Посмотрите, какая красавица! Почему мы не делаем подобное?

U-32 (S182) –вторая серия проекта 212A подводных лодок ВМС Германии. Оборудована дизельным и электрическим двигателями, на основе двух топливных элементов, имеет свободную кавитацию винта, что делает ее практически невидимой. U-32 стала первой из неядерных подводных лодок, способных находиться в погруженном состоянии в течение двух недель.

http://engine.aviaport.ru/

ПОДВОДНЫЕ ЛОДКИ С ГИБРИДНЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ

Николай Александрович Медведь

Современные неатомные подводные лодки (ПЛ) являются высокоэффективным средством вооруженной борьбы на море и представляют собой подвижные платформы, способные нести разнообразное оружие, а также совершать длительное плавание в отрыве от мест базирования. В настоящее время ПЛ российских и иностранных фирм в принципе мало отличаются друг от друга или, во всяком случае, сопоставимы между собой по архитектуре, водоизмещению, оснащению высокоточным оружием, включая ракеты различного класса, способные поражать любые морские и наземные цели. Эти ПЛ близки по живучести, надежности, возможностям радиоэлектронного вооружения и т.д.

Однако опыт показывает, что боевая эффективность дизельных подводных лодок в известной степени обесценивается из-за необходимости периодической подзарядки аккумуляторных батарей, что снижает скрытность их действий и повышает вероятность обнаружения. Так, дизельные подводные лодки ежесуточно затрачивают 2…5 ч на подзарядку батарей. Кроме того, ограниченность энергетических запасов дизельных ПЛ не позволяет использовать их в арктических районах, покрытых льдами.
Проблема увеличения продолжительности подводного плавания, исключающего необходимость частого подвсплытия для зарядки аккумуляторных батарей, может быть решена благодаря применению анаэробных энергетических установок мощностью 100…300 кВт, что повышает срок автономности неатомных ПЛ до 480…720 ч.

В соответствии с классификацией, принятой в ВМС западных стран, неатомные подводные лодки принято делить на три подкласса:

- класс "А" - классические ПЛ с дизель-электрической главной энергетической установкой (ГЭУ);

- класс "В" - подлодки с гибридной ГЭУ, включающей наряду с дизель-электрической установкой еще и дополнительную анаэробную (воздухонезависимую) подсистему;

- класс "С" - подлодки, оснащенные только специальной анаэробной ГЭУ.

Одними из первых боеспособных образцов ПЛ с гибридными ГЭУ являлись немецкие подлодки с так называемыми "парогазовыми турбинами Вальтера", работавшими на перекиси водорода. Германские подлодки XXVI серии с турбинами Вальтера были способны развивать подводную скорость до 24…25 узлов. Корабельного запаса перекиси хватало на шесть часов полного хода, а в остальное время использовалась обычная дизель-электрическая установка и устройство для обеспечения работы дизеля на перископной глубине (шнорхель). Лодки XXVI серии имели архитектурный облик, существенно отличавшийся от традиционных, ориентированный на уменьшение сопротивления в подводном положении. Они стали своего рода шедеврами военно-морской техники, хотя вступить в строй и участвовать в боевых действиях не успели, зато послужили ценным материалом для стран-победительниц в послевоенной модернизации подводных флотов.

В Советском Союзе накануне Великой Отечественной войны также экспериментировали с подлодками, оснащенными анаэробными энергетическими установками. Так, четырнадцатая подводная лодка типа "М" XII серии (до 1940 г. называлась С-92, а затем Р-1) вошла в историю как первая советская лодка с единым двигателем - дизелем, для функционирования которого в качестве окислителя использовался жидкий кислород, хранившийся при особо низкой температуре (-180°С). Разработка РЕДО (регенеративный единый двигатель особый) велась в 1935-1936 гг. по инициативе и под руководством С.А. Базилевского.

Подлодка С-92 на испытаниях в 1939 г. доказала возможность работы дизеля под водой по замкнутому циклу на протяжении 5,5 ч при мощности 185 л. с.

В июле 1946 г. вышло постановление Совета Министров СССР о развитии работ по созданию подводных лодок с "едиными" двигателями. В соответствии с постановлением началось проектирование опытной малой подводной лодки проекта 615 водоизмещением около 390 т, оснащенной "единым" двигателем, который был аналогичен по схеме двигателю лодки проекта 95. В 1955-1958 гг. на заводах № 196 и № 194 было построено 29 лодок этого типа. В процессе эксплуатации на лодках проекта А615 случилось несколько серьезных аварий. Как выяснилось, аварии возникали вследствие неучтенных особенностей энергетической установки и недостаточной подготовки личного состава, который нелестно отзывался о своих ПЛ, называя их "зажигалками".

Вторым из отобранных для реализации типов "единого" двигателя стала уже упомянутая парогазовая турбинная установка (ПГТУ) немецкого конструктора Вальтера. Ленинградское ЦКБ-18 в предэскизном проекте 616 воспроизвело германскую лодку XXVI серии. В 1947 г. на территории советской оккупационной зоны в Германии создали специальное конструкторское бюро под руководством А.А. Антипина, которое занималось восстановлением технической документации парогазовой турбинной установки. Параллельно в ЦКБ-18 началось проектирование подлодки проекта 617 с ПГТУ. При этом все оборудование, кроме ПГТУ, планировалось изготовить на отечественных заводах.

По проекту лодка водоизмещением около 950 т обладала способностью развивать скорость подводного хода до 20 узлов на протяжении 6 ч. Опытную лодку заложили 5 февраля 1951 г. на заводе № 196, а ее испытания завершились лишь 20 марта 1956 г. В 1956-1959 гг. подлодка C-99 совершила 98 выходов в море и прошла более 6800 миль, из них 315 - с ПГТУ. 17 мая 1959 г. на корабле произошла серьезная авария: при запуске ПГТУ на глубине 80 м в турбинном отсеке прогремел взрыв. Лодка всплыла на поверхность и своим ходом пришла на базу. После откачки воды из отсека было установлено, что несчастье произошло вследствие разложения перекиси при контакте с попавшей в клапан грязью.

