки в море.
• Малогабаритных атомных энергоустановок, включая вспомогательные.

Практически для всех энергетических установок принят универсальный окислитель - кислород. Это связано с относительной простотой его получения, из воздуха, и обработанностью систем его хранения, в большинстве случаев - криогенное хранение.

Рассмотрим особенности различных воздухонезависимых энергетических установок.

1. ЭУ на основе тепловых двигателей

Все эти принципиально разные по конструкции установки объединяет применяемое топливо (жидкие углеводороды) и механическое преобразование химической энергии топлива в механическую, а затем в электрическую. К тому же жидкое углеводородное топливо имеет преимущество по хранению, транспортировке. Применение топливно-балластных цистерн и возможность дозаправки в море значительно увеличивают возможный радиус действия. Данные конструкции могут использовать в качестве окислителя атмосферный воздух в режиме «работа двигателей под водой» (РДП / Schnorchel).

1.1. ЭУ на основе дизелей по замкнутому циклу (ДЗЦ, closed-cyclediesel, CCD)

Данные системы наиболее распространены, некоторые ДЗЦ базируются на опыте эксплуатации дизельных двигателей. Первыми проектами стали ПЛ Бертена и Джевецкого, после второй мировой войны в СССР серийно строились ПЛ с ДЗЦ (А615). Их технологическим преимуществом является использование «стандартных» дизельных двигателей, то есть меньшая стоимость и упрощение обучения экипажа. Однако сложно устранимая высокая шумность дизельного двигателя ограничивает развитие данной технологии. ЭУ на основе дизель по замкнутому циклу отличаются между собой конструктивно, но принцип действия аналогичен: из продуктов сгорания / выхлопных газов удаляется СО2, при сгорании 1 кг дизельного топлива образуется 3,19 кг СО2, нуждающегося в утилизации, например: растворением в морской воде (Argo / ЕД-ИВР), поглощением твердыми продуктами (ЕД-ХПИ, надперекись натрия, хлорид натрия) или вымораживанием, затем газовая смесь обогащается кислородом и направляется в цилиндры.

В настоящее время компания RDM (Голландия) предлагает энергетическую установку SPECTRE (Submarine Power for Extended Continuous Trialand Range Enhancement) на основе дизеля, работающего по замкнутому циклу. Аналогичные работы выполнены компаниями COSMOS (Италия), CDSS (Великобритания) и TNSW (Германия). Однако серийно ПЛ с данными ЭУ не строятся, за исключением малых ПЛ .

1.2. ЭУ на основе двигателя с внешним подводом тепла (Стирлинга)

От всех известных преобразователей энергии прямого цикла, которые могут использоваться в составе анаэробных установок, двигатели Стирлинга выгодно отличаются рядом качеств, которые обуславливают перспективу их применения на неатомных ПЛ: малошумность в работе из-за отсутствия взрывных процессов и достаточно плавного протекания рабочего цикла, что влияет на акустическую скрытность ПЛ; высокий к.п.д., высокое давление продуктов сгорания, позволяющее удалять продукты горения за борт на глубинах до 200 м без компрессора, возможность использования различных типов углеводородного топлива.

Недостатками являются: высокая стоимость; сложность, высокая технологическая емкость конструкции; низкое значение агрегатной мощности реализовано 75 кВт, вероятно, наиболее достигнутая 600 кВт. Примерами реализации данной ЭУ являются проекты А-17, А-19, Imp. Oyashio, возможно Type 041 и 043.

1.3. Паровая турбина ЭУ замкнутого цикла

В настоящее время паровые турбины замкнутого цикла MESMA (Moduled’EnergieSous-MarineAutonome) внедряются на ПЛ проекта Agosta90B и Scorpene. По данным концерна «DCN», выходная мощность ЭУ ”MESMA” составляет 200 кВт. Установка производит тепловую энергию путем сжигания газообразной смеси этилового спирта и кислорода в первичном контуре теплообменника. Вторичный контур представляет собой паровую турбину, которая приводит в действие высокоскоростной турбогенератор. В настоящее время в Бразилии в г. Итагуаи идет строительство верфи для производства подводных лодок (MetalStructuresManufacturingUnit). Данная верфь обладает всем необходимым для производства корпусных секций в рамках программы кораблестроения PROSUB. Головная ПЛ должна приступить к испытаниями в 2016 году.

Аналогом данной разработки в России можно назвать исследования ОАО «СПМБМ Малахит» и НПВП «Турбокон».

1.4. Газотурбинная установка ЭУ замкнутого цикла

Разрабатываются различные варианты оснащения ПЛ газотурбинной установкой замкнутого цикла. Газотурбинный двигатель (ГТД) - это уравновешенная тепловая машина, обладающая меньшими по сравнению с ДВС вибрационными характеристиками, шумность - слабое место ГТД, однако акустические возмущения имеют высокую частоту, что возможно снизить за счет шумоизоляции. В России НПО «Сатурн» имеет задел по малогабаритным ГТД для современных летательных аппаратов военного назначения. На сегодняшний день ОАО СПМБМ «Малахит», совместно с НПО «Сатурн» и НПО «Гелиймаш», выполнили расчетные исследования созданию ВНЭУ с ГТД .

