Погружение и всплытие

Подводные корабли обладают способностью действовать скрытно, невидимо, а следовательно, внезапно, неожиданно. Этих качеств лишены все другие классы боевых надводных кораблей. Скрытность достигается прежде всего способностью погружаться в воду, плавать на определенной глубине и, не выдавая своего присутствия, наносить удары противнику.

Как и всякое физическое тело, подводная лодка подчиняется закону Архимеда, который гласит, что на всякое тело, погруженное в жидкость, действует «подъемная сила», направленная вверх и равная весу вытесненной телом жидкости. Можно для упрощения сказать, что тело, погруженное в воду, теряет в своем весе столько же, сколько весит вытесненный телом объем воды. Именно на этом законе основано одно из главных свойств корабля — его плавучесть.

Плавучестью судна в общем случае называется его способность удерживаться на поверхности воды с полной нагрузкой, имея определенную осадку корпуса (по ватерлинии).

Это возможно только тогда, когда вес воды, вытесненной погруженной в воду частью корпуса, равен весу судна. При таком положении корабль обладает положительной плавучестью. Если же вес вытесненной воды меньше веса корабля, то корабль будет тонуть. В этом случае считают, что корабль имеет отрицательную плавучесть.

Для подводной лодки в отличие от надводного корабля плавучесть определяется ее способностью находиться как в надводном, так и в подводном положении с установленной нагрузкой (всеми запасами и личным составом). Рассмотрим, при каких условиях подводная лодка без хода сможет занимать эти оба положения.

Очевидно, что лодка будет держаться на поверхности в том случае, если она имеет положительную плавучесть.

Располагая отрицательной плавучестью, лодка будет погружаться, пока не ляжет на грунт. Чтобы она не стремилась ни всплывать, ни тонуть, необходимо уравнять вес подводной лодки и вес вытесняемого ею {157} объема воды. В этом случае подводная лодка без хода займет в воде неустойчивое безразличное положение и сможет «висеть» на любой глубине. Это значит, что подводная лодка получила нулевую плавучесть. Чтобы подводная лодка могла произвольно погружаться, всплывать или держаться под водой, она должна обладать способностью менять свою плавучесть. Количество груза (обычно водяного балласта), которое необходимо дополнительно принять на лодку, чтобы она потеряла положительную плавучесть и приобрела нулевую, принято называть запасом плавучести. Им располагает подводная лодка, находящаяся в надводном положении.

Поскольку подводный корабль может плавать как в надводном, так и в подводном положении, различают два водоизмещения — надводное и подводное.

Надводное водоизмещение подводной лодки измеряется весом воды в объеме погруженной в воду доли ее корпуса; в этом положении рубка и верхняя часть корпуса лодки остаются на поверхности моря.

Подводное водоизмещение равно весу воды, вытесненной всей лодкой, когда она полностью погружена под воду. Подводное водоизмещение больше надводного.

Таким образом, запас плавучести подводной лодки соответствует разности между ее подводным и надводным водоизмещениями. Измеряется он обычно в процентах от надводного водоизмещения.

При переходе подводной лодки из надводного положения в подводное необходимо погасить запас плавучести, приняв забортную воду в балластные цистерны. При их заполнении лодка приобретает нулевую плавучесть.

Объем балластных цистерн определяется еще в процессе проектирования подводной лодки с таким расчетом, чтобы обеспечить погружение и всплытие в минимально короткое время.

По своему назначению балластные цистерны делятся на два основных вида: цистерны главного балласта и цистерны вспомогательного балласта. Цистерны главного балласта предназначены для погашения запаса плавучести подводного корабля при переходе его {158} из надводного положения в подводное. По своему положению они могут быть разделены на три группы — носовую, кормовую и среднюю.

В двухкорпусных и полуторакорпуеных подводных лодках для этих цистерн используется пространство между прочным и легким корпусами. В однокорпусных подводных лодках цистерны главного балласта частично размещены внутри прочного корпуса, а частично вынесены наружу в кормовую и носовую оконечности, где их прикрывают легкие наделки, формирующие внешние обводы подводного корабля.

Для заполнения цистерн главного балласта в их нижней части имеются прикрытые решетками отверстия — шпигаты, через которые в цистерны свободно поступает забортная вода, когда открываются клапаны вентиляции, расположенные в верхней части цистерн. Иногда вместо открытых шпигатов в балластных цистернах применяются специальные клапаны затопления — кингстоны¹. Цистерны главного балласта, расположенные вне прочного корпуса, изготовляются из тонкой листовой стали, так как им не приходится испытывать сколько-нибудь значительных напряжений. Это объясняется тем, что в подводном положении лодки внутренние полости цистерн через шпигаты или открытые кингстоны сообщаются с забортным пространством, а следовательно, достигается равенство гидростатического давления внутри и снаружи цистерн независимо от глубины погружения.