Впоследствии в связи с успехами в создании атомных подводных лодок руководство советского ВМФ и отечественной судостроительной отрасли практически утратило интерес к неядерным "единым" двигателям для ПЛ. Лишь в первой половине семидесятых годов минувшего столетия работы в указанном направлении возобновились. На этот раз была предпринята попытка оснащения подлодки проекта 613 энергетической установкой с электрохимическим генератором мощностью 280 кВт. В 1988 г. подлодка "Катран" проекта 613Э успешно прошла расширенные государственные испытания и подтвердила принципиальную возможность создания и эффективного использования новой энергетики. Однако развал Советского Союза и последовавшие после этого события на несколько десятилетий отбросили создание отечественной ПЛ с электрохимическим генератором.
 

А конкуренты не дремали

В последнее десятилетие XX века в Германии, Швеции и Франции были созданы, прошли испытания и начали серийно выпускаться анаэробные энергоустановки на основе двигателей Стирлинга, парогазовых турбин и электрохимических генераторов. Так, германские компании Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH (HDW) и Thyssen Nordseewerke GmbH (TNSW) спроектировали и построили четыре подлодки типа 212 (U 31 - U 34, переданные флоту в 2005-07 гг.). В сентябре 2006 г. бундесмарине заказали еще две подлодки типа 212 со сроком их сдачи флоту в 2012-2013 гг.

Лодка типа 212 имеет подводное водоизмещение 1360 т, длину 53,5 м, ширину 6,8 м и высоту от киля до вершины ограждения выдвижных устройств 11,5 м. В одном из походов U 32 установила мировой рекорд длительности движения в подводном положении (без использования шнорхеля), оставаясь погруженной на протяжении двух недель.

Помимо ВМС Германии, аналогичными подлодками решили обзавестись и итальянские моряки. Фирма Fincantieri по германской лицензии построила в 2005-2007 гг. две лодки (S526 Salvatore Todaro и S527 Scire). В марте 2008 г. итальянское правительство приняло решение заказать еще две подлодки типа 212.

Несколько измененным и усовершенствованным типом германской подлодки с электрохимическими генераторами является проект 214, предложенный немецкими фирмами ВМС Греции. При стандартном водоизмещении 1700 т и длине 65 м лодка способна погружаться на глубину 400 м и несет вооружение из восьми 533-мм торпедных аппаратов. Греческое правительство заказало в Германии три лодки указанного типа. Успешно завершились переговоры о постройке четвертой подлодки Katsonis со сроком готовности в 2012 г.

Обладающая мощной судостроительной промышленностью Южная Корея предпочла закупить в Германии лицензию на постройку трех лодок типа 214. Их изготовление ведется фирмой Hyundai Heavy Industries; первая лодка Admiral Sohn Won-il была передана флоту в декабре 2007 г., а две другие - Jung Ji и Ahn Jung-geun планируется закончить постройкой в 2008 и 2009 гг., соответственно. В настоящее время в правительстве Южной Кореи идут дебаты о целесообразности постройки еще трех ПЛ типа 214. Ценными особенностями лодок этого типа считаются возможность пуска крылатых ракет из торпедных аппаратов из-под воды и наличие двух электрохимических генераторов типа Siemens PEM мощностью по 120 кВт, что позволяет осуществлять движение под водой со скоростью 3…5 узлов на протяжении двух недель.

Свой вклад в создание воздухонезависимых энергетических установок для ПЛ внесли и французы. Так, группой фирм, входящих в кораблестроительный концерн DCN, для французской подводной лодки "Скорпен" (тип Agosta-90B, подводное водоизмещение 1760 т, длина 67 м) была разработана парогенераторная анаэробная ЭУ типа MESMA (Module D'Energie Sous Marine Autonome).

Три подводные лодки типа Agosta-90B были заказаны ВМС Пакистана в 1994 г. Две первые субмарины, Khalid (S137) и Saad (S138) первоначально не были оборудованы анаэробной ЭУ; головной лодкой с такой системой стала третья ПЛ - Hamza (S139).
Существуют проекты оснащения подлодок гибридными энергетическими установками с включением в их состав маломощных атомных реакторов. Подводные лодки, оснащенные малогабаритными ядерными реакторами, по существу, останутся дизельными. Эти установки фирма предполагает поставлять в виде отдельной секции, полностью подготовленной к врезке в корпуса существующих ПЛ или к сборке строящихся. Один из вариантов переоборудования предлагался применительно к подводным лодкам типа "Виктория".

Пожалуй, наиболее впечатляющих результатов в разработке анаэробных установок достиг шведский концерн Kockums Submarin Systems. На французской ПЛ Saga и шведской ПЛ Naecken типа А14 в процессе модернизации были смонтированы двигатели Стирлинга V4-275R, которые использовались в качестве вспомогательных энергетических установок для экономического подводного хода. При переоборудовании в прочный корпус лодки ПЛ Naecken непосредственно за ограждением рубки была сделана вставка длиной около 8 м с двумя двигателями Стирлинга мощностью по 110 кВт, осуществляющими привод генераторов постоянного тока. Запас жидкого кислорода позволял лодке Naecken находиться под водой без всплытия до 14 суток.

Затем концерн Kockums Submarin Systems сделал еще более впечатляющий шаг, построив в 1992-1996 гг. три ПЛ класса Gotland (тип А19). Энергетическая установка подлодок включала обычные дизели и два двигателя Стирлинга V4-275R мощностью по 75 кВт. Длина субмарин - 60,4 м, подводное водоизмещение - 1599 т.