2. ЭУ на основе топливных элементов

Топливный элемент - электрохимическое устройство, которое преобразовывает химическую энергию топлива и окислителя в электрическую. Топливные элементы могут использовать ископаемое топливо (главным образом, природный газ или бензин) или непосредственно водород (в случае топливных элементов PEM).

Основные направления развития топливных элементов: Polymer Electrolyte (or Proton Exchange Membrane) Fuel cells PEM/PEMFC, Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cells (MCFC), Solid Oxide Fuel Cells (SOFC).

2.1. ЭУ на основе Proton Exchange Membrane (PEM)

Низкотемпературные ЭХГ имеют удельную мощность порядка 65 Вт/кг, ресурс порядка 5000 ч. При этом удельный расход водорода от 0,045 - 0,048кг/кВт*ч, расход кислорода 0,36 - 0,38 кг/кВт*ч. Топливные элементы BZM120 имеют мощность 120 кВт каждый и весят 900 кг с объема 500 литров. Композиция топлива водород + кислород с продуктами реакции вода являются теоретически лучшей композицией по энерговыделению на 1 г продуктов реакции и простоты утилизации продуктов реакции на ПЛ. Однако масса систем хранения водорода значительна, запас при криогенном хранении водорода не превышает 5 % от массы систем хранения, при газообразном около 3 % в адсорбированном виде в интерметаллидных соединениях. Высокая стоимость создания ЭУ и береговой инфраструктуры, технологические проблемы с хранением топлива, невозможность организации базирования ПЛ в недостаточно оборудованных пунктах существенно снижают мобильность и боевую устойчивость, так как уничтожение базы фактически сделает невозможным применение ПЛ. Поэтому разрабатываются альтернативные варианты хранения водород содержащего топлива (NH3, гидриды металлов, гидрореагирующее топливо) и вариантов получения водорода из него.

2.1. ЭУ на основе реформера метанола и PEM

Метанол имеет меньшую теплоту сгорания, чем дизельное топливо, и более токсичен, однако его чистота позволяет применять его для реформеров. HDW разработала концепцию дизель-элек-трической подводной лодки, предна-значенной для решения широкого круга задач в удаленных океанских (морских) зонах, пр. 216. Аналогичный проект разработан DCNS для пр. S-80A. Повышение скрытности и увеличение продолжительности автономных действий ПЛ намечается достигнуть благодаря при-менению комбинированной электроэнерге-тической установки, включающей четыре дизель-генератора, литий-ионные аккуму-ляторные батареи и электрохимические генераторы фирмы. В целях обе-спечения работы последних планируется использовать бортовой генератор водорода с метанол-паровым риформером. Принцип действия генератора заключа-ется в следующем: метанол смешивается с водой, испаряется и затем подается в реак-тор. Смесь метанол - вода преобразуется в насыщенную водородом газовую смесь, которая поступает в мембранный блок очистки. Основная часть водорода проходит через мембрану и далее в то-пливный элемент. Схема имеет преимущества перед PEM в части применяемого топлива, обеспечении большей дальности, за счет вспомогательного дизель-генератора и снижением уязвимости береговой инфраструктуры. Однако требует дополнительные системы на борту ПЛ - реформинга и утилизации СО2.

2.3. ЭУ на основе Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)

Solid Oxide Fuel Cell принадлежат группе высокотемпературных топливных элементов. Они работают при температурах до 1000 °C и могут использовать разнообразное топливо: газообразный водород или углеводороды (бензин, дизель, керосин), природный газ. Причем их особенностью является возможность применения топлива с меньшей степенью очистки, в частности по сере, в отличие от низкотемпературных топливных элементов где сера и CO отравляют катализатор. Другое преимущество состоит в том, что SOFC при работе выделяет СО2 при высокой температуре. Что позволяет использоваться для повышения КПД микро газовую турбину, для производства электрической энергии или других вспомогательных нужд. Данные ЭУ разрабатываются различными компаниями, например, Wärtsilä.

Однако подобная система также требует утилизацию СО2.

3. ЭУ на основе аккумуляторной батареи без системы дозарядки в море

В настоящее время одним из конкурентов тепловым двигателям (ЭУ) являются оснащение ПЛ только аккумуляторной батарей большой емкости. Аналогичные конструкции применяются на подводных аппаратах. Теоретически наиболее простой тип энергетической установки, однако современные батареи имеют недостаточную емкость для обеспечения нахождения под водой продолжительное время (более 14 дней) при сравнительно высоком энергопотреблении (более 50 кВт*ч). Традиционная свинцово-кислотная батарея (и др.) не удовлетворяет требованиям для этих целей, однако с появлением альтернативных технологий, таких как батареи Зебры Роллс-ройса или литий-ионный аккумулятор, это стало выполнимо, кроме того, разрабатываются другие типы АБ: серно-натриевые, натриево-серебрянные, натрий-никельхлоридные, литиево-хлорные, литиево-серебрянные, литий-полимерные, никель-металгидридные и др. . Ориентировочная удельная емкость батарей представлена в таблице 1.

Таблица 1. Удельная массовая энергия различных типов аккумуляторных батарей

Причем удельная энергоемкость батареи зависит от режима разрядки и может отличаться для свинцово-кислотных от 22 Вт*ч/кг при часовом режиме разрядки до 55 Вт*ч/кг при 1000 часовом режиме.