Когда цистерны главного балласта не заполнены, на поверхности находится значительная часть корпуса подводной лодки. Лодка в этом случае находится в крейсерском положении, обычном для надводного плавания, и корпус ее погружен в воду по ватерлинию.

Чтобы занять позиционное² положение, нужно принять воду в кормовые и носовые цистерны главного балласта, а для перехода в подводное положение {159} следует заполнить и балластные цистерны средней группы¹.

В подводном положении лодка может плавать на перископной глубине, когда головка перископа находится над уровнем моря и можно наблюдать за надводными (кораблями и самолетами противника непосредственно через оптическую систему перископа. На современном уровне техники гидроакустические и другие средства подводного наблюдения позволяют лодке плавать и на больших глубинах, сохраняя способность активно выполнять боевые задания командования.

К цистернам вспомогательного балласта относятся расположенные в оконечностях прочного корпуса две дифферентные цистерны (носовая и кормовая), уравнительная цистерна, цистерна быстрого погружения и заместительные цистерны, в которые принимается вода по мере расхода тяжелых переменных грузов (ракет, торпед и мин). Вес водяного балласта, принятого в эти цистерны, полностью компенсирует вес израсходованного оружия, что сохраняет равновесие подводной лодки относительно окружающей среды.

В боевой обстановке особое значение приобретает цистерна быстрого погружения, обеспечивающая прием дополнительного количества воды сверх уже принятой в цистерны главного балласта. Этим достигается отрицательная плавучесть лодки, необходимая для срочного погружения. Но как только такое погружение будет выполнено, цистерна быстрого погружения осушается, и у лодки восстанавливается нулевая плавучесть. Если дольше, чем нужно, задержать удаление балласта из цистерны быстрого погружения, подводный корабль, обладающий большой массой, при погружении может проскочить по инерции установленную для него предельную глубину.

Дифферентные цистерны служат для выравнивания дифферента, то есть угла наклона корпуса подводного корабля, и приведения его на «ровный киль». С их {160} помощью можно уравновесить нос и корму подводной лодки так, что корпус ее будет занимать под водой строго горизонтальное положение.

Так как уравнительная цистерна расположена внутри прочного корпуса pi давление в ней не должно быть обязательно равно внешнему давлению, количество воды в этой цистерне можно увеличивать или уменьшать по мере необходимости. Пользуясь уравнительной цистерной, замещают переменные грузы, для которых нет специальных заместительных цистерн, и поддерживают нулевую плавучесть при изменениях удельного веса воды, зависящего от ее температуры и степени солености. Уравнительную цистерну никогда не заполняют водой полностью, а всегда оставляют свободный объем для обеспечения дальнейшего регулирования плавучести подводного корабля.

Подводная лодка должна быть в любое время готова к срочному погружению, а следовательно, ее плавучесть должна быть так отрегулирована, чтобы лодка могла уйти под воду в минимально короткое время без всякой корректировки плавучести и дифферента. С этой целью подводную лодку следует заранее удифферентовать, то есть добиться ее полной уравновешенности в подводном положении.

Процесс дифферентовки осуществляется следующим образом: в носовую и кормовую дифферентные, а также в уравнительную цистерны принимают воду в заранее рассчитанных количествах.

При этом в них остается определенный свободный объем, который позволяет в процессе дифферентовки при необходимости добавлять воду в уравнрхтельную цистерну или перекачивать ее из одной дифферентной цистерны в другую. Затем заполняются водой все три группы цистерн главного балласта, и лодка переходит в подводное положение. Здесь, если требуется, с помощью дифферентных цистерн ее приведут на ровный киль, а также посредством приема воды в уравнительную цистерну или откачкой ее оттуда добиваются максимального приближения плавучести лодки к нулевой.

Хорошо удифферентованный подводный корабль легко управляется в подводном положении, что облегчает сложное маневрирование в боевых условиях. {161}

При всплытии после дифферентовки продуваются только цистерны главного балласта, а количество воды в уравнительной и дифферентных цистернах сохраняется без изменения. Теперь при следующем погружении потребуется лишь принять воду в цистерны главного балласта, и подводный корабль будет вполне удифферентован для плавания в подводном положении.

