Станки «Toshiba» и шумность советских атомных подводных лодок. Часть 3
Как говорилось в предыдущей части к началу 1970-х годов перед Советским Союзом крайне остро встала проблема снижения шумности атомных подводных лодок. Для решения данной задачи были задействованы очень большие ресурсы советской науки и промышленности, благодаря чему в достаточно короткие сроки удалось разработать и реализовать меры по снижению шумности АПЛ.
Можно обозначить следующие главные составляющие излучаемого подводной лодкой шума — шумы обтекания корпуса при движении под водой, шумы работы силовой установки и прочего оборудования и шум, создаваемый гребным винтом (винтами).
Борьба с шумами обтекания осуществляется главным образом созданием корпуса подлодки и его конструктивных элементов таким образом, что бы он обеспечивал как можно меньшее гидродинамическое сопротивление, и «глушением» всех выступающих отверстий в корпусе при движении под водой. Для снижения излучаемого шума корпуса применяются звукопоглощающие покрытия, как правило состоящие из материалов на основе резины, которыми покрывают весь корпус подлодки. Помимо снижения звука, передаваемого корпусом подлодки, данное покрытие частично поглощает и ослабляет импульс гидролокаторов, что снижает её дальность обнаружения гидроакустическими комплексами в активном режиме.
Советские подлодки, строящиеся по новым проектам получали более совершенные звукопоглощающие покрытия. В данном «направлении» снижения уровня шумности при строительстве ПЛ каких-то серьёзных проблем не возникало.
Стоит и затронуть проблему «архитектуры» корпуса. По «архитектуре» корпуса подводные лодки как правило разделяют на 2 типа — однокорпусные и двухкорпусные. У двухкорпусных подводных лодок имеется прочный (внутренний) и лёгкий (внешний) корпус, при этом лёгкий корпус располагается по всей длине прочного корпуса. В межкорпусном пространстве, разделённом поперечными, переборками располагаются балластные цистерны и различное оборудование. Подобная архитектура корпуса применялась на всех без исключениях советских подводных лодках.
Однокорпусная архитектура предполагает наличие лёгкого корпуса только в носовой и кормовой оконечностях, в которых располагаются балластные цистерны, а на всей остальной части лодки находится только один прочный корпус. Существует также смешанная» или «полуторакорпусная» архитектура подводной лодки, когда у части отсеков имеется только внешний прочный корпус, а у других — и лёгкий, и прочный. К примеру, все американские АПЛ второго поколения имели «полуторакорпусную» архитектуру. К полностью однокорпусной архитектуре в США перешли при создании АПЛ 3 поколения.
Лодки однокорпусной архитектуры имеют меньшее подводное водоизмещение, благодаря чему требуется меньшая мощность силовой установки для движения с заданными скоростями, и меньшую «возбудимость» обшивки. Однако двухкорпусные подводные лодки имеют многократно больший запас плавучести, что обеспечивает большую живучесть лодки, а значительные объёмы межкорпусного пространства позволяют разместить множество полезных «девайсов», например, размагничивающих устройств или средств гидроакустического противодействия. Кроме того, большой запас плавучести значительно повышает возможности подводной лодки в плане всплытия из-подо льда путём его проламывания, что очень актуально, например, для советских и российских подводных ракетоносцев.
Вибрационные шумы и шумы оборудования являются наиболее мощными источниками «акустического поля» подлодки. Наибольший вклад в уровень шума атомной подводной лодки вносит сама атомная силовая установка. Сильный шум создаёт работа циркуляционных насосов реактора, прокачивающих через него теплоноситель. Радикальное снижение шумности реактора возможно только путём изменения его конструкции и повышения уровня естественной циркуляции теплоносителя, что было реализовано на АПЛ 3 и 4 поколения (как советских, так и американских). Но этот вопрос будет рассмотрен в последующих частях.
