Huvuddelen av moderna ubåtar är utrustade med dieselelektriska kraftverk. Sådana anordningar har karakteristiska nackdelar, varför en sökning efter bekväma och lönsamma alternativ utförs. Som praktiken visar gör den moderna teknologinivån det möjligt att skapa effektiva kraftverk för icke-kärnkraftsubåtar, och vi pratar om system med olika arkitekturer.
Problem och lösningar
Den största nackdelen med dieselelektriska ubåtar är behovet av regelbundna laddningar av batterierna med hjälp av en dieselgenerator. För att göra detta måste ubåten flyta upp till ytan eller röra sig på periskopdjup - vilket ökar sannolikheten för att fienden upptäcks. Samtidigt överstiger dykningstiden på batterier vanligtvis inte flera dagar.
Ett uppenbart alternativ till diesel är ett kärnkraftverk, men användningen är inte alltid möjlig och motiverad på grund av komplexiteten och höga kostnader. I detta avseende har man under flera decennier studerat frågan om att skapa luftoberoende kraftverk (VNEU) med önskade egenskaper och utan nackdelar med dieselelektriska system. Ett antal nya tekniker av detta slag har framgångsrikt tagits i drift, och driftsättning av andra förväntas inom en snar framtid.
I allmänhet finns det flera tillvägagångssätt för skapandet av VNEU. Det första handlar om att bygga om dieselgeneratorn med en annan motor som är mindre krävande för den inkommande luften. Den andra föreslår produktion av el med hjälp av den så kallade. bränsleceller. Den tredje är att förbättra batterier, inkl. upp till avvisningen av sin egen generation.
Stirlings alternativ
Den första icke-kärnkraftsubåten med en fullvärdig VNEU, som togs i drift 1996 var det svenska skeppet Gotland. Denna ubåt hade en längd av 60 m och en förskjutning av 1600 ton och bar också 6 torpedorör med två kalibrar. Dess kraftverk byggdes på grundval av en standard dieselelektrisk och kompletterades med nya komponenter.
Ytkörning och kraftgenerering tillhandahålls av två MTU 16V-396 dieslar och ett par Hedemora V12A / 15-Ub-generatorer. Propellern drivs i alla lägen av en elmotor. I ett nedsänkt läge startar ubåten, istället för dieslar, en Stirling-motor av typen Kockums v4-275R, med flytande bränsle och flytande syre. Reservatet för det senare låter dig stanna under vatten i upp till 30 dagar utan att behöva stiga. Dessutom är Stirling -motorn mindre bullrig och maskerar inte heller ubåten.
Tre nya ubåtar byggdes enligt Gotlandsprojektet; den andra och tredje byggnaden togs i bruk 1997. I början av 2000 -talet genomfördes ett projekt med Södermanlandskoden. Det förutsatte modernisering av två dieselelektriska ubåtar av typen Västergötland med installationen av VNEU från Gotland-projektet. Japan blev intresserat av den svenska utvecklingen. Under licens monterade hon VNEU för ubåtar av typen "Soryu". På grund av deras stora dimensioner och förskjutning bär japanska ubåtar fyra v4-275R-motorer samtidigt.
Ubåtsturbiner
Under utvecklingen av Scorpène -projektet föreslog franska skeppsbyggare sin egen version av VNEU baserad på en alternativ motor. En sådan installation, kallad Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), erbjöds potentiella kunder för användning på nybyggda ubåtar.
MESMA -projektet föreslog en särskild ångturbinmotor som drivs av etanol och tryckluft. Förbränningen av alkohol-luftblandningen var tänkt att producera ånga för turbinen som driver generatorn. Förbränningsprodukter i form av koldioxid och vattenånga under högt tryck föreslogs att släppas ut överbord över hela arbetsdjupet. Enligt beräkningar kan ubåten Scorpène med VNEU MESMA förbli under vatten i upp till 21 dagar.
MESMA -anläggningen erbjöds till olika kunder. Till exempel var det planerat att användas i Scorpène-Kalvari-projektet för Indien. Pilotanläggningen visade dock otillräcklig prestanda och intresset för projektet minskade kraftigt. Som ett resultat är de nya franska dieselelektriska ubåtarna fortfarande utrustade med dieselmotorer - även om utvecklarna redan har meddelat en ny modernisering med införandet av andra lovande lösningar.
År 2019 tillkännagav ryska skeppsbyggare utvecklingen av ett grundläggande nytt VNEU baserat på en gasturbinmotor med slutna cykler. Den innehåller tankar för flytande syre: det avdunstar och försörjs med motorn. Avgaser föreslås frysas och slängas ut endast när de dyker upp i ett säkert område. En liknande VNEU utvecklas inom ramen för P-750B-projektet.
