Корпус в форме капли

Каплевидный корпус — конструкция корпуса подводной лодки, которая делает акцент на подводных характеристиках по сравнению с надводными. Она довольно часто использовалась на ранних этапах разработки подводных лодок, но постепенно была заброшена в начале 20-го века в пользу конструкций, оптимизированных для высоких характеристик на поверхности в результате изменений в оперативной доктрине. Хотя военно-морская доктрина изменилась, методы проектирования сохранялись до последних частей Второй мировой войны, когда немецкие Кригсмарине понесли постоянно растущие потери подводных лодок в битве за Атлантику .

В попытке бороться с растущей угрозой противолодочных усилий союзников экспериментальные концепции проектирования, относящиеся к позднему межвоенному периоду, были втиснуты в существующий процесс проектирования подводных лодок, что привело к появлению небольшого количества подводных лодок с двигателем на перекиси водорода , а также семейства дизель-электрических подводных лодок Elektroboot . Хотя было слишком поздно и слишком мало, чтобы переломить ход войны, изучение этих лодок в период сразу после войны серьезно нарушило институциональную инерцию, которая удерживала военно-морские силы мира сосредоточенными на «ныряющем торпедном катере» в предыдущие десятилетия, и привело к усилению внимания к подводным характеристикам. Это привело к окончательному повторному внедрению каплевидного корпуса на подводных лодках, который в различных формах используется практически на всех крупных подводных военных судах сегодня.

История

Поскольку этот термин относится не к какой-либо конкретной форме, а скорее к абстрактной концепции формы корпуса, оптимизированной для подводного плавания, и, более конкретно, к физическому проявлению этой идеи в реальных подводных лодках, ограниченных материаловедением и требованиями к конструкции, предъявляемыми к судну, то, имеет ли какое-либо конкретное судно каплевидный корпус, зависит от субъективной интерпретации самого термина. В зависимости от этой интерпретации, несколько подводных лодок, показанных ниже, можно считать «первой попыткой» или «вехой» некоторого описания.

