Энергетические установки неатомных подводных лодок | Военное оружие и армии

Энергетические установки неатомных подводных лодок

Несмотря на все усилия конструкторов, неатомные субмарины до конца XX века являлись не подводными, а, скорее, «ныряющими» лодками, способными пребывать под водой весьма ограниченное время.

Главным фактором, ограничивающим время нахождения под водой, является емкость аккумуляторных батарей. Обычные свинцово-кислотные аккумуляторы способны обеспечить субмарине дальность подводного хода в несколько сот миль, но на очень малой скорости. Например, для последних модификаций распространенного немецкого экспортного проекта 209 дальность подводного хода составляет 400 миль при скорости 11,5 узлов. Максимальная подводная скорость этой подлодки достигает 22,5 узлов, но при этом очень быстро разряжаются аккумуляторы и, соответственно, падает дальность. В течение нескольких десятилетий инженеры в различных странах ведут разработку различных вариантов воздухонезависимых энергетических установок, призванных повысить подводные характеристики субмарин. Одним из перспективных подходов стало применение топливных элементов.

Ekonomika_11.06_anaero001

ЧТО ТАКОЕ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ?

Топливный элемент — электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне — в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе. Топливные элементы осуществляют превращение химической энергии топлива (водорода или алюминия) в электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Это электрохимическое устройство в результате высокоэффективного «холодного горения» топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию.

Обычно в низкотемпературных топливных элементах используются водород со стороны анода и кислород на стороне катода (водородный элемент) или метанол и кислород воздуха. В отличие от топливных элементов, одноразовые гальванические элементы и аккумуляторы содержат расходуемые твердые или жидкие реагенты, масса которых ограничена объемом батарей, и, когда электрохимическая реакция прекращается, они должны быть заменены на новые либо электрически перезаряжены, чтобы запустить обратную химическую реакцию. Или, по крайней мере, в них нужно поменять израсходованные электроды и загрязненный электролит. В топливном элементе реагенты втекают, продукты реакции вытекают. И реакция может протекать так долго, как поступают в нее реагенты и сохраняется реакционная способность компонентов самого топливного элемента, чаще всего определяемая их «отравлением» побочными продуктами недостаточно чистых исходных веществ.

ОТ ТЕОРИИ «К ПРАКТИКЕ

Первую попытку применить топливные элементы на подводной лодке предприняли немецкие специалисты. С 1987 года они разрабатывали новую субмарину проекта 212, призванную совершить техническую революцию в области неядерного подводного кораблестроения, став первой серийной подводной лодкой с комбинированной главной энергоустановкой в составе дизель-электрической установки и электрохимического генератора. Главной особенностью энергетической установки является входящий в ее состав электрохимический генератор, в модулях топливных элементов которого при соединении водорода и кислорода выделяется электрическая энергия. При этом энергетическое превращение происходит бесшумно, а единственным побочным продуктом реакции является дистиллированная вода. Значительно снижена заметность ПЛ по тепловому полю, что является следствием высокой эффективности преобразования энергии. Установка на топливных элементах функционирует при сравнительно низкой температуре (80° С), и тепло, выделяющееся при работе, используется для дальнейшего поддержания электрохимической реакции. Это обеспечивает устойчивый тепловой баланс между ПЛ и окружающей средой в течение длительного времени. Вода — единственный продукт реакции — используется для бытовых нужд, а в дальнейшем накапливается в специальных цистернах. Предусмотрен частичный сброс ее за борт.

По критериям эффективности и безопасности водород было решено держать в связанном состоянии в форме гидрида металла (специальный сплав металла в соединении с водородом), а кислород — в сжиженном виде в специальных емкостях между легким и прочным корпусами ПЛ.

Состоящий из девяти модулей топливных элементов электрохимический генератор имеет суммарную мощность 300 кВт (по другим данным зарубежной печати — 800 кВт) и обеспечивает движение ПЛ в подводном положении со скоростью 3 узлов в течение 20 суток с показателями шумности ниже уровня естественных шумов моря.

Несмотря на очевидные преимущества электрохимического генератора, он не обеспечивает требуемые оперативно-тактические характеристики подводной лодки океанского класса, прежде всего в части, касающейся выполнения скоростных маневров при преследовании цели или уклонении от атаки противника. Поэтому ПЛ проекта 212 оснащаются гибридной двигательной установкой, в которой для движения на высоких скоростях под водой используются аккумуляторные батареи или топливные элементы, а для плавания в надводном положении — дизель-генератор. Дизель-генератор используется также для подзарядки аккумуляторной батареи — традиционного элемента энергетических установок неатомных подводных лодок.

Вам понравится

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Поделиться записью в соц. сетях