Для питания средств навигационной обстановки созданы батареи, которые имеют длительный период разряда, например, щелочной марганцево-цинковой электрохимической системы, но они имеют малую мощность.

4. ЭУ на основе высокометаллизированного топлива

В основном ведутся только научно-исследовательские работы по данному направлению. Достоинствами данной схемы является: высокая калорийность продуктов, взрыво/пожаробезопасность, возможность совместного или раздельного хранения продуктов без изменения их физико-химических свойств, продукты горения находятся в твердом состоянии, что облегчает систему утилизации. Существуют проекты с различными вариантами топлива и окислителя: Al + О2 ,Mg + CO2, Al + CrO3/S/Fe2O3, Li + CrO3, Li + SF6, причем топливо и окислитель могут находиться как в твердом, так и в жидком / газообразном состоянии . Проекты значительно конструктивно отличаются. Камеры сгорания могут быть: прямоточными, циклонными, слоевыми, барботажными/погружными, поверхностное горение. Преобразование тепловой энергии может производиться в ГТУ ЗЦ, ПТУ ЗЦ, на основе двигателя с внешним подводом тепла.

В работе указывается, что ЭУ на основе безгазового топлива может быть размещена в габаритах отсека существующих ПЛ, причем сравнительные оценки показали превосходство над базовым вариантом дизельной ПЛ. Однако практическое внедрение прошли только малые энергоустановки, например, в Advanced Lightweight Torpedo, данная ЭУ оснащена двигателем с циклом Ренкина и забортной водой в качестве теплоносителя, топливом является металлический литий, окислителем газообразный гексафторид серы.

5. ЭУ на основе «термитных смесей»

В основном разрабатываются малые и сверхмалые ЭУ, часть из которых применяется только для генерации тепла . Данные ЭУ могут оснащаться аккумуляторами тепла, то есть время работы ЭУ значительно превышает время горения термитного заряда. В зарядах используют «окислители второго рода», эти соединения требуют так много тепла для выделения из них кислорода, что смеси их с органическими веществами не способны к горению. Следует отметить, что интерес представляет не общее количество кислорода, содержащееся в окислителе, а то количество его, которое расходуется на окисление горючего. Количество кислорода, отдаваемого используемыми твердыми окислителями, составляет не более 52 % от веса соединения.

Сравнительный анализ производится на основе системы показателей качества и критериев эффективности . Оценка эффективности ЭУ представляет собой многокритериальную задачу с нелинейными целевыми функциями и ограничениями, решаемые методами нелинейного программирования. В целом оценку эффективности внедрения той или иной технологии можно делать только на основе корректных исходных данных. Кроме выбора критериев сравнения, необходимо выбирать весовые характеристики критериев. Причем, кроме характеристик самой ЭУ (энергетические, надежности, экономические, уровни полей, например, интенсивность шумоизлучения, напряженности электромагнитного поля, концентраций отработанных веществ, выделяемых в атмосферу при работ, ремонтопригодность установки . Важно также учитывать стоимость создания и эксплуатации береговой инфраструктуры.

Рецензенты:

Лоскутов А.Б., д.т.н., профессор, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород.

Гущин В.Н., д.т.н., профессор, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород.

Библиографическая ссылка

», 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.

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 . 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 : «Кронштадт» и «Великие Луки». Головная субмарина этого проекта - «Санкт-Петербург» - проходит опытную эксплуатацию на Северном флоте. Анаэробной энергетической установки на ней пока нет.

«Зарубежное военное обозрение» № 6. 2004г. (стр.59-63)

Капитан 1 ранга Н. СЕРГЕЕВ,

капитан 1 ранга И. ЯКОВЛЕВ,

капитан 3 ранга С. ИВАНОВ

Подводные лодки с традиционной дизель-электрической энергетической установкой (ЭУ) являются достаточно эффективным средством для решения определенных им задач и имеют ряд преимуществ перед ПЛА, особенно при действиях в прибрежных и мелководных районах моря. К числу таких преимуществ относятся низкий уровень шумности, высокая маневренность на малых скоростях хода и соизмеримая с ПЛА ударная мощь. Кроме того, включение в состав ВМС неатомных ПЛ во многом обусловлено невысокой стоимостью их создания и эксплуатации. В то же время они имеют ряд недостатков, в частности ограниченное время пребывания в подводном положении в связи с небольшим запасом энергии в аккумуляторной батарее (АБ). Для зарядки АБ ПЛ вынуждена всплывать в надводное положение или использовать режим работы дизеля под водой (РДП), в результате чего повышается вероятность ее обнаружения радиолокационными, инфракрасными, оптико-электронными и акустическими средствами. Отношение времени плавания под РДП, необходимого для зарядки аккумуляторов, к периоду разряжания АБ называется «степенью неосторожности».

Существует несколько направлений увеличения дальности плавания под водой, основным из которых являются научно-технические и технологические разработки с целью совершенствования традиционной ЭУ неатомных ПЛ и ее составных элементов. Однако в современных условиях реализация этого направления не может в полной мере обеспечить решение главной задачи. Выход из сложившейся ситуации, по мнению зарубежных специалистов, заключается в использовании на ПЛ воздухонезависимой энергетической установки (ВНЭУ), которая может служить в качестве вспомогательной.