Также, очень сильный шум создаётся при работе прочих элементов силовой установки атомной подлодки — главного турбозубчатого агрегата (главный корабельный двигатель, представляющий собой одну или несколько турбин, соединённых с понижающим редуктором передающим вращение на валопровод, соединённый с гребным валом и винтом), автономных турбогенераторов и линии вала. Помимо силовой установки значительный шум создаёт различное вспомогательное оборудование.
Проблемой значительной части советских АПЛ второго поколения, а именно всех подводных ракетоносцев, было то, что они проектировались и строились двухвальными. Это обуславливало большее количество механизмов силовой установки, и соответственно, более высокий уровень шума. По сравнению с одновальной конструкцией подлодки, двухвальная «накидывает» порядка 5 Дб к общему уровню шума ПЛ. При этом как подводные ракетоносцы, так и многоцелевые АПЛ «семейства» пр.671 имели силовую установку из двух реакторов, что также не в лучшую сторону сказывалось на шумности.
Снижение уровня шумности элементов силовой установки и прочих механизмов осуществляется путём их опорной амортизации и виброизоляции (главным образом размещением их на отдельных фундаментах, которые уже крепятся к корпусу при помощи амортизаторов), а также снижением уровня создаваемого ими шума, что достигается повышением точности деталей механизмов и применением на них дополнительных мер звукоизоляции. И с последним при строительстве советских подводных лодок имелись серьёзные проблемы. Дело в том, что практически всё вспомогательное оборудование — всевозможные трубопроводы, насосы, компрессоры и т.д. поставлялись не специализированными заводами, а заводами, производящими продукцию «для всех отраслей народного хозяйства». На которых, в свою очередь, в большинстве случаев имелось устаревшее станочное оборудование и технологии изготовления механизмов. Это вынуждало предпринимать меры по повышению качества выпускаемой продукции, а на «первом этапе» мер по улучшению шумности — разрабатывать дополнительные меры шумоизоляции с «поправкой» на недостаточную технологичность вспомогательного оборудования. Впрочем, уже к середине 1970-х ситуация в этой области начала улучшаться.
Наконец, ещё одной «категорией» «акустического поля» подводной лодки являются различные шумы, создаваемые гребным винтом. На АПЛ 1-го и 2-го поколения на малом ходу шум винта не выделялся на фоне шумов силовой установки и оборудования, а также шумов гидродинамической природы. Однако, на средних и высоких скоростях хода винт начинал создавать очень сильный шум из-за явления кавитации.
Кавитация — крайне неприятное для гребных винтов и корабля или подводной лодки в целом явление. Суть данного явления в следующем. При вращении гребного винта за его задней кромкой образуется область пониженного давления. При определённой высокой скорости вращения винта, давление за кромкой винта понижается до давления насыщенного пара, и происходит частичное вскипание воды в данной области с образованием большого количества воздушных пузырьков. Однако, быстро попадая в область с «нормальным» давлением, пузырьки схлопываются под давлением воды, которая затем врывается в образовавшиеся «пустоты» и с большой силой бьёт по лопастям винта. Гидравлические удары по винту в результате кавитации приводят к его быстрому износу. Кроме того, это приводит к серьёзным вибрациям, в том числе и передающимся на корпус, что тоже крайне вредно.
Но самое главное — кавитация создаёт сильнейший шум, что крайне критично для подводной лодки. В результате, на среднем и высоком ходу, кавитационные шумы очень сильно демаскируют подводную лодку. Стоит заметить, что чем больше глубина, тем больше давление воды и тем больше скорость вращения винта при которой возникает кавитация. Соответственно, для подводной лодки на средних и высоких скоростях хода наиболее благоприятно движение на больших глубинах. Так что большая глубина погружения положительно сказывается на скрытности подлодки.
