Основы теории подводной непотопляемости подводной лодки

В подводном положении остойчивость подводной лодки обеспечивается только остойчивостью веса, так как отсутствует действующая площадь ватерлинии, продольная метацентрическая высота уменьшается приблизительно в 100 раз и становится равной поперечной метацентрической высоте, запас плавучести погашен приемом воды в цистерны главного балласта и борьба за непотопляемость принимает совершенно другой характер.

Что же будет происходить с подводной лодкой при поступлении воды внутрь прочного корпуса и какой арсенал мер может противопоставить командир и экипаж для предотвращения ее гибели?

Сущность борьбы за подводную непотопляемость заключается:

— в обеспечении быстрейшего всплытия на поверхность, а если всплытие исключается тактической обстановкой, в удержании подводной лодки в заданном диапазоне глубин, не превышающем предельную глубину погружения, с последующим всплытием на глубину гарантированной прочности переборок аварийного отсека;

— в предотвращении разрушения переборок затапливающегося отсека и распространения воды в смежные отсеки с принятием мер к уменьшению и полному прекращению поступления воды.

Резкое увеличение глубины погружения и нарастание дифферента могут быть вызваны поступлением воды в отсек, заклиниванием кормовых горизонтальных рулей и причинами случайного характера. При поступлении воды в отсек или при заклинивании кормовых горизонтальных рулей на погружение скорость погружения подводной лодки под действием топящих сил может достигать 10−20 м/с. К случайным причинам, по которым подводная лодка может погрузиться на глубину, превышающую рабочую можно отнести неумелое, управление горизонтальными рулями на больших скоростях хода, непроизвольное заполнение цистерн вспомогательного балласта, ракетных шахт и контейнеров, торпедных аппаратов. Поэтому основная задача состоит в том, чтобы при помощи имеющихся средств одержать подводную лодку от провала на глубину, большую предельной, а затем вывести её на поверхность или на безопасную глубину в балансировочном режиме движения. В этом заключается смысл подводной непотопляемости.

Подводной непотопляемостью называется способность подводной лодки при поступлении воды в отсеки прочного корпуса всплывать в остойчивое надводное положение или при сохранении хода продолжать плавание в пределах глубин, безопасных по прочности переборок аварийного отсека. Обеспечение подводной непотопляемости представляет собой определенную сложность, так как:

— в подводном положении отсутствует запас плавучести, что приводит при поступлении воды в любой из отсеков к возникновению отрицательной остаточной плавучести и нарастанию дифферента;

— с увеличением глубины погружения увеличиваются гидродинамический напор, а, следовательно, и скорость поступления воды в отсек через пробоину;

— с увеличением глубины погружения уменьшается производительность водоотливных средств и увеличивается расход воздуха высокого давления (ВВД) для продувания цистерн главного балласта и создания противодавления в отсеках.

Целью конструктивного обеспечения непотопляемости является придание подводной лодке при её проектировании и постройке свойств и технических средств, обеспечивающих заданный уровень непотопляемости. При этом учитываются следующие факторы:

—давление, на которое рассчитаны прочный корпус и водонепроницаемые переборки;

— величина запаса ВВД, являющегося средством продувания цистерн главного балласта и создания противодавления в аварийном и смежном отсеках;

— быстродействие систем, предназначенных для ликвидации последствий аварии (главным образом системы аварийного продувания цистерн главного балласта и осушительной системы);

— несущая способность корпуса подводной лодки;

— автоматизация процесса борьбы за непотопляемость.

Рассмотрим кратко эти факторы.

Прочный корпус должен обеспечить неограниченное число погружений на рабочую глубину. Водонепроницаемые переборки по своей конструкции бывают плоскими и сферическими. В настоящее время применяются два варианта расстановки переборок — смешанный и однородный, причем последний вариант, когда все переборки плоские, принят на всех новых проектах подводных лодок.

При смешанном варианте сферическими переборками ограничиваются отсеки-убежища. Переборка ставится выпуклой частью к отсеку-убежищу и рассчитана на давление 10⁴ гПа (10 кгс/см²) со стороны вогнутости, то есть с внешней стороны отсека-убежища, когда материал переборки работает на растяжение. Выпуклая сторона переборки рассчитана па давление 2×10³ гПа (2 кгс/см²). Плоские переборки при однородном варианте расстановки рассчитаны на давление 10⁴ гПа с обеих сторон. Прочность таких переборок должна обеспечить их целостность, если подводная лодка, имея ход равный ¾ от максимального на глубине 500 м получит пробоину не более 0,01 м², своевременно произведет всплытие на глубину 100 м до достижения давления в аварийном отсеке 10⁴ гПа (10 кгс/см²).

Величина запаса ВВД на подводной лодке предусматривает:

одно аварийное продувание с рабочей глубины,

всплытие подводной лодки с грунта с затопленным отсеком с глубины, равной половине предельной,

трёхкратное продувание всех цистерн главного балласта при всплытии с перископной глубины в крейсерское положение,

время продувания всех цистерн главного балласта при всплытии с перископной глубины в крейсерское положение — не более 90 секунд,

время продувания средней группы цистерн главного балласта с пери­скопной глубины в позиционное положение — не более 30 секунд.

Система аварийного продувания транспортирует воздух высокого давления для продувания цистерн главного балласта. Однако транспортирующие способности этой системы недостаточны для эффективной, малой по времени подачи воздуха в цистерны. Причинами этого являются: недостаточное проходное сечение трубопроводов, большое количество местных сопротивлений в трубопроводах и арматуре. Это приводит к тому, что продувание цистерн главного балласта и создание противодавления в аварийном отсеке происходит с запозданием по сравнению со временем его затопления. Основной причиной этого является недостаточное секундное поступление ВВД в цистерны главного балласта при продувании их на больших глубинах. В связи с этим разработаны и внедрены системы аварийного продувания цистерн главного балласта с помощью пороховых газов.