Когда лодка хорошо удифферентована, погружение и всплытие не представляют особых затруднений. Для погружения у бескингстонных цистерн главного балласта открываются клапаны вентиляции, а у кингстонных открываются кингстоны и клапаны вентиляции. Вода заполняет цистерны, и лодка переходит в подводное положение. Следует заметить, что, если при крейсерском положении подводной лодки открыть кингстоны цистерн главного балласта, но оставить закрытыми клапаны вентиляции, лодка не будет погружаться, так как находящийся в цистернах и не имеющий выхода воздух будет препятствовать поступлению воды в цистерны. Лодку будут в этом случае поддерживать на плаву воздушные «подушки». Стоит только открыть клапаны вентиляции, как воздух выйдет из цистерн, они наполнятся водой и лодка уйдет на глубину.

Чтобы подводная лодка всплыла, надо освободить цистерны главного балласта от воды. Сделать это трудно даже мощными насосами, так как нужно в короткое время откачать значительное количество водяного балласта. Например, лодка водоизмещением 2500 тонн при запасе плавучести 20 процентов принимает в цистерны главного балласта 500 тонн, то есть около 35 тысяч ведер забортной воды.

Значительно быстрее и проще осушить балластные цистерны сжатым воздухом. В целях сбережения ограниченного на подводном корабле запаса сжатого воздуха высокого давления продувание цистерн главного балласта производится в два этапа. Сначала воздухом высокого давления, способным преодолеть внешнее гидростатическое давление, продувается средняя группа балластных цистерн, и лодка всплывает в позиционное положение.

На втором этапе продувают носовую и кормовую группы цистерн главного балласта, но используют для {162} этого атмосферный воздух, поступающий через открытый рубочный люк к воздушным насосам низкого давления (турбовоздуходувкам), которые нагнетают его в цистерны. На некоторых типах подводных лодок, где нет воздушных насосов низкого давления, для продувания балластных цистерн используются главные или вспомогательные дизеля. Поршни сжимают в рабочих цилиндрах атмосферный воздух, и он через выхлопные клапаны по особому трубопроводу направляется в цистерны. Так как противодавление забортной воды при нахождении подводной лодки в позиционном положении практически не превышает одной атмосферы, продувание концевых цистерн главного балласта воздухом низкого давления не встречает затруднений.

Существует другой способ регулирования глубины погружения подводной лодки, который в сочетании с изменениями количества воды, принимаемого в балластные цистерны, позволяет значительно ускорить погружение или всплытие. Как самолет в воздухе способен менять высоту полета с помощью рулей высоты, так и подводная лодка, действуя горизонтальными рулями, или, как их раньше называли, рулями глубины, может, не меняя плавучести, погружаться на ходу. Как бы внимательно ни следили подводники за точностью количества принятого балласта, как бы быстро ни регулировали плавучесть лодки, изменяя объем принятой в цистерны воды, обеспечить таким путем устойчивость хода лодки на постоянной глубине или ее маневрирование на разных глубинах практически невозможно. Только горизонтальные рули позволяют подводной лодке, движущейся с определенной скоростью, быстро менять глубину погружения или стабильно сохранять заданную глубину.

Принцип действия горизонтальных рулей основан на элементарном законе гидродинамики, по которому встречная струя воды создает давление, прямо пропорциональное скорости струи. При движении подводной лодки встречная струя воды давит на рабочие плоскости горизонтальных рулей и изменяет направление движения лодки. Если передняя кромка пера руля выше задней, набегающий поток воды будет создавать подъемную силу, направленную вверх. И наоборот, {163} если передняя кромка пера ниже задней, встречный поток будет давить на рабочую плоскость пера сверху вниз. При погружении лодки с ходу носовые горизонтальные рули ставят в положение погружения, а кормовые — в положение всплытия. В результате лодка получает дифферент на нос и быстро уходит под воду.

Меняя угол наклона горизонтальных рулей у движущейся подводной лодки, можно без приема воды в балластные цистерны заставить ее уйти под воду, или, наоборот, не продувая балласт, уменьшить глубину погружения и даже всплыть на поверхность. Чем больше рабочая площадь горизонтальных рулей, чем быстрее движется лодка и чем больше угол, на который положены рули, тем сильнее их действие.

Сочетание хорошей удифферентованности с умелым использованием горизонтальных рулей обеспечивает наилучшую маневренность подводной лодки.

Рулевому, управляющему горизонтальными рулями, нельзя ни на мгновение ослабить внимание, так как малейшее изменение дифферента подводной лодки и ее плавучести отражается на глубине погружения. Ведь лодка под водой ведет себя, как коромысло чувствительных весов, и ее дифферент меняется в зависимости от перераспределения грузов внутри корпуса. Например, после залпа из носовых торпедных аппаратов носовая оконечность корпуса мгновенно облегчается, нос задирается кверху и лодка стремится всплыть. Искусный рулевой-горизонтальщик должен уметь удержать ее, пока поступающая в торпедозаместительную цистерну вода не восполнит вес выпущенных торпед.