Успешные результаты, полученные в ходе работ по данной тематике, сделали возможным оборудование вспомогательными ВНЭУ вновь строящихся и дооборудование находящихся в эксплуатации дизель-электрических ПЛ. У последних в прочный корпус врезается дополнительный отсек, содержащий саму энергоустановку, емкости для хранения топлива и окислителя, цистерны замещения массы расходуемых реагентов, вспомогательные механизмы и оборудование, а также приборы контроля и управления. В дальнейшем ВНЭУ планируется использовать на ПЛ в качестве основной.

В настоящее время существуют четыре основных типа воздухонезависимых энергетических установок: дизельный двигатель замкнутого цикла (ДЗЦ), двигатель Стирлинга (ДС), топливные элементы или электрохимический генератор (ЭХГ) и паротурбинная установка замкнутого цикла.

К числу основных требований, предъявляемыми к ВНЭУ, относятся следующие: низкий уровень шумности, малое тепловыделение, приемлемые массогабаритные характеристики, простота и безопасность эксплуатации, большой ресурс и невысокая стоимость, возможность использовать существующую береговую инфраструктуру. В наибольшей мере данным требованиям удовлетворяют вспомогательные ЭУ с двигателем Стирлинга, ЭХГ и паротурбинной установкой замкнутого цикла. Поэтому в ВМС ряда стран ведутся активные работы по их практическому применению на неатомных ПЛ.

Энергетическая установка с двигателем Стирлинга. К ее разработке в 1982 году приступила шведская фирма «Кокумс марин АВ» по заказу правительства. Специалисты изначально рассматривали ВНЭУ с двигателем Стирлинга как вспомогательную, работающую совместно с традиционной дизель-электрической ЭУ (ДЭЭУ). Проведенные ими исследования показали, что новая установка, создаваемая как главная (без использования традиционной ДЭЭУ), будет слишком дорогой в производстве и технические требования, предъявляемые к энергоустановке подводной лодки, будет трудно удовлетворить.

Королевские ВМС Швеции выбрали ВНЭУ с двигателем Стирлинга по нескольким причинам: высокая удельная мощность, низкий уровень шумности, отработанность технологий производства ДС, надежность и простота эксплуатации.

Высокая удельная мощность ДС достигается за счет сжигания в камере сгорания дизельного топлива в сочетании с кислородом. На ПЛ необходимый запас кислорода хранится в жидком состоянии, что обеспечивается современными криогенными технологиями.

Двигатель Стирлинга является двигателем внешнего сгорания. Принцип его работы предусматривает использование тепла, вырабатываемого внешним источником, и его подвод к рабочему телу, находящемуся в замкнутом контуре. ДС превращает тепло, производимое внешним источником, в механическую энергию, которая затем преобразуется генератором в постоянный ток. Регенератор, входящий в состав замкнутого рабочего контура двигателя, забирает от рабочего тела тепловую энергию, образующуюся после его расширения, и возвращает ее назад в цикл, когда газ меняет направление.

В ДС применяются поршни двойного действия. Пространство над поршнем является полостью расширения, а пространство под поршнем - полостью сжатия. Полость сжатия каждого цилиндра внешним каналом через холодильник, регенератор и нагреватель связана с полостью расширения соседнего цилиндра. Необходимое сочетание фаз расширения и сжатия достигается с помощью распределительного механизма на основе кривошипов. Принципиальная схема двигателя Стирлинга приведена на рисунке.

Тепловая энергия, которая требуется для работы ДС, вырабатывается в камере сгорания высокого давления путем сжигания дизельного топлива и жидкого кислорода. Кислород и дизельное топливо в пропорции 4:1 поступают в камеру сгорания, где и происходит их сжигание.

Для того чтобы поддерживать необходимую температуру рабочего процесса и обеспечить достаточную термостойкость материалов, в конструкции ДС применяется специальная система рециркуляции газов (GRC). Эта система предназначена

для разбавления чистого кислорода, поступающего в камеру сгорания, газами, образующимися в процессе горения топливной смеси.

При работе двигателя Стирлинга часть выхлопных газов удаляется за борт, что может привести к образованию следа из пузырей. Это связано с тем, что процесс сгорания в ДС идет с большим избытком неиспользованного кислорода, который не может быть выделен из выхлопных газов. Для уменьшения количества пузырей, образующихся при растворении отработавших газов в забортной воде, применяется абсорбер, в котором происходит смешивание газов и воды. При этом выхлопные газы предварительно охлаждаются в специальном теплообменнике с 800 до 25 °С. Рабочее давление в камере сгорания позволяет удалять выхлопные газы на разных глубинах погружения ПЛ, вплоть до рабочей, что не требует использования для этих целей специального компрессора, обладающего повышенной шумностью.

Так как процесс внешнего подвода тепла неизбежно сопровождается дополнительными тепловыми потерями, КПД ДС меньше, чем у дизельного двигателя. Повышенная коррозия не позволяет использовать в ДС обычное дизельное топливо. Необходимо топливо с низким содержанием серы.