Осушительная система предназначена для удаления за борт воды, попавшей внутрь прочного корпуса. Она состоит из трубопроводов, арматуры и водоотливных средств. Суммарная производительность водоотливных средств подводной лодки зависит от их количества, глубины погружения и условий работы насосов.

Несущая способность корпуса подводной лодки при большой скорости хода является основным средством борьбы за подводную непотопляемость практически вне зависимости от глубины погружения. При пробоине в кормовых отсеках, как правило, выходят из строя энергетическая установка и линии валов, подводная лодка теряет ход и тем самым утрачивает несущую способность корпуса. Таким образом, несущая способность корпуса подводной лодки в большей степени активно используется при поступлении воды в носовые отсеки.

Автоматизация процессов борьбы за непотопляемость су­щественно уменьшает время запаздывания в принятии реше­ния по борьбе за живучесть и исключает его субъективность. При отсутствии автоматизации средства борьбы за непото­пляемость могут быть применены не ранее, чем через 25-30с после начала поступления воды в отсек подводной лодки, а при наличии средств автоматизации — через 3,5с. Изменение кинематических параметров подводной лодки при аварии происходит очень быстро.

Из выше изложенного следует, что на подводную непотопляемость оказывают влияние следующие факторы:

глубина, на которой начала поступать вода в отсек, и размеры пробоины,

начальная скорость хода и резерв мощности энергетической установки для развития максимальной скорости хода,

— объём и расположение затапливаемого отсека,

— интенсивность продувания ЦГБ,

— наличие противоаварийной автоматики,

— допустимые дифференты на участке всплытия.

Для оценки влияния этих факторов на непотопляемость строят диаграммы зон безопасности для определенного проекта подводной лодки.

На диаграмме (рис. 9) изображены кривые предельных значений глубины погружения и скорости хода в момент поступления воды в отсек при различных размерах пробоин для атомной подводной лодки проекта, где:

ή_о — глубина погружения подводной лодки перед аварией;

ή_пред — предельная глубина погружения;

v_о — скорость подводной лодки перед аварией;

v_пр - максимальная скорость хода подводной лодки.

Рис. 9. Зоны безопасности подводной лодки в зависимости от площади пробоины

На диаграмме вероятность негибели аварийной подводной лодки будет выражаться относительной площадью зоны безопасности. Под зоной безопасности понимается область предельно допустимых значении глубины погружения и скорости хода подводной лодки в момент аварии, при которых возможно ее спасение. Зона безопасности будет расположена под соответствующей кривой площади пробоины. Чем больше площадь этой зоны, тем больше вероятность негибели подводной лодки при проведении соответствующих противоаварийных мероприятий. Из диаграммы следует, что при больших площадях пробоин спасение подводной лодки возможно только в случае нахождения её в момент поступления воды на малых глубинах погружения и большой скорости хода.

Так, например, вероятность негибели атомной подводной лодки будет равной 0,5 при нахождении её на глубине ή_о=200 м на скорости  хода  перед  аварией v_о = 15 узлов при поступлении воды через пробоину площадью 0,01 м², так как ή_о/ ή_пред = 200/400=0.5,  v_о /v_пр = 15узл/30 узл = 0.5.

Точка пересечения этих значений находится под кривой площади пробоины  равной 0,01 м², то есть в зоне безопасности. Таким образом, во всех случаях поступления воды в отсеки прочного корпуса необходимо иметь большую скорость хода. При наличии резерва мощности энергетической установки и возможности быстрого развития максимального хода повышается несущая способность корпуса подводной лодки.

При аварии, связанной с заклинкой горизонтальных ру­лей, наблюдается обратный эффект — увеличение скорости хода ухудшает возможности одержания подводной лодки от провала по глубине. Это объясняется тем, что угол дифферент подводной лодки при постоянном угле перекладки горизонтальных рулей возрастет пропорционально квадрату её скорости. Диаграмма зон безопасности для случая заклинки больших горизонтальных рулей атомной подводной лодки показана на рис. 10.

Анализ диаграммы показывает, что зона безопасности тем больше, чем меньше угол заклинки горизонтальных рулей, а вероятность негибели подводной лодки возрастает с уменьшением скорости хода.

Большое влияние на подводную непотопляемость оказывает время запаздывания в проведении противоаварийных мероприятий. Зона безопасности резко уменьшается при увеличении времени на принятие решения, отдачу команд и их исполнение по одержанию подводной лодки от провала на большую глубину.

Рис.10. Зоны безопасности подводной лодки при заклинивании КГР

При поступлении воды внутрь прочного корпуса запаздывание более 120 с является гибельным для подводной лодки. Из диаграммы (рис. 10) видно, что  облегчить ее состояние может только большая скорость и малая глубина погружения в начале аварии. Уменьшение глубины погружения во всех случаях аварии увеличивает вероятность негибели подводной лодки, что достигается созданием максимально допустимого дифферента при всплытии. Эффективное одержание подводной лодки от провала без хода при нахождении ее на больших глубинах погружения требует большого расхода ВВД в единицу времени, что не всегда обеспечивается транспортирующей способностью системы аварийного продувания. В первую очередь должны продуваться только те цистерны главного балласта, которые компенсируют дифферентующий момент и отрицательную плавучесть, возникшие от поступления воды в отсек.

Борьба за подводную непотопляемость может быть успешной только в том случае, если все средства, предназначенные для борьбы за неё, будут своевременно и рационально использованы.

Смотрите также

Управление подводной лодкой при всплытии в надводное положение

Малаккский пролив (Тихий океан)

Устойчивость на курсе и поворотливость