Коллекция подводных лодок, расположенных в приблизительно хронологическом порядке, чтобы продемонстрировать развитие конструкции корпуса подводной лодки.
Эта копия судна Ictíneo II середины-конца 1860-х годов, возможно, представляет собой одну из самых ранних попыток создания формы корпуса, оптимизированной для подводных путешествий.
Модель одного из проектов Джона Филлипа Холланда конца XIX или начала XX века, демонстрирующая очень чистый корпус и относительно современное расположение руля.
Менее чем через 10 лет после ввода в эксплуатацию HMS Holland 1 британская субмарина класса B демонстрирует переход формы корпуса от субмарины к ныряющему надводному кораблю. Нос слегка приподнят, как и корма над двумя винтами.
Вступившие в строй в 1917 году, паровые британские подводные лодки класса K можно считать вершиной оптимизированных для надводного плавания подводных лодок в Первой мировой войне. Они развивали скорость 24 узла (44 км/ч) и в экстренной ситуации могли погружаться всего за пять минут, хотя при нормальной эксплуатации более разумным сроком было полчаса. Имея длину 103 м и предполагаемую максимальную глубину погружения 61 м, они не дотягивали 4 м до своей максимальной глубины погружения, не покидая поверхность. В сочетании с экстремальным радиусом поворота, плохим контролем глубины погружения и привычкой заливать воду через дымоходы котлов неудивительно, что они получили репутацию «K for Kalamity», поскольку несколько лодок были потеряны из-за затопления котельных отделений, столкновений, достижения максимальной глубины погружения, а одна, как было зафиксировано, затонула сама по себе, без помощи человека, на своей стоянке посреди ночи.
Первые в мире охотники-убийцы , британские подводные лодки класса R 1918 года, стали резким возвращением к концепции высокоскоростного подводного военного корабля. Созданные для охоты на вражеские подводные лодки, они отличались обтекаемостью, практически отсутствующим корпусом и способностью развивать скорость 14 узлов (26 км/ч) в течение целого часа. Только ножевидная форма носа выдает ожидание конструктора, что эти лодки не будут постоянно находиться под водой, а будут всплывать на поверхность только для зарядки батарей. Вместо этого они должны были медленно перемещаться по поверхности, используя свой дизельный двигатель, погружаясь только после достижения районов патрулирования.
Независимо от более поздней немецкой программы Elektroboot, японская подводная лодка № 71 была спущена на воду в 1937 году и достигла скорости чуть более 21 узла (39 км/ч) под водой, что в то время было превзойдено только небольшими японскими сверхмалыми подводными лодками Ko-hyoteki , пока немецкая V-80 , работавшая на перекиси водорода , не достигла скорости 28 узлов (52 км/ч) во время испытаний 1940–1941 годов.
Универсально оптимизированные для плавания на поверхности, большинство подводных лодок, использовавшихся во Второй мировой войне, имели высокие, несколько раздутые носы , а также винто-рулевые компоновки, похожие на компоновку современных крейсеров, хотя и с дополнительным набором рулей для управления глубиной и шагом. Здесь подводная лодка ВМС США класса Balao начала 1940-х годов, переоборудованная в музей.
Немецкие лодки, такие как этот Тип VII , имели общий внешний вид, похожий на Balao , хотя были существенно меньше (~750 тонн против ~1500). Модель ясно показывает прочный корпус подводной лодки , его передняя и кормовая части заключены в более легкий кожух, в котором находятся передняя и задняя главные балластные цистерны лодки . Длинная сигарообразная выпуклость вдоль верхней стороны подводной лодки представляет собой внешний топливный бак. Вступившие в эксплуатацию в 1936–37 годах, Тип VII и более крупный Тип IX оба следовали той же концепции «ныряющего торпедного катера», которая также породила американские и британские флотские катера и патрульные подводные лодки, и, столкнувшись с все более эффективными патрульными судами и самолетами союзников, они были оперативно устаревшими к середине 1941 — 1942 годам, но оставались основой все более отчаянных немецких подводных сил на протяжении всей войны.
Поскольку постоянные улучшения в противолодочной войне союзников привели к быстрому росту немецких потерь во второй половине Второй мировой войны, были предприняты попытки построить подводные лодки с турбинным двигателем на перекиси водорода . Хотя турбина была далека от готовности к вводу в эксплуатацию, подводные лодки были втиснуты в производство как обычные дизель-электрические лодки с существенно увеличенной емкостью аккумуляторов, заменяющих баки с перекисью. Несмотря на значительную обтекаемость, корпус немецкого Type XXI (21) конца войны оставался под влиянием предыдущих конструкций, явно от него ожидалось, что он будет работать на поверхности в ограниченных объемах. Тем не менее, он установил новый стандарт подводной скорости, дальности и обнаруживаемости для подводных лодок в послевоенном мире.
Из-за пренебрежения торговым флотом в пользу увеличения числа крупных надводных кораблей, отчасти подпитываемого американской тенденцией преуменьшать успехи своих подводных лодок и преувеличивать эффективность японских усилий по противолодочной обороне, американская «Безмолвная служба» столкнулась со сравнительно слабым японским сопротивлением, что привело к большим успехам против японского торгового флота. Из-за этого американские корабли не увидели серьезных улучшений в общей конструкции на протяжении всей войны, вместо этого акцент был сделан на технических деталях, таких как улучшение прочности прочного корпуса и электроники, в конечном итоге включающей более тихие электродвигатели, а также улучшение комфорта экипажа для длительных патрулей в Тихом океане. Таким образом, американские лодки, такие как этот класс Tench , покинули войну, выглядя почти неотличимыми от классов, которые были на вооружении в ее начале.
Введенные в производство в 1950 году, советские патрульные подводные лодки проекта 613 находились под сильным влиянием Типа XXI . Палубное орудие и зенитная автоматическая пушка отсутствовали на более поздних версиях. Хотя они были сильно обтекаемы, как и Тип XXI, их конструкция делала уступки надводному режиму работы, например, острые ножевидные нос и корма.
Масштабная модель USS Albacore , проходящая испытания в аэродинамической трубе. За исключением расположения рулей на корме и паруса , ее общая форма похожа на форму Ictineo II, несмотря на то, что дизайны разделены почти столетием.
Первая в мире атомная подводная лодка , USS Nautilus (SSN-571) 1954 года, демонстрирует очень чистую кормовую часть, в то время как носовая часть явно в некоторой степени вдохновлена Type XXI. Ее испытательная глубина 210 м была сопоставима с немецкой лодкой, но при скорости 23 узла (43 км/ч) под водой она была намного быстрее, даже быстрее, чем любая предыдущая лодка флота США на поверхности. К сожалению, серьезные конструктивные недостатки ее носовой части и паруса привели к экстремальным вибрациям на высокой скорости, которые со временем ухудшились. В конце ее жизни 4 узла (7 км/ч) было достаточно, чтобы заглушить ее сонар, а шум резко увеличил риск обнаружения.
Введенная в эксплуатацию 17 января 1959 года первая в Советском Союзе АПЛ проекта 627 достигла скорости 30 узлов (56 км/ч) при испытательной глубине 300 м. Насколько это было возможно, отличаясь от Nautilus, оставаясь при этом и подводной лодкой с ядерной установкой, и полезными в качестве боевых судов, они отличались гораздо более эффективной формой носа и парусов, сохраняя при этом рыбий хвост типа XXI, и там, где Nautilus использовал ядерный реактор, советские лодки устанавливали два в тандеме. Помимо улучшенной гидродинамики, закругленная форма носа также обеспечивала достаточно места для очень большой гидроакустической антенны над торпедными аппаратами.
Введенный в эксплуатацию менее чем через три месяца после первого проекта 627, USS Skipjack стал первым боевым судном в ВМС США, использовавшим «чистый» каплевидный корпус, поскольку он был заброшен почти полвека назад. Из-за высокой стоимости ковки больших секций прочного корпуса сложной формы последующие лодки постепенно «отклонялись» от этой конструкции.
Один из нескольких новых классов советских подводных лодок, поступивших на вооружение в 1967 году, проект 671 был одним из первых основных классов советских подводных лодок, в которых рыбий хвост был заменен на более торпедообразную форму, которая стала признаком акцента на подводных характеристиках.
Поскольку проекты 611 (Зулу) и 641 (Фокстрот) приближались к устареванию, в начале 1970-х годов СССР начал строительство серии из 18 лодок класса проекта 641б. Они унаследовали трехвинтовую конструкцию с ножевым хвостом, которая была перенесена в 641 от 611 и которая возникла в типе XXI. В резком контрасте с их устаревшей компоновкой пропульсивной установки они были оснащены безэховыми плитками и гидроакустическим оборудованием, аналогичным тому, которое использовалось на современных советских атомных ударных подводных лодках.
Эта немецкая подводная лодка типа 212 имеет один корпус на части своей длины, но имеет двойной корпус в задней части, что обеспечивает безопасное пространство для хранения снаружи прочного корпуса водородных баков, используемых ее воздухонезависимой двигательной установкой на основе топливных элементов .
На пути к спуску на воду в конце 2000-х или 2010-х годов это судно класса Astute наглядно демонстрирует компромисс, достигнутый большинством современных западных проектов. Вместо полной оптимизации корпуса для подводных характеристик, гидродинамически эффективные носовые и кормовые секции, изготовленные из более тонкой и легко формуемой стали, привариваются к переднему и заднему концам прочного корпуса постоянного диаметра. Такие конструкции почти по своей сути являются модульными, поскольку новые секции корпуса могут сравнительно дешево и легко вставляться в любое место по длине прочного корпуса, чтобы обеспечить дополнительное пространство и грузоподъемность без серьезного влияния на гидродинамические характеристики конструкции.