Поэтому на подводных лодках 1 и 2 поколений основные усилия конструкторов были направлены на создание винтов, обеспечивающих подлодке как можно большую критическую скорость, т.е. скорость при которой гребной винт ещё не кавитирует. Исследовалось множество вариантов различной конструкции движителей, подводных лодок, обеспечивающих рост пропульсивных характеристик и критических скоростей. В каждом случае проводились длительные теоретические исследования, затем экспериментальная отработка конструкции. И в случае, если конструкция удовлетворяла заданным требованиям, проводились натурные испытания уже на подводной лодки. И уже после отработки на определённой подводной лодки начиналось серийное изготовление винтов или прочих конструкций движителя.
Так, например, в 1960-х годах проводились активные эксперименты по созданию малошумных винтов в направляющих насадках. Проверка такой конструкции на выделенной для этой цели дизельной подводной лодке пр.633 показала не только свою «жизнеспособность», но и позволили увеличить пропульсивный коэффициент винтов и критические скорости. Однако на АПЛ 2-го поколения такая конструкция «не прижилась» — впоследствии к ней вернулись уже при создании новых подводных ракетоносцев 3 поколения проекта 941.
Наиболее удачной с точки зрения повышения критических скоростей хода оказалась конструкция «тандемного» винта. Данный движитель представлял собой два 4-лопастных винта, расположенных друг за другом на одном валу и вращавшихся в одну сторону. Этот винт был создан в начале 1970-х, а во второй половине 1970-х начал массово устанавливаться на подводные лодки. Наиболее широкое распространение «тандемный» винт получил на АПЛ пр.671РТМ — наиболее совершенных советских многоцелевых подлодок 2-го поколения. Винт-«тандем» обеспечивал повышение критических скоростей примерно в 1.3 раза ценой небольшого (не более 5%) снижения пропульсивных свойств винта.
Также для улучшения акустических свойств винтов на некоторых подводных лодках дополнительно внедрялись новые элементы «архитектуры» и конструкции корпуса. Выше уже говорилось, что все советские подводные ракетоносцы имели двухвальную силовую установку, что увеличивало их шумность по сравнению с одновальными АПЛ. Для частичного исправления данного недостатка была исследована новая форма кормовой оконечности двухвальной подводной лодки — удлинённая и раздвоенная, т.н. «ласточкин хвост». Такая конструкция уменьшала неоднородность потока воды у винтов, в результате чего достигалась минимальная разница в шумности работы движительной установки в сравнении с одновальными АПЛ. Подобная конструкция была впервые применена при создании подводной лодки с крылатыми ракетами пр.661 (самой быстрой в мире подводной лодки) и показала свою эффективность. В дальнейшем данная конструкция была применена на последних советских подводных ракетоносцах 2-го поколения пр.667БДРМ, а также на подводных лодках с крылатыми ракетами третьего поколения пр.949/949А.
Кроме того, на подводных ракетоносцах пр.667БДРМ на корпусе были установлено специальное гидродинамическое устройство, называемое «вихрегенератором». Оно обеспечивает выравнивание набегающего на винт потока воды, уменьшая его неоднородность, что положительно сказывается на снижении шумности винта. На одновальных подводных лодках данное устройство не устанавливалось — они и так имели высокие критические скорости хода, а установка «вихрегенератора» имела негативный эффект в виде повышения буксировочного сопротивления и снижения максимальной скорости подводной лодки. Что на многоцелевых АПЛ было сочтено неприемлемым. Однако двухвальные подводные лодки имели меньшие критические скорости, а установка выравнивающих устройств позволяла их существенно повысить. Максимальная же скорость у подводных ракетоносцев и так значительно меньше многоцелевых АПЛ.
Если на первых проектах советских АПЛ второго поколения снижению шумности уделялось недостаточное внимание, то на последующих проектах благодаря реализации вышеуказанных мер удалось существенно повысить их скрытность. Более подробно процесс «эволюции» советских АПЛ 2-го поколения в плане снижения шумности будет рассмотрен в следующей части…
Подписывайся на телеграм-канал Cat_Cat, чтобы не пропустить интересные посты
НА КОРМ КОТИКАМ ---> 💰