Самый многообещающий проект шведов связан с перспективной подводной лодкой Viking. Это название выбрано не случайно. В реализации проекта должны участвовать еще две скандинавские страны - Норвегия и Дания. Фирма Kokums в содружестве с норвежской и датской судостроительными компаниями образовали консорциум для практической работы над проектом. Всего планировалось построить 12 субмарин нового поколения. По мнению ведущих специалистов, эта была бы лучшая неатомная подводная лодка начала XXI века. На ней планировалось установить единый двигатель Стирлинга большой мощности (ориентировочно 800 кВт). Однако сегодня судьба "Викинга" оказалась в руках Европейской судостроительной компании, контролируемой немецкими концернами. А они, разумеется, не слишком-то заинтересованы в успехе скандинавов, своих прямых конкурентов.

На помощь скандинавам нежданно-негаданно пришли японските ВМС, которые еще в 1997 г. спустили на воду субмарину S 589 Asashio, на которой в порядке эксперимента смонтировали два двигателя Стирлинга. После завершения цикла испытаний японские адмиралы приняли решение о постройке уже целой серии ПЛ класса Soryu, первая из которых должна вступить в строй в марте 2009 г. Эти лодки значительно крупнее немецких и шведских (подводное водоизмещение 4200 т, длина 84 м, экипаж 65 человек).

И наконец, последними из мировых держав окончательный выбор по типу анаэробной установки сделали американцы. Их решение однозначное - двигатели Стирлинга. Для этого в 2005 г. ВМС США взяли в лизинг шведскую подводную лодку типа Gotland, оснащенную вспомогательной воздухонезависимой установкой Стирлинга. Как сообщает журнал Jane's Defence Weekly, субмарину предполагали использовать для отработки противолодочных операций кораблями американского флота. Лодка была приписана к военно-морской базе Сан-Диего (штат Калифорния), где находится Командование противолодочной войны. Отметим, что ВМС США в последнее время вновь стали проявлять повышенное внимание противолодочной обороне. Это объясняется стремительным ростом военно-морских сил Народно-освободительной армии Китая и, прежде всего, количественным увеличением и повышением качества подводного флота КНР.

Подводная лодка типа Gotland нужна США и для освоения современных технологий неатомного подводного судостроения, утраченных в Соединенных Штатах. В 2006 г. американская корпорация Northrop Grumman и шведская фирма Kokums, построившая ПЛ типа Gotland, подписали соглашение о сотрудничестве. В рамках этого сотрудничества американские специалисты получат возможность в деталях изучить конструкцию новейшей субмарины шведского флота. А помогут им в этом шведские моряки, которые будут нести службу на лодке вместе с американскими коллегами.

По мнению ведущих специалистов, субмарины с гибридными ЭУ уже в настоящее время по своим характеристикам не только приблизились к атомоходам, но по некоторым показателями даже превосходят их. Так, в ходе двух учений в Атлантике, прошедших в 2003 г., шведская подводная лодка Halland с анаэробными двигателями Стирлинга "победила" в дуэльной ситуации испанскую субмарину с обычной дизель-электрической установкой, а затем и французскую атомную лодку. Она же в Средиземном море одержала верх в "схватке" с американской атомной подводной лодкой Huston. При этом необходимо отметить, что малошумный и высокоэффективный Halland стоит в 4,5 раза дешевле своих атомных соперников.

Достоинства гибридных ЭУ

Учитывая приблизительно одинаковый уровень совершенства оружия и радиоэлектронного вооружения большинства ПЛ западноевропейских стран - основных поставщиков ПЛ на мировом рынке, конкурентоспособность перспективных ПЛ будет во многом определяться типом двигателя, примененного в анаэробной ЭУ.

От всех известных преобразователей энергии прямого цикла (дизелей, паровых и газовых турбин, карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, ЭХГ и др.), которые могут использоваться в составе анаэробных установок, двигатели Стирлинга выгодно отличаются целым рядом качеств, которые обуславливают перспективу их применения на неатомных ПЛ: практическая бесшумность в работе из-за отсутствия взрывных процессов в цилиндрах двигателя и клапанного механизма газораспределения и достаточно плавного протекания рабочего цикла при относительно равномерном крутящем моменте, что напрямую влияет на акустическую скрытность ПЛ - главную составляющую обобщенного показателя - "скрытность ПЛ"; высокий к.п.д. (до 40 %), что значительно выше соответствующего показателя лучших образцов дизелей и карбюраторных ДВС; возможность использования в качестве горючего нескольких типов углеводородного топлива (соляровое топливо, сжиженный природный газ, керосин и др.); эксплуатация двигателей Стирлинга, работающих на традиционном топливе, не требует создания сложной береговой инфраструктуры (в отличие от электрохимических генераторов); моторесурс современных двигателей Стирлинга составляет 20...50 тыс. часов, что в 3…8 раз превышает срок жизни топливных элементов (около 6 тыс. часов); при сроке эксплуатации ПЛ порядка 25...30 лет применение двигателей Стирлинга позволит сократить необходимое количество подводных лодок на 35…40 % по сравнению с потребным числом лодок с электрохимическими генераторами (из-за более высокой надежности).

По мнению ряда иностранных и отечественных специалистов, двигатель Стирлинга является наиболее конкурентоспособным типом двигателя для анаэробных энергетических установок неатомных ПЛ в силу указанных выше преимуществ. Более того, если сегодня разрабатываются установки, увеличивающие подводную автономность до 30...45 суток на режимах экономического хода, то в недалеком будущем двигатель Стирлинга можно рассматривать как единый всережимный источник энергии, обеспечивающий как подводный, так и надводный ход во всем диапазоне нагрузок.