В современном использовании

Хотя главной целью каплевидного корпуса является максимизация подводных характеристик за счет надводных характеристик, точный результат этого процесса зависит от нескольких факторов, не имеющих конкретного порядка, поскольку порядок важности этих факторов сам по себе является переменным:

Размеры подводной лодки зависят от требований, предъявляемых проектировщиком к автономности, мощности вооружения и установленным датчикам.
Расположение внешнего и внутреннего оборудования.
Экономические факторы, в первую очередь связанные с дорогостоящим процессом проектирования, формовки и сборки секций корпуса с трехмерными кривыми, а также последующей установкой оборудования внутри.

Одинарный или двойной корпус

Начиная с конца Второй мировой войны западные и восточные подводные лодки были в целом похожи, представляя собой двухкорпусные или частично двухкорпусные конструкции с большими топливными и балластными цистернами между внутренним и внешним корпусами, поскольку резервирование больших объемов внутри прочных корпусов для хранения нечувствительного к давлению топлива считалось неэкономичным. Использование двойных корпусов обеспечивает большую степень свободы в формировании внешнего вида лодки и позволяет разместить нечувствительное оборудование снаружи прочного корпуса, что позволяет использовать меньший прочный корпус и, как следствие, меньшую лодку. Однако это влечет за собой высокие затраты на строительство и обслуживание.

Атомные лодки, в силу своей двигательной установки, мало используют это промежуточное пространство и, таким образом, скорее всего, будут либо использовать одиночные корпуса, либо, как это было в случае с советскими подводными лодками, использовать «свободное» пространство для расширенных балластных цистерн и оборудования. Из-за этого западные атомные подводные лодки, как правило, выглядят как длинные трубы, закрытые носом и кормой, в то время как восточные атомные подводные лодки, как правило, имеют общую более гидродинамически эффективную форму и экстремальные количества резервной плавучести, при этом некоторые цифры предполагают долю резервной плавучести >45% для ПЛАРБ проекта 941 ( Shark ). Существует также вариант для гидродинамически оптимизированной однокорпусной атомной подводной лодки, такой как Skipjack -class, но создание больших 3D-изогнутых пластин из толстого высокопрочного металла остается непомерно дорогим.

