Корпус подводной лодки состоит из двух основных компонентов: легкого корпуса и прочного корпуса . Легкий корпус ( в британском понимании — корпус ) подводной лодки — это внешний негерметичный корпус , который обеспечивает гидродинамически эффективную форму. Прочный корпус — это внутренний корпус подводной лодки, который сохраняет структурную целостность при разнице между внешним и внутренним давлением на глубине.
Современные подводные лодки обычно имеют сигарообразную форму. Такая конструкция, уже заметная на самых ранних подводных лодках, называется « корпус слезы ». Она конструктивно эффективна для выдерживания внешнего давления и значительно снижает гидродинамическое сопротивление подлодки в подводном положении, но снижает мореходные качества и увеличивает сопротивление в надводном положении.
Концепция внешнего гидродинамически обтекаемого легкого корпуса, отделенного от внутреннего корпуса высокого давления, была впервые представлена в ранней пионерской подводной лодке Ictineo I, спроектированной испанским изобретателем Нарсисом Монтуриолем в 1859 году. [1] [2] Однако, когда военные подводные лодки поступили на вооружение в начале 1900-х годов, ограничения их двигательных установок вынудили их большую часть времени работать на поверхности; конструкция их корпуса была компромиссной: внешние корпуса напоминали корабль, что обеспечивало хорошую навигацию на поверхности, а относительно обтекаемая надстройка минимизировала сопротивление под водой. Из-за низкой подводной скорости этих подводных лодок, обычно значительно ниже 10 узлов (19 км/ч), повышенное сопротивление подводному движению обычного корабельного внешнего корпуса считалось приемлемым. [ необходима цитата ] Только в конце Второй мировой войны, когда усовершенствования технологий позволили проводить более быстрые и продолжительные подводные операции, а возросшее наблюдение со стороны вражеской авиации заставило подводные лодки проводить большую часть времени под поверхностью, конструкции корпуса снова стали каплевидными, чтобы уменьшить сопротивление и шум . USS Albacore (AGSS-569) была уникальной исследовательской подводной лодкой, которая была пионером американской версии каплевидной формы корпуса (иногда называемой «корпусом Albacore») современных подводных лодок. На современных военных подводных лодках внешний корпус (а иногда и винт) покрыт толстым слоем специальной звукопоглощающей резины или безэховой обшивкой , чтобы сделать подводную лодку более труднообнаружимой активным и пассивным гидролокатором . [ необходима цитата ]
Все малые современные подводные лодки и подводные аппараты , а также самые старые из них, имеют один корпус. [ требуется цитата ] Однако для больших подводных лодок подходы разошлись. Все советские тяжелые подводные лодки построены с двухкорпусной конструкцией, но американские подводные лодки обычно однокорпусные. Они по-прежнему имеют легкие секции корпуса в носу и корме, которые вмещают главные балластные цистерны и обеспечивают гидродинамически оптимизированную форму, но основная, обычно цилиндрическая, секция корпуса имеет только один слой обшивки.
Двойной корпус подводной лодки отличается от двойного корпуса корабля. Внешний корпус, который фактически формирует форму подводной лодки, называется внешним корпусом, кожухом или легким корпусом. Он определяет гидродинамические характеристики подводной лодки, которые влияют на количество энергии, необходимой для движения судна по воде. Этот термин особенно подходит для строительства российских подводных лодок, где легкий корпус обычно изготавливается из тонкой стальной пластины, так как он имеет одинаковое давление с обеих сторон. Легкий корпус может использоваться для монтажа оборудования, которое, если его прикрепить непосредственно к прочному корпусу, может вызвать ненужное напряжение. Подход с двойным корпусом также экономит место внутри прочного корпуса, поскольку кольцевые ребра жесткости и продольные балки могут быть расположены между корпусами. Эти меры помогают минимизировать размер прочного корпуса, который намного тяжелее легкого корпуса. Кроме того, в случае повреждения подводной лодки легкий корпус принимает на себя часть повреждений и не ставит под угрозу целостность судна, пока прочный корпус цел.
Внутри внешнего корпуса находится прочный корпус, или корпус с давлением, который выдерживает внешнее давление и имеет нормальное атмосферное давление внутри. Корпус с давлением, как правило, изготавливается из толстой высокопрочной стали со сложной структурой жесткости и высоким запасом прочности и разделен водонепроницаемыми переборками на несколько отсеков . Корпус с давлением и легкий корпус разделены зазором, в котором многочисленные стальные конструктивные элементы соединяют легкий корпус и прочный корпус и образуют трехмерную структуру, которая обеспечивает повышенную прочность и устойчивость к изгибу. Пространство между корпусами используется для части оборудования, которое может выдерживать высокое внешнее давление на максимальной глубине и воздействие воды. Это оборудование существенно различается между подводными лодками и, как правило, включает в себя различные водяные и воздушные баки. В подводной лодке с одним корпусом легкий корпус является прерывистым и существует в основном в носовой и кормовой части.