Преимущества двигателей Стирлинга по сравнению с другими преобразователями энергии прямого цикла позволяют рекомендовать его как универсальный двигатель для всех типов неатомных ПЛ малого, среднего и большого водоизмещения.

Отечественный ВМФ заинтересован в создании ПЛ с анаэробными ЭУ для использования их на Балтийском и Черном и морях, где использование атомоходов исключено по политическим мотивам. Общая потребность ВМФ в таких подлодках ориентировочно составляет 10-20 единиц. Весьма крупным рынком сбыта неатомных ПЛ с двигателями Стирлинга в недалеком будущем станет международный рынок вооружений, где начиная с 2005 гг. наблюдается устойчивое повышение спроса на подобные ПЛ со стороны стран Латинской Америки, Юго-Восточной Азии, Ближнего и Среднего Востока. В целом, ориентировочная рыночная ниша составляет от 300 до 400 ПЛ при средней стоимости ПЛ около $300...400 млн.

В настоящее время неатомные ПЛ входят в состав 30 флотов зарубежных стран. Учитывая, что срок службы этих лодок оценивается около 30 лет и то, что большинство из них было построено не позднее конца восьмидесятых годов минувшего века, можно ожидать, что с 2010 г. многие перечисленные страны задумаются о приобретении новых неатомных ПЛ вместо устаревших кораблей, исчерпавших свой ресурс.

 http://www.energocentre.com/

«Анаэробные энергетические установки с двигателями Стирлинга - Новые российские технологии для отечественного подводного кораблестроения»

Заслуженный изобретатель Российской Федерации, академик Академии военных наук, д.т.н. Кириллов Н.Г.
Энергетика и промышленность России
06.06.06


Если в 2004 году в структуре продаж военной техники ФГУП «Рособоронэкспорта» до 60% занимало авиационное вооружение, то в 2005 году этот баланс изменился в сторону продукции для военно-морских сил. От реализации данной продукции в государственную казну поступило 3 млрд. долл. США из 5 млрд., полученных за продажу всей военной техники за рубеж. Причем более половины этой суммы пришлось на поставку и ремонт неатомных подводных лодок (НАПЛ). Никогда раньше подводный флот не занимал столь значительной доли в структуре российского военного экспорта. По оценкам ведущих специалистов этот сегмент рынка военной продукции имеет тенденции к значительному расширению. Так по прогнозу влиятельного журнала Forecast International в 2006-2014 гг. со стапелей судостроительных верфей должны сойти около 100 субмарин на общую сумму 80 млрд. долл. США. По словам заместителя генерального директора ФГУП «Рособоронэкспорт» В.Пахомова конкуренция между основными производителями неатомных лодок резко обострилась и российским производителям придется буквально бороться за потенциальных заказчиков. К сожалению, необходимо отметить, что в последнее время по ряду технологий подводного кораблестроения российские компании стали отставать от зарубежных конкурентов, прежде всего от немецких, шведских и французских производителей НАПЛ. К числу критичных технологий в первую очередь относятся создание анаэробных (воздухонезависимых) энергетических установок. Данное отставание уже в ближайшее время может привести к массовому свертыванию производства отечественных субмарин, поставляемых на экспорт, потери научной и технологической базы сотен российских предприятий военно-промышленного комплекса (ВПК). Понимая возможность такого хода развития ситуации в отечественном подводном кораблестроении, российское Правительство приняло решении о создании единого холдинга подводного кораблестроения, в структуру которого войдут ведущие организации, занимающиеся проектированием и производством НАПЛ. Задача холдинга - сохранение позиций российских производителей на мировом рынке подводных лодок. Однако для решения этой задачи необходимо объективно оценить складывающуюся ситуацию и определить основные направления развития мирового подводного кораблестроения.



Анализ мировых тенденций развития неатомных подводных лодок

Современные отечественные и зарубежные неатомные дизельные подводные лодки являются боеспособным и высокоэффективным средством вооруженной борьбы на море и представляют собой подвижные платформы, способные нести разнообразное оружие, а также совершать длительное плавание в отрыве от мест базирования. В настоящее время подводные лодки (ПЛ) российских и иностранных фирм, за исключением нескольких технологи, мало отличаются друг от друга, или во всяком случае, сопоставимы между собой по архитектуре, водоизмещению, оснащению высокоточным оружием, включая ракеты различного класса, способных поражать любые морские и наземные цели, живучести, надежности, радиоэлектронного вооружения и т.д.

Практика показывает, что боевая эффективность дизельных подводных лодок зависит от необходимости периодически подзаряжать аккумуляторные батареи. Для этого ПЛ приходится подвсплывать на перископную глубину для подзарядки аккумуляторных батарей, что снижает скрытность их действий и повышает вероятность обнаружения. Так, дизельные подводные лодки ежесуточно затрачивают 2-5 часов на подзарядку батарей. При несении дежурства в зоне патрулирования со скоростью 2-4 узла они могут находиться в подводном положении до 4 суток. Однако, при этом их аккумуляторные батареи разряжаются примерно на 80% и подзарядка потребует значительно большего времени. Кроме того, ограниченность энергетических запасов дизельных ПЛ не позволяет использовать их в арктических районах, покрытых льдами.

Проблема увеличения продолжительности подводного плавания, исключающее необходимость частого подвсплытия для зарядки аккумуляторных батарей может быть решена за счет применения анаэробных энергетических установок (ЭУ) мощностью от 100 до 300 кВт, что повышает срок автономности до 720 часов.

Анализируя современный уровень в создании анаэробных ЭУ, необходимо отметить отставание России в решении данного вопроса от передовых промышленно развитых стран. За рубежом первые анаэробные ЭУ для ПЛ появились в 80-90 годы прошлого века. В настоящее время в Германии, Швеции, Франции, Италии, США созданы, прошли испытания и начато серийное производство анаэробных энергоустановок на основе двигателей Стирлинга, парогазовых турбин и электрохимических генераторов.