Форма дуги

Помимо выбора между одинарным и двойным корпусом, есть также несколько вариантов, касающихся размещения гидроакустического оборудования, торпедных аппаратов и носовых подводных лодок. На небольших прибрежных лодках, как правило, с двумя палубами внутри прочного корпуса, размещение торпедных аппаратов и помещения для обработки торпед на нижней палубе с сонаром, установленным выше в носу, потенциально выше ватерлинии, как на немецком Type 206 и шведском Sjöormen , Västergötland и более поздних классах, обеспечивает легкий доступ к гидролокатору для обслуживания. Другой вариант — разместить торпедный отсек на верхней палубе с массивом в нижней половине носа, как на британском Upholder -классе и советском/российском Kilo , с оставлением пространства позади носа для больших батарейных блоков и может обеспечить более легкую погрузку торпед путем их загрузки через верхние торпедные аппараты вместо специального люка для загрузки торпед. Оба этих варианта, как правило, приводят к получению несколько тупых носов, а первый вариант может потребовать перемещения носовых плоскостей погружения от корпуса к парусу , чтобы уменьшить шум потока, который в противном случае мог бы мешать работе сонара.

По мере увеличения размера большая ширина лодки позволяет использовать наклонные торпедные аппараты, стреляющие через борта корпуса, оставляя место в носовой части для гораздо большего количества гидроакустических антенн. Этот вариант был выбран для многих американских атомных подводных лодок с середины холодной войны, а также используется на новых российских лодках класса «Ясень» . Как и прежде, стремление минимизировать шум потока может способствовать перемещению носовых ныряющих плоскостей к парусу, но это может быть недостатком при всплытии через арктический лед, требуя подкреплений и механизмов наклона под большим углом для предотвращения изгиба плоскостей. Более сложным решением является повторение немецкого типа XXI путем складывания носовых ныряющих плоскостей в корпус, когда они не используются, предпочтительно с использованием дополнительного набора дверей для закрытия отверстия в бортах корпуса. Третий вариант, обычно используемый британцами, заключается в том, чтобы просто оставить носовые плоскости погружения на верхней части носа навсегда, иногда с возможностью складывания вверх, чтобы не задевать портовые сооружения, и изменить форму носа в точке крепления плоскости погружения таким образом, чтобы создавать как можно меньше турбулентности.

Пропульсивные и кормовые поверхности управления

Что касается движителей, западные подводные лодки этого типа заканчиваются одним винтом, чтобы минимизировать сопротивление; советский флот медленнее перенимал эту практику, их конструкции продолжали использовать два винта, чтобы обеспечить либо большую мощность, либо безопасность. Тип 206 имеет длинный, тонкий конус позади паруса, снова для минимизации сопротивления, но британский класс Upholder имеет более экономичную конструкцию, имея короткий конус в крайней кормовой части корпуса, чтобы максимизировать внутренний объем и, возможно, обеспечить большую прочность корпуса. Немецкая подводная лодка типа VII , изображенная на этой странице, имеет резко сужающуюся корму корпуса для этой цели, хотя ось ее винта следует за осью остальной части корпуса.

Albacore изучил несколько положений хвостовых плоскостей. Американские конструкторы остановились на модифицированной версии крестообразной компоновки Delphin ( греческий крест, вид сзади); они отвергли альтернативу x-образной компоновки из-за ее сложности, но она была принята и использовалась голландскими, шведскими, австралийскими и немецкими флотами среди прочих из-за ее способности прижиматься ближе к мелководному морскому дну, не ударяя рулем о морское дно. Советы часто повторяли обычную компоновку, похожую на ту, что была у подводной лодки типа XXI .

Корпус «Альбакора»

Первого августа 1953 года США спустили на воду экспериментальное судно Albacore , форма корпуса которого во многом основывалась на «форме Лиона», названной в честь Хильды Лион . ^[1]^[2] После успешных маневренных испытаний и испытаний различных рулей и винтов та же общая форма корпуса была использована для классов Skipjack и Barbel , и большинство современных американских подводных лодок сегодня ^{[ когда? ]} используют вариацию этой формы с центральным удлиненным цилиндром, составляющим основной прочный корпус. Из-за большого внимания, уделяемого Albacore в то время, когда рассвет Интернета не сделал информацию по теме истории подводных лодок более доступной для широкой публики, вполне вероятно, что любой дизайн, который хоть как-то напоминает его, может быть назван «корпусом Albacore», независимо от того, был ли он вдохновлен Albacore , был ли разработан независимо в аналогичный момент времени или предшествовал Albacore .

Ссылки

Примечания

^ Полмар, Норман; Мур, Кеннет Дж. (2004). Подводные лодки холодной войны: проектирование и строительство американских и советских подводных лодок. Potomac Books, Inc. ISBN 9781597973199.
^ Лэмбкин, Рози (апрель 2016 г.). «Вдохновение | Женщины в авиации, женщина-изобретатель «Лионской формы»». WISE . Архивировано из оригинала 25-08-2017 . Получено 18-06-2017 .