Прочные корпуса имеют круглое поперечное сечение, поскольку любая другая форма была бы существенно слабее. Конструкция прочного корпуса требует высокой степени точности. Это справедливо независимо от его размера. Даже отклонение на один дюйм (25 мм) от круглости поперечного сечения приводит к снижению гидростатической грузоподъемности более чем на 30 процентов. [3] Незначительные отклонения компенсируются кольцами жесткости, а общая сила давления в несколько миллионов продольно ориентированных тонн должна быть равномерно распределена по корпусу с использованием корпуса с круглым поперечным сечением. [ необходимо разъяснение ] Такая конструкция наиболее устойчива к сжимающим напряжениям , и без нее ни один материал не мог бы выдерживать давление воды на глубинах подводных лодок. Корпус подводной лодки требует дорогостоящей конструкции поперечного каркаса с кольцевыми шпангоутами, расположенными близко друг к другу для обеспечения жесткости против неустойчивости изгиба. Никакие части корпуса не должны содержать дефектов, и все сварные соединения проверяются несколько раз с использованием различных методов.
Подводные лодки класса «Тайфун» имеют несколько прочных корпусов, которые упрощают внутреннюю конструкцию [ необходимо уточнение ] , делая судно намного шире, чем обычная подводная лодка. В основном корпусе подлодки два длинных прочных корпуса лежат параллельно бок о бок, с третьим, более коротким прочным корпусом над ними и частично между ними (который выступает чуть ниже паруса), и двумя другими прочными корпусами по центральной линии для торпед на носу и рулевого механизма на корме. Это также значительно повышает их живучесть — даже если один прочный корпус будет пробит, члены экипажа в других будут в относительной безопасности, если удастся предотвратить затопление подлодки, и вероятность затопления будет меньше. [ необходима цитата ]
Глубину погружения нельзя легко увеличить. Простое увеличение толщины корпуса увеличивает вес и требует снижения веса бортового оборудования, что в конечном итоге приводит к батискафу . Это доступно для гражданских исследовательских подводных аппаратов, но не для военных подводных лодок, поэтому их глубина погружения всегда была ограничена современными технологиями.
Корпуса подводных лодок времен Первой мировой войны были изготовлены из углеродистой стали, а их испытательная глубина обычно не превышала 100 метров (330 футов). Во время Второй мировой войны была введена высокопрочная легированная сталь, допускающая глубину до 200 метров (660 футов); послевоенные расчеты предполагали глубину смятия, превышающую 300 метров (980 футов) для немецких подводных лодок типа VII конца войны . Высокопрочная легированная сталь по-прежнему является основным материалом для подводных лодок сегодня, с пределом глубины от 250 до 350 метров (от 820 до 1150 футов), который не может быть превышен на военной подводной лодке без ущерба для других характеристик. Чтобы превзойти этот предел, несколько подводных лодок были построены с титановыми корпусами. Титан имеет лучшее соотношение прочности к весу и долговечность, чем большинство сталей, и является немагнитным. Титановые подводные лодки были особенно популярны в Советском Союзе, поскольку они разработали специализированные высокопрочные сплавы, построили промышленность для производства титана с доступными затратами и имеют несколько типов титановых подводных лодок. Титановые сплавы позволяют значительно увеличить глубину, но другие системы также должны быть переработаны, поэтому испытательная глубина была ограничена 1000 метрами (3300 футов) для советской подводной лодки «Комсомолец» , самой глубоководной военной подводной лодки. Несмотря на свои преимущества, высокая стоимость строительства титановых подводных лодок привела к отказу от нее после окончания холодной войны.
Существуют примеры более чем двух корпусов внутри подводной лодки. Легкий корпус подводных лодок класса Typhoon вмещает два основных прочных корпуса, меньший третий прочный корпус, составляющий большую часть паруса, два других для торпед и рулевого механизма, а между основными корпусами 20 БРПЛ с разделяющимися боеголовками вместе с балластными цистернами и некоторыми другими системами. Подводные лодки Королевского флота Нидерландов классов Dolfijn и Potvis вмещали три основных прочных корпуса. Российская подводная лодка Лошарик способна погружаться более чем на 2000 м благодаря своему многосферическому корпусу.