Bränslecell
I slutet av nittiotalet hade Tyskland skapat sin egen version av VNEU. 1998 började byggandet av huvudubåten i det nya projektet Type 212, utrustad med ett liknande system. Det tyska projektet innebar användning av Siemens SINAVY -system, som kombinerar en elmotor och vätebränsleceller. För rörelse på ytan behölls en dieselgenerator.
SINAVY-komplexet innehåller bränsleceller från Siemens PEM-protonbyte baserade på metallhydrid från en flytande syretank. För ökad säkerhet finns metallhydrid- och syrebehållare i utrymmet mellan de robusta och lätta kåporna. Under driften av VNEU matas vätet som erhålls från metallhydriden tillsammans med syre till speciella membran och elektroder, där ström genereras.
Ubåten "212" autonomi når 30 dagar. En viktig fördel med VNEU SINAVY är den nästan fullständiga frånvaron av buller under drift vid tillräckligt hög prestanda. Samtidigt är det svårt att tillverka och driva, och har också andra nackdelar.
Sex 212 ubåtar byggdes för den tyska flottan. 2006-2017. fyra av dessa fartyg tog tjänst i den spanska flottan. På grundval av "212" skapades "214" -projektet, vilket möjliggör bevarande av befintliga VNEU. Sådana ubåtar är mycket populära på den internationella marknaden. Beställningar från fyra länder på mer än 20 båtar. 15 fartyg har redan byggts och levererats till kunder.
Det bör noteras att VNEU baserat på bränsleceller utvecklas inte bara i Tyskland. Parallellt med MESMA -projektet i Frankrike utvecklades en variant av ubåten Scorpène med användning av bränsleceller. Det var dessa ubåtar som såldes till Indien. Nu skapas delar av en ny generation. Tidigare rapporterades att dess bränsleceller utvecklas i Ryssland. VNEU av denna typ har redan klarat bänkprov, och i framtiden kommer det att testas på ett experimentfartyg.
Batteridriven ubåt
Utseendet på helt nya motorer och generationsmedel utesluter inte behovet av vidareutveckling av befintlig teknik och enheter. Således behåller lagringsbatterier av redan kända och behärskade typer ett högt värde. I lovande projekt anses de till och med vara den enda energikällan för alla system.
Nyfikna processer observeras i japansk skeppsbyggnad. Japan var ett av de första länderna som behärskade VNEU med en Stirling -motor, men 2015 och 2017. två ubåtar i det modifierade Soryu -projektet lades utan sådana system. Plats för standardbatterier och VNEU-enheter gavs för moderna litiumjonbatterier. På grund av detta har dykningstiden fördubblats i jämförelse med batterierna från den tidigare generationen.
Sedan 2018byggandet av ubåtar i det nya Taigei-projektet, som ursprungligen utvecklades med en dieselelektrisk installation och litiumjonbatterier, pågår. Ledarfartyget för det nya projektet har redan sjösatts och ytterligare två skrov är under konstruktion sedan förra året. Totalt är det planerat att bygga sju ubåtar med acceptans från 2022.
Det finns många projekt med extremt små ubåtar, endast utrustade med batterier. I framtiden kan denna arkitektur hitta tillämpning i "stora" projekt. Nyligen presenterade franska skeppsbyggare konceptprojektet SMX31E, som kombinerar många av de mest vågade besluten. I synnerhet fick ubåten endast batterier med sin placering i alla tillgängliga volymer, inkl. mellan hållbara och lätta kroppar. Batterierna måste laddas vid basen innan du går till sjöss.
Det beräknas att när den är fulladdad kommer SMX31E att kunna vara nedsänkt i 30-60 dagar, beroende på körhastighet och total energiförbrukning. Samtidigt är det planerat att säkerställa full funktionalitet för alla standard- och tilläggsanordningar, komplex, etc.
I utvecklingsprocessen
Under de senaste decennierna har det således skett betydande framsteg inom VNEU för icke-kärnvapenubåtar. Olika varianter av sådana system med vissa funktioner och fördelar har utvecklats, testats, introducerats i projekt och tagits i bruk. Men även de senaste luftoberoende installationerna har vissa nackdelar. De förblir komplexa och dyra, både för tillverkning och drift.
Trots fördelarna med taktiska och tekniska egenskaper kan icke-ubåtar med VNEU ännu inte ersätta dieselelektriska ubåtar med "traditionell" arkitektur. Dessutom utvecklar de senare och använder också de mest moderna teknikerna och komponenterna. Ett slående exempel på sådan konkurrens mellan olika klasser är utvecklingen av den japanska ubåtsflottan, som återvände till dieselelektriska systemet på en ny teknisk nivå.
Tydligen kommer konkurrensen mellan luftoberoende och dieselelektriska installationer att fortsätta inom överskådlig framtid-och det finns ingen klar favorit än. Samtidigt är det uppenbart att världens flottor är vinnarna. De får möjlighet att välja det bästa alternativet för det kraftverk som bäst uppfyller alla krav.