Для шведской программы был принят ДС типа V4-275 фирмы «Юнайтед Стерлинг». Он представляет собой четырехцилиндровый двигатель (рабочий объем каждого цилиндра 275 см3). Цилиндры расположены V-образно с целью снижения шума и вибрации. Рабочее давление в камере сгорания двигателя 2 МПа, благодаря чему обеспечивается его использование на глубинах погружения ПЛ до 200 м. Для работы двигателя на больших глубинах необходима компрессия выхлопных газов, что потребует дополнительного расхода мощности на удаление выхлопных газов и приведет к повышению уровня шумности.

Первой энергоустановкой на базе ДС была оборудована подводная лодка типа «Нэккен», спущенная на воду после модернизации в 1988 году. Двигатель Стирлинга, цистерны для хранения дизельного топлива, жидкого кислорода и вспомогательное оборудование были размещены в дополнительной секции с нулевой плавучестью, врезанной в прочный корпус ПЛ. За счет этого длина лодки увеличилась на 10 проц., что незначительно повлияло на изменение ее маневренных качеств.

Два ДС типа V4-275R работают на генераторы постоянного тока мощностью по 75 кВт. Двигатели размещены в шумоизоляционных модулях на виброизолирующих конструкциях с двухкаскадной амортизацией. Как показали испытания, ДС способен вырабатывать достаточное количество электроэнергии, необходимое для питания бортовых систем ПЛ, обеспечения подзарядки АБ и движения лодки со скоростью до 4 уз. Для достижения более высоких скоростей хода и питания главного гребного электродвигателя предусматривается использование двигателя совместно с АБ.

Благодаря применению комбинированной энергоустановки время плавания в подводном положении увеличилось с 3-5 до 14 сут, а скорость патрулирования - с 3 до 6 уз. В результате этого повысилась скрытность ПЛ.

Как утверждают шведские специалисты, двигатель Стирлинга в корабельных условиях продемонстрировал высокие надежность и ремонтопригодность. Его шумоизлучение не превосходит шума гребного электродвигателя и на 20-25 дБ ниже, чем у эквивалентного по мощности дизельного двигателя.

ВМС Швеции оснащают данной вспомогательной ВНЭУ ПЛ типа «Готланд». Контракт на строительство трех ПЛ этого типа был подписан правительством страны с фирмой «Кокумс» в марте 1990 года. Первая подводная лодка данной серии - «Готланд» - была принята на вооружение в 1996 году, две последующие: «Апланд» и «Халланд» - в 1997-м. В ходе модернизации планируется оборудовать вспомогательными ЭУ данного типа также ПЛ типа «Вэстерготланд».

Как сообщают иностранные источники, шведские подводные лодки, оснащенные ЭУ с ДС, уже на практике показали хорошие результаты. В частности, во время учений было доказано превосходство ПЛ «Халланд» над ПЛ ВМС Испании с традиционной дизель-электрической энергоустановкой, а также продемонстрированы ее улучшенные ТТХ в ходе совместного плавания с атомными подводными лодками ВМС США и Франции.

Энергетическая установка с ЭХГ. Электрохимический генератор - это установка, в которой химическая энергия топлива непосредственно превращается в электрическую. Основой ЭХГ являются топливные элементы (ТЭ), в которых и происходит процесс генерирования электроэнергии, возникающей при взаимодействии топлива и окислителя, непрерывно и раздельно подводимых к ТЭ. В принципе топливный элемент - разновидность гальванического. В отличие от последнего ТЭ не расходуется, так как активные компоненты подводятся непрерывно (топливо и окислитель).

В ходе исследований проводились испытания различных типов топлива и окислителей. Наилучших результатов удалось добиться при использовании реакции между кислородом и водородом, в результате взаимодействия которых вырабатываются электрическая энергия и вода.

Генерирование постоянного тока посредством холодного сгорания водорода и кислорода было известно давно и успешно использовалось для получения электроэнергии на подводных аппаратах. Этот принцип получения электроэнергии был использован на ПЛ только в 1980-е годы. В ПА кислород и водород хранились раздельно в прочных резервуарах под высоким давлением. Хотя электрохимические генераторы более эффективны, чем аккумуляторные батареи, их применение на ПЛ было затруднено тем, что запас топливных реагентов, хранящихся в газообразном состоянии, не позволял обеспечивать требуемую продолжительность подводного плавания.

Наиболее оптимальный способ хранения кислорода - в жидком состоянии (в криогенной форме - при температуре 180 °С), водорода - в форме металлгидрида.

К середине 1980-х годов немецкий консорциум GSC (German Submarine Consortium), включающий фирмы IKL (Ingenieurkontor Lubeck), HDW (Howaldtswerke Deutsche Werft AG) и FS (Ferrostaal), разработал и создал опытную береговую установку ЭХГ с топливными элементами фирмы «Сименс» для проверки совместной работы ее компонентов - топливных элементов, систем хранения водорода и кислорода, трубопроводов, системы управления, а также взаимодействия работы с традиционной ЭУ

ПЛ. Опытный образец ЭХГ был конструктивно выполнен с таким расчетом, чтобы по завершении испытаний он мог быть установлен на действующей ПЛ без доработок. Результаты береговых испытаний показали, что ЭУ с ЭХГ может быть эффективно использована на ПЛ.