ВМС Германии с 1998 года приступили к строительству четырех подводных лодок проекта «212». Проектом предусмотрено оснащение лодки гибридной энергетической установкой, включающей аккумуляторные батареи и анаэробную установку на базе топливных элементов, разработанных по технологии фирмы «Сименс». Оснащение ПЛ анаэробной установкой позволит ей находиться в подводном положении до 20 суток, что значительно повысит ее скрытность и боевые возможности. Первая ПЛ проекта «212» вошла в состав флота уже в 2005 году (Рис.1. Немецкая подводная лодка проекта 212).

Группой фирм, входящих в кораблестроительный концерн «DCN», для французской подводной лодки «Скорпен» (Agosta-90B) разработана парогенераторная анаэробная ЭУ типа ”MESMA” (Module D’Energie Sous Marine Autonome). Полномасштабный береговой опытный образец анаэробной ЭУ был пущен в эксплуатацию еще в 1998 году. По данным концерна «DCN», выходная мощность анаэробной ЭУ ”MESMA” составляет 200 кВт, что позволяет увеличить дальность подводного плавания в 3-5 раз, при средней скорости 4-5 узлов (Рис. 2. Французская подводная лодка Скорпен).

Рядом зарубежных компаний (Англия, Италия и др.) в 70-х годах прошлого века были выполнены исследования по созданию ПЛ с анаэробными установками на основе дизелей замкнутого цикла (ДЗЦ). На основе данного опыта, итальянской фирмой «Мариталиа» были созданы серии боевых подводных лодок - сверхмалых «3-GST9», малых «LWT-27», средних и больших «20-GST48». Во всех их применялись технология GST и анаэробные установки на основе дизелей замкнутого цикла. Кроме итальянцев, разработка энергоустановок на основе дизеля, работающего по замкнутому циклу, велась фирмой RDM (Голландия) совместно с фирмами CDSS (Великобритания) и TNSW (ФРГ), которые изготовили и испытали установку «SPECTRE». Её пытались внедрить в новое семейство ПЛ "Moray" и также предлагали для модернизации ПЛ класса "Walrus". На германской ПЛ U-1 проекта 205 в 1993 году проходили морские испытания этой установки. В настоящее время фирма CDSS ликвидирована, а установка «SPECTRE» продана южно-корейской фирме Hyundai.

Существуют проекты оснащения НАПЛ анаэробными установки на основе малых атомных реакторов. Специалисты канадской фирмы «Эннерджи конверин системз» разработали анаэробную энергетическую установку для дизельных ПЛ на основе малогабаритного ядерного реактора. За прототип взят маломощный исследовательский реактор на медленных нейтронах «Слоупоук». Его электрическая мощность составляет до 400 кВт, кампания – до 1000 суток при работе на полную мощность. Подводные лодки, оснащенные малогабаритными ядерными реакторами, по существу, останутся дизельными. Эти установки фирма предполагает поставлять в виде отдельной секции, полностью подготовленной к врезке в корпуса существующих ПЛ или к сборке строящихся.

Наибольших результатов в разработке анаэробных установок достиг шведский концерн Kockums Submarin Systems, построивший три ПЛ класса "Gotland" типа А19 на основе двигателей Стирлинга. На ПЛ устанавливается два двигателя V4-275R по мщностью по 75 кВт. Три подводные лодки типа «Gotland» были построены фирмой Kokums в 1992 – 1996 годах. Длина субмарин – 60,4 метра, подводное водоизмещение – 1599 тонн. Экипаж – 27 человек, в том числе 5 офицеров. Вооружение: 4 Х 533-мм и 2 Х 400-мм торпедных аппарата. Скорость полного подводного хода – 20 узлов. При использовании двигателя Стирлинга лодки могут находиться под водой без подзарядки аккумуляторных батарей до 20 суток (Рис. 3. Шведская подводная лодка Готланд).

Модификации этого двигателя используются на французской ПЛ "Saga" и модернизированной шведской ПЛ "Naecken" типа А14. При переоборудовании в прочный корпус ПЛ непосредственно за ограждением рубки была сделана вставка длиной 8м с двумя двигателями Стирлинга мощностью по 110 кВт, работающими на привод генераторов постоянного тока. Запас жидкого кислорода позволяет находиться ПЛ "Naecken" под водой без всплытия до 14 суток (Рис. 4. Отсек подводной лодки с двигателем Стирлинга).

Самый многообещающий проект шведов связан с перспективной подводной лодкой «Викинг». Это название выбрано не случайно. В реализации проекта должны участвовать еще две скандинавские страны - Норвегия и Дания. «Кокумс», норвежская компания «Конгсберг» и датская «Оденсе столшипсваерфт» образовали консорциум для практической работы над проектом. Всего планировалось построить 12 субмарин нового поколения. По мнению ведущих специалистов, эта была бы лучшая подводная лодка XXI века. На ней планировалось установить единый двигатель Стирлинга большой мощности (ориентировочно 800 кВт). Сейчас судьба «Викинга» в руках Европейской судостроительной компании, контролируемой немецкими концернами - финансово-промышленной группой «Бэбкок Борзиг» (50 процентов плюс одна акция) и холдингом «Прессаг» (25 процентов без двух акций) (Рис. 5. Шведская подводная лодка Викинг).

Россия пока не имеет реально действующих аналогов данных образцов специальной военной техники, более того еще не выработана четкая концепция создания отечественных анаэробных ЭУ. Это связано прежде всего с тем, что резкое снижение финансирования в 1990-2003 гг. привело к значительному уменьшению активности научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по данной тематике. А также тем, что Минобороны РФ не сделало окончательного выбора типа вспомогательной воздухонезависимой энергетической установки.