Нелегко держать лодку на заданной глубине. Особенно трудно это, когда лодка идет под перископом, имея над собой, лишь тонкий слой воды. Достаточно только немного отвлечься, рубка может показаться на поверхности и демаскировать подводную лодку, что в боевой обстановке грозит опасностью атаки с воздуха или с моря.

Управляя горизонтальными рулями, рулевой-горизонтальщик внимательно следит за показаниями расположенных возле него приборов: глубомера и дифферентометра. {164}

Устройство глубомера имеет много общего с устройством обыкновенного манометра, так как его действие основано на изменении гидростатического, давления воды на различных глубинах. Трубка, присоединенная одним концом к штуцеру глубомера, другим концом выведена за борт подводного корабля. В корпусе глубомера находится вторая, свернутая плоской

Глубомер

спиралью трубка, один ее конец запаян и соединен с указательной стрелкой шкалы прибора, а на другом надет упомянутый выше штуцер.

Если подводная лодка погружается, столб воды над ней увеличивается, а следовательно, возрастает наружное давление. Это давление передается в спиральную трубку глубомера, которая вследствие повышения давления в ней стремится выпрямиться. В результате запаянный конец ее изменяет свое положение, прикрепленная к нему указательная стрелка поворачивается и показывает на заранее проградуированной шкале глубину погружения подводной лодки, соответствующую внешнему гидростатическому давлению.

При всплытии давление снаружи постепенно падает, загнутый в плоскую спираль конец трубки глубомера стремится занять прежнее положение и стрелка на шкале указывает меньшую глубину. {165}

Дифферентометр служит для определения дифферента подводной лодки на корму или на нос и устроен так же, как обычный строительный ватерпас, в котором положение пузырька воздуха в заполненной спиртом запаянной стеклянной трубке показывает отклонения уровня от горизонтальной плоскости.

Дифферентометр

По показаниям дифферентометра можно судить о правильности дифферентовки и соответственно перекачивать воду из одной дифферентной цистерны в другую.

Иногда, выполняя боевое задание, подводный корабль вынужден застопорить главные машины и вспомогательные механизмы, чтобы не дать возможности противнику подслушать шумы, возникающие от их работы своими гидроакустическими станциями, а следовательно, предотвратить возможность обнаружения подводной лодки. Для этого на небольшой глубине подводный корабль может лечь на грунт, а на большой «повиснуть» без хода с помощью приборов, регулирующих количество балласта и поддерживающих подводный корабль на заданном углублении.

Укладка подводного корабля на грунт производится обычно с ходу. Для этого горизонтальные рули ставятся на погружение и, когда лодка коснется твердого грунта, путем приема дополнительного количества водяного балласта создается отрицательная плавучесть и одновременно стопорятся машины.

Но иногда создается другая возможность. В морях и океанах вода в силу ряда причин не имеет постоянной плотности. Верхние, более теплые слои воды обладают меньшей плотностью. С увеличением глубины температура обычно падает, а плотность увеличивается. Бывает, что подводные течения увлекают на большую глубину более теплую воду. Часто на разных глубинах наблюдается и различная соленость воды. Это бывает у берегов, в местах впадания рек, где большие массы пресной воды не сразу перемешиваются с морской водой и сохраняют свою плотность, которая изменяется постепенно, по мере удаления от устья реки. Различная плотность слоев воды бывает также {166} и там, где существуют подводные течения. Поэтому подводная лодка, уравновешенная в верхнем слое воды, погрузившись в слой с более высокой плотностью, окажется неуравновешенной и получит некоторую положительную плавучесть. Может случиться, что плавучесть подводной лодки окажется отрицательной по отношению к вышележащему менее плотному слою и, наоборот, положительной по отношению к расположенному ниже слою. Тогда подводная лодка останется в этом слое без движения, то есть будет лежать на «жидком грунте».

Опытные моряки знают места, где имеется «жидкий грунт», и, когда нужно, приводят на него подводную лодку.

Качества подводной лодки как боевого подводного корабля в первую очередь зависят от совершенства системы погружения и всплытия. Изучение законов физики помогло кораблестроителям создать наиболее рациональную конструкцию кораблей морских глубин, способных быстро погружаться, всплывать и свободно маневрировать в подводном положении. Эти же законы дали возможность морякам-подводникам овладеть искусством управления подводными лодками в самых сложных условиях плавания.

Дата добавления: 2015-06-27