В 1989 году в интересах ВМС ФРГ успешно закончилась девятимесячная серия морских испытаний ПЛ U-1 проекта 205, оборудованной вспомогательной ВНЭУ с ЭХГ на верфи HDW. В результате руководство этого вида ВС отказалось от дальнейшего строительства ПЛ только с дизель-электрической ЭУ и приняло решение использовать «гибридные» (ДЭЭУ как основная и вспомогательная ЭУ с ЭХГ). Дальнейшие исследования направлены на разработку таких установок с ЭХГ в качестве главной.

Конструктивно ЭХГ представляет собой электрохимические модули с полимерными мембранами (РЕМ). Все модули устанавливаются на единой раме и могут быть соединены как последовательно, так и параллельно.

Вспомогательными в ЭУ с ЭХГ являются система охлаждения с использованием забортной воды и система остаточных газов. Последняя обеспечивает дожигание остаточного водорода в системе вентиляции АБ и использование остаточного кислорода для бортовых нужд. Система управления ЭУ интегрирована с системой контроля безопасности, мониторы которой находятся в центральном посту.

Преобразование энергии в топливных элементах происходит бесшумно. В составе ЭУ отсутствуют узлы, совершающие вращательные или колебательные движения. Она имеет малое тепловыделение, вследствие чего не оказывает значительного влияния на формирование физических полей. Единственная вспомогательная система с вращающимися частями - система охлаждения, но она не настолько шумная, чтобы сильно повлиять на уровень акустического поля ПЛ.

Первоначальная активизация реакций в топливных элементах не требует много электроэнергии, для того чтобы металл-гидрид, хранящийся в баллонах, расположенных в междубортном пространстве, стал выделять водород и начал испаряться кислород, хранящийся в жидком состоянии в ударозащищенных криогенных цистернах, выполненных из маломагнитной стали.

Этот тип ЭУ достаточно эффективен, он имеет высокий КПД - до 70 проц., и по этому показателю значительно превосходит другие воздухонезависимые энергоустановки. Сравнительные данные зависимости КПД разных типов ВНЭУ от относительного уровня выходной мощности показаны на графике. Процесс преобразования энергии происходит при низкой рабочей температуре (60-90 °С). Для поддержания первоначально инициированного электрохимического процесса требуется небольшое количество тепла, выделяемого системой в процессе работы. Часть тепла, вырабатываемого ЭУ, может использоваться для бытовых нужд, таких как обогрев. Количество тепла, которое необходимо отводить от установки, невелико, поэтому принудительное охлаждение ЭУ забортной водой не требует длительного времени (до суток ее работы). Воду, производимую в ходе реакции, после соответствующей обработки можно использовать для питья.

Комбинация компактных топливных, последовательно соединенных элементов позволяет получить любое требуемое напряжение. Регулировка напряжения достигается изменением числа пластин в агрегатах с топливными элементами. Наибольшая мощность может быть достигнута посредством последовательного соединения этих элементов.

Работа ЭУ с ЭХГ не зависит от глубины погружения ПЛ. Электроэнергия, генерируемая такой энергоустановкой, поступает прямо на главный распределительный щит лодки. 65 проц. ее расходуется на движение и корабельные нужды, 30 проц. - на систему охлаждения и систему остаточных газов ЭУ, 5 проц. - на дополнительное оборудование ЭУ. Вспомогательная ЭУ может работать как параллельно с АБ, обеспечивая электродвижение ПЛ и питание других потребителей, так и для подзарядки АБ.

Планируется оснастить вспомогательной ЭУ с ЭХГ четыре и две ПЛ типа 212А, строящихся для ВМС ФРГ и Италии соответственно, а также экспортный вариант лодки типа 214 для ВМС Греции и Республики Корея.

Две ПЛ из первой подсерии лодок типа 212А для ВМС ФРГ оборудованы вспомогательной ЭУ с ЭХГ номинальной мощностью около 300 кВт с девятью топливными элементами по 34 кВт. Лодки второй подсерии планируется оснастить двумя топливными элементами по 120 кВт. Они будут иметь практически те же массогабаритные характеристики, что и топливные элементы мощностью 34 кВт, но при этом их эффективность увеличится в 4 раза. ПЛ типа 212А будет способна находиться в подводном положении в течение примерно двух недель. Номинальная мощность данной установки позволит развивать скорость хода до 8 уз без использования АБ.

Модульная конструкция ЭУ на основе топливных элементов не только облегчает их установку на строящихся ПЛ, но и позволяет оборудовать ими ранее построенные, даже те, которые были построены по лицензиям на верфях стран - импортеров немецких ПЛ.

Кроме того, такая ЭУ, как утверждают немецкие специалисты, отличается высокой ремонтопригодностью и более продолжительным сроком службы.

Паротурбинная установка (ПТУ) замкнутого цикла. ПТУ MESMA (Module d"Energie Sous-Marin Autonome), работающая по замкнутому циклу Ренкина, была разработана управлением кораблестроения ВМС Франции DCN для продажи на экспорт. В ее производстве участвуют французские фирмы «Текникатом», «Термодайн», «Эр ликвид», «Бертин», а также судоверфь «Эмпреса насьональ Базан» (Испания).