По мнению специалистов, уже в ближайшие 5-7 лет НАПЛ без анаэробной установки не сможет в полном объеме выполнять стоящие перед ней боевые задачи в условиях усиливающейся противолодочной борьбы. Соответственно, подводные лодки, представляемые российскими фирмами на экспорт, без анаэробных ЭУ будут не конкурентоспособны на мировом рынке морского вооружения. Все это приводит к необходимости активизации как теоретических, так и экспериментальных работ по созданию перспективных анаэробных ЭУ для отечественных подводных лодок.



Стирлинг начинает и выигрывает

Сегодняшние анаэробные установки по принципу действия значительно отличаются друг от друга. Однако из четырех существующих типов анаэробных установок основными конкурирующими технологиями являются: двигатели Стирлинга и электрохимические генераторы. Опыт эксплуатации действующих установок и интуиция ведущих ученых, позволяет в настоящее время уже твердо сказать, что чаша весов все больше склоняется в пользу анаэробных установок с двигателями Стирлинга. Об этом свидетельствует события во взаимоотношениях основных зарубежных фирм, включившихся в гонку за создание НАПЛ на основе двигателей Стирлинга.

Именно шведы, из-за которых ныне кипят нешуточные страсти, открыли в подводном кораблестроении эру вспомогательных анаэробных ЭУ. В 1988 году головная субмарина типа "Наккен" была переоборудована под двигатели Стирлинга. С ними она прошла под водой более 10000 часов без существенных замечаний. И если «Наккен» - первый опытный корабль этого подкласса, то субмарины типа «Готланд» стали первыми в мире серийными подводными лодками с анаэробными установками, которые позволяют им находиться под водой 20 суток. Стоимость анаэробной установки с двигателем Стирлинга составляет около 45 млн. долл. США, что практически в 3 раза ниже стоимости анаэробной установки с ЭХГ немецкой компании «НDW» для проекта «212» (стоимость около 120 млн. долл. США).

Так, при модернизации двух ПЛ типа А-17 («Седермендланд» и «Вастерготланд») в лодки были врезаны 10-метровые отсеки с анаэробными установками на основе двигателей Стирлинга типа «Мк-3». Общая стоимость проекта составляла 73 млн. долл. США. При ходовых испытаниях в 2004 году анаэробные установки обеспечили вышеуказанным лодкам возможность подводного плавания в течении 14 суток.. Серийное производство двигателей Стирлинга типа «Мк-3» налажено в компании «Кокумс» с 2002 года (Рис. 6. Модернизация подводных лодок с врезкой анаэробных установок с двигателями Стирлинга).

Первыми, после шведов, перспективность анаэробных установок на основе двигателей Стирлинга поняли японцы. Еще в середине 90-х годов прошлого века главными подразделениями Министерства обороны Японии по строительству подводных лодок компании «Кавасаки дзюкоге» и «Мицубиси дзюкоге» по лицензиям были закуплены и запущены в серийное производство двигатели Стирлинга. Для отработки технологии применения двигателей Стирлинга в 2000-2001 годах на кораблестроительной верфи «Кобе» фирмой «Мицубиси дзюкоге» были проведены работы по оснащению ПЛ «Асасио» энергетической установкой замкнутого цикла с двигателем Стирлинга. Для этого между жилым и двигательным отсеками был врезан 9-метровый блок с анаэробной установкой на основе двигателя Стирлинга. Ходовые испытания прошли на «отлично». Поэтому уже с 2003 года японские ПЛ типа «Оясио» начали строиться с анаэробными установками на основе двигателей Стирлинга. Первая подлодка из этой серии «Харусио», бортовой номер 595, в 2004 году была передана ВМФ Японии. В настоящее время эти фирмами разработан проект новой ПЛ водоизмещением 3500 т, оснащенной анаэробной установкой с двигателем Стирлинга.

Японские компании не только переняли шведские технологии, но пошли дальше. Именно японцы ввели новое словосочетание «стирлинг-подводные лодки». Это означает уже в ближайшее время появятся японские ПЛ с единым двигателем Стирлинга. Дизельные подводные лодки с легкой руки японских специалистов уходят в историю. Именно для новой ПЛ с единым двигателем фирмой “Mitsubichi” создан и прошел успешные стендовые испытания двигатель Стирлинга мощностью более 600 кВт. В качестве рабочего тела двигателя используется азот.

Затем к проектам анаэробных установок на основе двигателя Стирлинга пытались подключиться французы. И, несмотря на агрессивную кампанию DCN по рекламированию энергетической установки «MESMA», французская фирма не рассчитывала на большой успех. Ввиду этого, понимая перспективность применения двигателя Стирлинга для современных ПЛ, в 1998 году представители DCN провели переговоры со шведским «Кокумсом» о создании совместного предприятия по проектированию перспективной лодки с анаэробной установкой на основе двигателя Стирлинга, которую планировалось предложить на рынок после 2010 года. Однако немцы пресекли это намерение.

В 2004 году к анаэробным ЭУ на основе двигателей Стирлинга вернулись и немцы, ранее активно продвигавшие ЭХГ компании «Сименс». Напомним, что еще в 1990 г. фирма MAN (Германия) заключила соглашение со шведскими фирмами о техническом сотрудничестве в разработке двигателей Стирлинга для перспективных НАПЛ. Очевидно, после создания анаэробной установки с ЭХС для НАПЛ проекта 212, немецкие инженеры убедились в коммерческой несостоятельности данного проекта. Сейчас немцы срочно меняют ориентацию, в смысле ЭХГ на двигатель Стирлинга. Так, в начале 2004 года Европейская комиссия одобрила слияние шведской кораблестроительной компании «Кокумс нэйвал системз» с германской верфью «Ховальдтсверке Дойче верфт» (HDW). Цель этой дорогостоящей покупки – приобретение стирлинг-технологии для немецких подводных лодок.