MESMA является двухконтурной установкой. В первом контуре в результате сгорания этанола в кислороде образуется теплоноситель (парогаз), который проходит через тракт парогенератора и отдает тепло воде, циркулирующей во втором контуре. Вода превращается в пар высокого давления, вращающий паровую турбину, соединенную с генератором. Кислород хранится на борту ПЛ в специальных емкостях в жидком состоянии. Продуктами реакции горения являются вода и отработанные газы, отводимые за борт. Это может привести к увеличению заметности ПЛ.

Горение в камере сгорания происходит под давлением 6 МПа, вследствие чего установка может работать на глубинах до 600 м, поэтому для удаления за борт продуктов горения не надо задействовать компрессор.

КПД энергоустановки с ПТУ MESMA составляет 20 проц., что обусловлено большими потерями при многократном преобразовании энергии - сжигание топлива, получение перегретого пара, генерация трехфазного тока и последующее его преобразование в постоянный.

Вся установка в целом отличается достаточной компактностью и монтируется в секции прочного корпуса длиной 10 м и шириной 7,8 м. Кислород хранится в сжиженном состоянии в баллонах, смонтированных на специальных амортизационных креплениях внутри прочного корпуса ПЛ в вертикальном положении.

В сентябре 1998 года завершились стендовые испытания опытного образца ЭУ MESMA. В апреле 2000 года на судоверфи в г. Шербур была изготовлена первая корабельная энергоустановка, размещенная в секции прочного корпуса. После завершения сдаточных испытаний модуль с ЭУ должен был быть отправлен в Пакистан для оснащения строящейся там по французской лицензии ПЛ «Гази» типа «Агоста 90В». Это первая ПЛ данного типа, на которой вспомогательная воздухонезависимая ЭУ будет установлена в процессе строительства. Две другие ПЛ, построенные ранее, намечается дооборудовать ими позже - в процессе модернизации и ремонта.

Применение вспомогательных воздухонезависимых энергетических установок на неатомных ПЛ позволило улучшить их ТТХ по продолжительности подводного плавания, что повысило скрытность лодок и расширило их боевые возможности. Помимо строящихся ПЛ вспомогательными ВНЭУ можно оборудовать имеющиеся дизельные подводные лодки в процессе их модернизации. Дальнейшее развитие технологий и получение на этой основе качественно новых характеристик ВНЭУ, вероятнее всего, позволит неатомным ПЛ решать задачи, свойственные атомным.

Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

"Калина" - российская подводная лодка пятого поколения с воздухонезависимой энергетической (анаэробной) установкой (ВНЭУ)

19 марта главком ВМФ России адмирал Виктор Чирков сообщил, что проект по разработке неатомной подводной лодки пятого поколения получил название «Калина» , и напомнил, что новая субмарина получит воздухонезависимую энергетическую (анаэробную) установку. Повышение боевых возможностей неатомных субмарин, а также многоцелевых, как отметил Чирков, планируется обеспечивать за счет интеграции в состав их вооружения перспективных роботизированных комплексов. Кроме того, «в дальнесрочной перспективе предусматривается создание подводных кораблей нового поколения на базе унифицированных подводных платформ», добавил адмирал.

Основу подводного флота ВМФ сейчас составляют подлодки третьего поколения. Субмарины четвертого поколения типа «Юрий Долгорукий» (проект 955, «Борей» ) и «Санкт-Петербург» (проект 677, «Лада» ) только начали поступать на вооружение флота. С мая 2010 года «Санкт-Петербург» находится на опытной эксплуатации ВМФ. К четвертому поколению АПЛ также относятся корабли проекта 885 «Ясень» . К 2021 году ВМФ планирует получить семь АПЛ «Ясень» .

Пионерами в мировой разработке ВНЭУ стали немцы, имеющие огромные традиции подплава и создавшие проект U-212/214 с анаэробной установкой. Разработку проекта «Калина» ведет Центральное конструкторское бюро морской техники (ЦКБ МТ) «Рубин» . О разработке предприятием подлодок пятого поколения гендиректор бюро Игорь Вильнит сообщал в прошлом году. «Формирование облика корабля следующего поколения началось и идет с учетом замечаний и предложений, которые поступают в ходе эксплуатации кораблей предыдущего поколения и головных кораблей новых проектов», - говорил он.

Он рассказывал о проведении научно-исследовательских работ с целью определения облика будущего корабля. Наряду с головным конструкторским бюро в этом участвуют профильные институты Минобороны и Военно-морского флота, а также контрагенты «Рубина» - основные разработчики гидроакустических комплексов, радиоэлектронного оборудования, ракетно-торпедного оружия.

Результатами такой работы стали создание проекта атомной подводной лодки «Борей-А» и модернизация проекта 636 для ВМФ РФ, улучшенный проект подлодки «Лада» .

Высокопоставленный представитель Главного штаба ВМФ заявлял ранее, что подводная лодка пятого поколения, разработка которой заявлена в госпрограмме вооружений (ГПВ) РФ до 2020 года, будет унифицированной как для баллистических ракет, так и для крылатых. Еще эти подлодки будут отличаться пониженной шумностью, автоматизацией систем управления, безопасным реактором и дальнобойным оружием.