Более того, по некоторым данным сейчас компанией MAN для перспективных ПЛ разработан двигатель Стирлинга мощностью 700 кВт, а фирма «Моторен унд турбинен юнион» на конкурсной основе разработала проект энергетической установки для подводной лодки с двумя двигателями Стирлинга общей мощностью 2100 кВт

И наконец, последними из мировых держав, окончательный выбор по типу анаэробной установки сделали американцы. Их решение однозначное – двигатели Стирлинга. Для этого в 2005 году ВМС США взяли в лизинг шведскую подводную лодку типа «Gotland», оснащенную вспомогательной воздухонезависимой установкой Стирлинга. Как сообщает журнал Jane’s Defence Weekly, субмарина будет использоваться для отработки противолодочных операций кораблями американского флота. Лодка будет приписана к военно-морской базе Сан-Диего (штат Калифорния), где находится недавно образованное командование противолодочной войны. ВМС США в последнее время вновь стали проявлять повышенное внимание противолодочной обороне. Это объясняется стремительным ростом военно-морских сил Народно-освободительной армии Китая и прежде всего количественным увеличением и повышением качества подводного флота КНР. Подводная лодка типа «Gotland» нужна США и для «освоения» современных технологий неатомного подводного судостроения. Дело в том, что администрация США давно обещала Тайваню поставить подводные лодки, отвечающие требования сегодняшнего дня. Но до сих пор выполнить своего обещания она не смогла, поскольку американские верфи не строят дизель-электрические лодки почти 50 лет и не владеют соответствующими технологиями. В прошлом году американская корпорация Northrop Grumman и шведская фирма Kokums, построившая ПЛ типа «Gotland», подписали соглашение о сотрудничестве. Теперь в рамках этого сотрудничества американские специалисты получат возможность в деталях изучить конструкцию новейшей субмарины шведского флота. А помогут им в этом шведские моряки, которые будут нести службу на лодке вместе с американскими коллегами.

Шведские технологии получают широкое распространение не только в развитых странах. Уже говорилось, что по проекту и при участии шведской фирмы «Кокумс» в Австралии началось строительство шести лодок типа «Коллинз». Для этого в г. Аделаиде специально создана компания «Острэлиан сабмарин корпорейшн» (ASC). Недавно Таиланд заявил о намерении приобрести три подлодки типа Т-96 (экспортный вариант «Готланда», адаптированный для тропических условий). Сингапур закупил у шведских ВМС четыре модернизированных «Шеормена».

Стремление создания субмарин с АНЭУ на основе двигателей Стирлинга ведущих стран мира имеет простое объяснение. На кону – мировой рынок подводных лодок XXI века, а это без малого более 300 лодок до 2030 года. А козырными картами в борьбе за выигрыш, несомненно, станут субмарины с анаэробными установками на основе двигателей Стирлинга. По мнению, ведущих специалистов, данные субмарины уже в настоящее время по своим характеристикам не только приблизились к атомоходам, но по некоторым показателями даже превосходят их. Так, в ходе двух учений в Атлантике, прошедших в 2003 году, шведская подводная лодка «Халланд» с анаэробными двигателями Стирлинга «победила» в дуэльной ситуации испанскую субмарину с обычной дизель-электрической установкой, а затем и французскую атомную лодку. Она же в Средиземном море одержала верх в «схватке» с американской атомной подводной лодкой «Хьюстон». При этом необходимо отметить, что малошумный и высокоэффективный «Халланд» стоит в 4,5 раза дешевле своих атомных соперников.

Безусловно, во всех ведущих странах мира работы по совершенствованию анаэробных установок сегодня находятся в числе критически важных военно-морских технологий. В тоже время в России работы по созданию анаэробных энергоустановок не ведутся. А зря! Для всех очевидно, что в обозримом будущем Россия из-за дефицита финансовых ресурсов не будет способна строить и вводить в строй нужное количество атомных субмарин. Их вполне способны заменить значительно более дешевые подлодки с анаэробными установками на основе двигателей Стирлинга.



Почему выигрывают двигатели Стирлинга?

Учитывая приблизительно одинаковый уровень оружия и радиоэлектронного вооружения большинства ПЛ западноевропейских стран - основных поставщиков ПЛ на мировом рынке, конкурентоспособность перспективных ПЛ будет во многом определяться типом двигателя, примененного в анаэробной ЭУ.

От всех известных преобразователей энергии прямого цикла (дизелей, паровых и газовых турбин, карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, ЭХГ и др.), которые могут использоваться в составе анаэробных установок, двигатели Стирлинга выгодно отличаются целым рядом качеств, которые обуславливают перспективу их применения на НАПЛ:

- практическая бесшумность в работе из-за отсутствия взрывных процессов в цилиндрах двигателя и клапанного механизма газораспределения и достаточно плавного протекания рабочего цикла при относительно равномерном крутящем моменте, что напрямую влияет на акустическую скрытность ПЛ - главную составляющую обобщенного показателя - "скрытность ПЛ";

- высокий к.п.д. до 40%, что значительно превосходят лучшие образцы дизелей и карбюраторных ДВС;

- возможность выполнить двигатели Стирлинга многотопливными, т.е. использовать в качестве горючего несколько типов углеводородного топлива ( соляр, сжиженный природный газ, керосин и др.), что повысит боевую устойчивость НАПЛ;

- эксплуатация двигателей Стирлинга, работающих на традиционном топливе, не требует создания сложной береговой инфраструктуры, в отличие от ЭХГ, т.к. используется уже существующая береговая инфраструктура флота, более того, при необходимости, возможна организация базирование НАПЛ в недостаточно оборудованных пунктах, т.е. НАПЛ не будет "привязана" к существующим базам ВМФ, что существенно повысит ее мобильность и боевую устойчивость;

- моторесурс современных двигателей Стирлинга составляет от 20 до 50 тыс. часов, что от 3 до 8 раз превышает срок жизни ЭХГ (около 6 тыс. часов);

- при полном сроке эксплуатации ПЛ (25-30 лет) применение двигателей Стирлинга позволит сократить необходимое количество подводных лодок на 35-40%, по сравнению с практикой применения анаэробных установок с ЭХГ и т.д. (Рис. 7. Двигатель Стирлинга мощностью 75 кВт для анаэробных установок).