Подводная лодка «Санкт-Петербург» (проект 677, «Лада» )

Разработку ВНЭУ планируется завершить в 2015-2016 гг. А в 2016-2017 гг., по словам Чиркова , первая новая подлодка будет построена для ВМФ. Экспериментальную установку установят на второй подводной лодке проекта 677 «Лада» . Первая лодка этого проекта «Санкт-Петербург» сейчас находится в опытной эксплуатации и использует обычную дизельную энергетическую установку.

ВНЭУ российской разработки принципиально отличается от зарубежных аналогов методом получения водорода. Чтобы не возить водород высокой чистоты на борту подлодки, в установке предусмотрено получение водорода в объеме потребления с помощью реформинга дизельного топлива.

Испытания воздухонезависимой энергетической установки должны были пройти в июне 2013 года на специальном стенде «Рубина» в Санкт-Петербурге. Как говорил источник в главкомате, осенью 2012 года установка была опробована на опытной подлодке «Саров» в акватории Белого моря, и «были выявлены определенные проблемы в работе ВНЭУ, ненадежность некоторых узлов и агрегатов».

Кроме действующего «Санкт-Петербурга» заложены «Кронштадт» и «Севастополь» . ВНЭУ должен получить «Севастополь» и «Санкт-Петербург» (при условии его удачных ходовых испытаний), а «Кронштадт» останется со старыми аккумуляторами, так как он в высокой степени готовности, и переоборудовать его еще не принятой на вооружение ВНЭУ не имеет смысла.

По словам председателя Санкт-Петербургского клуба моряков-подводников Игоря Курдина , в ряде стран, прежде всего в Германии и Швеции, проекты подобных лодок с ВНЭУ «реализованы в металле». «Во всем мире воздухонезависимые установки более известны как двигатель Стирлинга. Этот двигатель был запатентован более ста лет назад. Первая российская неатомная подводная лодка, на которой планировалось установить воздухонезависимую установку, была «Санкт-Петербург» . Но, к сожалению, этот проект не пошел. Поэтому были вынуждены сделать обычную дизель-электрическую подводную лодку. Сейчас она остается экспериментальной и должна пройти глубоководные испытания на Северном флоте», - рассказал Курдин .

По словам Курдина , подлодки пятого поколения будут делаться на базе «Санкт-Петербурга» , но главным будет создание воздухонезависимой установки, и «здесь есть большие трудности». «Создание воздухонезависимых установок - это единственный путь развития неатомных подводных лодок. Дизель-электрическим сто лет уже! Это «ныряющие» подводные лодки, потому что они вынуждены часто всплывать, чтобы производить зарядку аккумуляторных батарей. А воздухонезависимая установка позволит им оставаться под водой столько же, сколько могут атомные подлодки», - отметил эксперт.

В сравнении с АПЛ главным преимуществом подлодок с подобными установками Курдин считает их малошумность и более низкую цену.

«Атомные лодки - это турбины, а такую систему бесшумной никак не сделать. Даже такие технически развитые страны, как Япония, не имеют атомных подводных лодок, потому что считают, что это очень дорогое удовольствие. Поэтому дизель-электрические лодки должны быть заменены на подлодки с воздухонезависимыми энергоустановками», - уверен он.

Кроме этого Курдин напомнил про существующие ограничения. В Балтийском и Черном морях, согласно международным договорам, нахождение атомных подводных лодок запрещено (поэтому все атомные подлодки базируются на Северном и Тихоокеанском флотах), и «единственный выход - это создание лодок с воздухонезависимой энергоустановкой». Сейчас на Черном море у России осталась одна дизель-электрическая подлодка «Алроса» . «При том что Турция, член НАТО, имеет 14 подлодок. Соотношение далеко не в пользу России», - подчеркнул эксперт, предположив, что именно на Черном море будут прежде всего востребованы подлодки следующего поколения.

Он напомнил, что на прошлогоднем Международном военно-морском салоне была выставлена голландская дизель-электрическая подводная лодка «Долфин» . «Меня туда пригласили. Мне показали все, кроме кормового машинного отделения. По некоторым данным, у них там как раз установлена воздухонезависимая энергетическая установка, что является большим секретом, поэтому они нам ее и не показали», - полагает Игорь Курдин .

В свою очередь директор программы ПИР-центра по обычным вооружениям Вадим Козюлин согласен, что для России эта технология «исключительно необходимая». «К сожалению, для России она пока недоступна. Первые здесь немцы. Такая же технология есть у французов. Но, естественно, делиться ей с нами они не будут, поэтому нужно доходить своим умом. Это по силам сделать, так что названное Чирковым время и будет потрачено на то, чтобы приобрести эту технологию. Научный потенциал у России серьезный. За последние 20 лет военные технологии ушли вперед, а все это время флот был в роли падчерицы», - сказал Козюлин .

По его словам, технология создания подобных силовых установок для России считается приоритетной, а для «данного проекта - ключевой». «Эта технология позволяет подводной лодке находиться под водой до двадцати, а то и более суток», - отметил он, предположив, что подлодки будут востребованы на всех российских флотах.

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab® по материалам сайта Новости ВПК .

Другие новости по этой теме на сайте :

23.02.2014
16.03.2013
27.09.2012
18.09.2012.
10.09.2012.
18.08.2012
26.05.2012
26.04.2012