По мнению специалистов ООО «Исследовательско-инновационного центра «Стирлинг-технологии» двигатель Стирлинга является наиболее конкурентоспособным типом двигателя для анаэробных энергетических установок НАПЛ в силу указанных выше преимуществ. Более того, если сегодня рассматриваются установки увеличивающие подводную автономность до 30-45 суток на режимах экономического хода, то в недалеком будущем двигатель Стирлинга можно рассматривать как единый всережимный источник энергии, обеспечивающий как подводный, так и надводный ход во всем диапазоне нагрузок.

Приведенные здесь преимущества двигателей Стирлинга перед другими преобразователями энергии прямого цикла позволяют рекомендовать его как универсальный двигатель для всех типов НАПЛ - малого, среднего и большого водоизмещения, а также для большинства типов подводных аппаратов, использование которых возможно в интересах геологоразведки, освоения континентального шельфа, экологического мониторинга, ликвидации последствий аварий на море и т.д.

Отечественный ВМФ является одним из значительных потребителей НАПЛ с анаэробными ЭУ для использования их на Балтийском, Черном и дальневосточных морях. Общая потребность ВМФ ориентировочно составляет 10-20 единиц (по некоторым оценкам до 20-30 ед.). Весьма крупным рынком сбыта НАПЛ с двигателями Стирлинга будет международный рынок вооружений, где начиная с 2005-2030 гг. ожидается устойчивое повышение спроса на НАПЛ со стороны стран Латинской Америки, Юго-Восточной Азии и Ближнего и Среднего Востока. В целом, ориентировочная рыночная ниша составляет от 300 до 400 ПЛ, при средней стоимости ПЛ около 300-400 млн. долларов США.

Данный прогноз строится исходя из того, что в период 1972-1985 гг. Германией и СССР интенсивно строились и продавались в большом количестве немецкой НАПЛ типа 209 и советской класса «Фокстрот» (проект 641), которые поставлялись на экспорт в страны НАТО, Варшавского Договора, Индию, Китай и другие страны «третьего мира». В настоящее время НАПЛ входят в состав 30 флотов зарубежных стран. Учитывая, что срок службы этих НАПЛ оценивается около 30 лет, можно ожидать, что с 2006 года большинство вышеперечисленных стран будут приобретать новые НАПЛ вместо устаревших подводных лодок, исчерпавших свой ресурс.



Перспективы создания отечественных НАПЛ с анаэробными установками на основе двигателей Стирлинга

В условиях обострения конкурентной борьбы, совершенно очевидно, что необходимо срочно форсировать работы по созданию российских проектов ПЛ на основе двигателей Стирлинга. Лишь в этом случае Россия не утратит своих позиций на мировом рынке подводных лодок.

В результате многолетних теоретико-экспериментальных работ автором сформулированы основные принципы и концепция развития корабельных энергоустановок с двигателями Стирлинга, которые позволят в ближайшей перспективе обеспечение многомесячного непрерывного подводного плавания ПЛ при безусловной безопасности эксплуатации ЭУ, а также накоплен значительный научно-технический задел по основным системам и оборудованию энергоустановок с двигателями Стирлинга, включая различные варианты систем производства и хранения горючего и окислителя, в частности природного газа и кислорода. Были рассмотрены: баллонное хранение реагентов в газообразном состоянии под давлением 40 МПа; и криогенное хранение СПГ и кислорода. Были разработаны новые типы дешевых криогенных баков с пенополиуретановой теплоизоляцией и композитными оболочками. Учитывая, что ЭУ с двигателями Стирлинга относятся к классу нетрадиционных энергоустановок, использующих при работе такие компоненты, как СПГ и кислород, в ходе работ особое внимание уделялось пожаровзрывобезопасности (ПВБ), а также базовому (наземному) обеспечению ЭУ горючим и окислителем.

В настоящее время на принципиальные схемы и основные конструктивные элементы анаэробных установок получено более 40 патентов РФ. Отличительными особенностями разработанных автором принципиальных схем, по отношению к анаэробным установкам шведской компании «Kockums», являются применение сжиженного природного газа (СПГ) - «горючего ХХI века», что облегчает процесс утилизации продуктов сгорания углеводородного топлива и обеспечивает снижение следности ПЛ, снижение температуры теплоносителя контура охлаждения двигателя Стирлинга ниже температуры окружающей среды (забортной воды), что обеспечивает повышение к.п.д. двигателя Стирлинга и др.

Предлагаемые технические решения перспективных анаэробных ЭУ для ПЛ в полной мере отражает современное состояние и тенденции развития мирового научно-технического прогресса в области подводного кораблестроения, топливно-энергетического комплекса Российской Федерации и ее промышленности (Рис. 8. Проект российской подводной лодки с анаэробной установкой на основе двигателя Стирлинга ).

Выбор в качестве горючего сжиженного природного газа, определяется его уникальными физико-химическими свойствами, громадными разведанными и разработанными запасами природного газа, развитой сетью его доставки от месторождений во многие регионы страны по магистральным газопроводам и низкой ценой.